Единици за интензивност на полето

„Каква е разликата между dBu, dBm, dBuV и други единици? Има голямо объркване, когато инженери, техници и продавачи на оборудване говорят за единици за усилване на антената и сила на полето. Хората от различни дисциплини на радио телекомуникационната индустрия виждаттрябва да говоря на различни езици и повечето хора не са многоезични. ----- FMUSER " 

# Единици на усилване на антената
Докато силата на полето на всяко място не зависи от антената печалба, получено напрежение на приемника не е. Ето защо, нека първо разгледаме усилването на антената

Коефициентът на усилване може да се изрази или като умножител на мощността, или в dB. Коефициентът на усилване на антената, посочен в dB, се отнася до изотропни или полувълнови диполи. Микровълновата индустрия повсеместно установи конвенцията за отчитане на усилването на антената в dBi (отнасяща се до изотропна). Сухопътната мобилна индустрия има почти универсално изразена антенна печалба като dBd (отнасяща се до полувълнов дипол, а не изотропна.) 

Вижте също: >> Каква е разликата между "dB", "dBm" и "dBi"?  

Когато производител изброи печалба като dB, обикновено можете да приемете, че референтната печалба е dBd. Производителите на широколентови антени обикновено се позовават на усилване на множителя, при което входната мощност на антената се умножава по този коефициент, за да се получи ефективната излъчена мощност.

Най-простата антена е изотропен радиатор. Това е теоретична антена, която излъчва същото ниво на енергия във всички посоки, когато мощността се прилага към антената. Въпреки че този тип антена всъщност не може да бъде конструирана, използването на концепцията осигурява еднакъв стандарт, спрямо който работата на всички произведени антени може да бъде калибрирана и сравнена.

Фигура 1: Полувълнов дипол срещу изотропна антена

Една антена, която може лесно да се изгради, е дипол на дължина на половината вълна. Дължина на половината вълна диполна антена има усилване с 2.15 dB по-голямо от изотропна антена. Диполът концентрира енергията в определени посоки, така че радиацията в тези посоки е по-голяма от излъчването от изотропен източник със същата входна мощност.

Вижте също: >> По-добре ли е повишаването на повече антена?

Следователно, печалбата на антената, отнасяща се до изотропния радиатор, е усилването, отнасящо се до дипол с дължина на половината на вълната плюс 2.15 dB:

Както е показано на фигура 1 (и фигура 2), може да се счита, че насочена антена (включително полувълнов дипол), която концентрира наличната енергия, подавана в антената, като фокусира енергията, излъчвана от антената, в желаната посока. Енергията, излъчвана в желаната (ите) посока (и), се увеличава чрез намаляване на енергията, излъчена в някаква друга посока (и).

Например, колинеарният масив от четири диполни антени обикновено има печалба от 6 dBd. Същата антена ще има коефициент на усилване 8.15 dBi (отнасяща се до изотропна).

Фигура 2: печалба в dBd vs. DBI

Вижте също: >> Съвети за измерване на усилването на антената 

Моделите на насочената антена понякога се начертават като усилване в dB над полувълнов дипол. Други модели са показани като относително напрежение на полето. Те са директно прехвърляеми, стига човек да знае абсолютната печалба в dBd или dBi на главния лоб на антената. Уравнението е следното:


където:
● G е печалбата в dB по определен азимут

● Gm е максималното усилване на мощността в dB, отнасящо се до полувълнов дипол

● Rv е относителното напрежение на полето за конкретния азимут

●За да преобразувате стойността на усилването (в dB) по определен азимут в относителна стойност на полето, използвайте следното уравнение:


Когато са известни максималната ефективна излъчена мощност и относителното напрежение на полето на определен азимут, ефективната излъчена мощност по този конкретен азимут се изчислява от следното уравнение:

където:
● Rp е ефективната излъчена мощност на определен азимут (във ватове, кВт и т.н.)

● P е ефективната излъчена мощност в главния лоб (макс.) В хоризонталната равнина (във ватове, кВт и т.н.)

Вижте също:>> Основна теория на антената: dBi, dB, dBm dB (mW)

Единици с интензитет на полето
Съществува също много объркване в речника за сила на полето (наричан също интензивност на полето). Стойностите обикновено се изразяват в dBu, dBµV и dBm, Всяка единица има както заслуги, така и общо използване в определени дисциплини в радиокомуникационна индустрия, Въпреки това, широкото объркване относно това как те се отнасят един към друг, предизвиква както неудовлетвореност, така и недоразумения относно дизайна на системата и реалната производителност. Следните условия ще бъдат обсъдени подробно.

● dBu е E (интензивност на електрическото поле) винаги в децибели над един микроволт / метър (dBµV / m)

● dBµV (използвайки гръцката буква µ [„mu“] вместо u) е напрежение, изразено в dB над един микроволт, в специфичен импеданс на натоварване; в сухопътните мобилни и излъчвани това обикновено е 50 ома.

● dBm е ниво на мощност, изразено в dB над един миливат

#Електрична интензивност на полето
Единицата за интензивност на електрическото поле dBu е единицата, използвана широко от Федералната комисия за съобщения, когато се отнася до силата на полето. Истинското напрежение на електрическото поле винаги се изразява в някаква относителна стойност на волта / метър - никога във волта или миливата. Интензивността на електрическото поле не зависи от честотата, приемането на усилване на антената, приемащата антена импеданс и получаване предаване загуба на линия Следователно тази мярка може да се използва като абсолютна мярка за описание на обслужващите зони и сравняване на различни предавателни съоръжения, независимо от многото променливи, въведени от различни конфигурации на приемника.

Когато пътеката има безпрепятствена видима линия и няма препятствия в рамките на 0.5 от първата зона на Френел, което би довело до допълнително затихване, полученото напрежение на електрическото поле ще бъде приблизително това на свободното пространство и може да се изчисли от следното уравнение:

където:
● ERP се изразява в dB над 1 kW

● d е разстоянието, изразено в километри

Вижте също: >> Разбиране на основите на усилването на антената

# Получено напрежение и мощност
Въпреки че изчисления силата на електрическото поле са независими от характеристиките на приемника, споменати по-горе, прогнозите за напрежението и приетата мощност, подадени към входа на приемника, трябва внимателно да вземат предвид всеки от тези фактори. Корелация между силата на електрическото поле и напрежението, приложени към входа на приемника, е невъзможна, освен ако цялата горепосочена информация е известна и взета предвид при проектирането на системата.

Когато се прилагат абсолютно същите условия (път, честота, ефективна излъчена мощност и др.) При идентични обстоятелства, следващите уравнения ще позволят на дизайнера на системата да превежда между различните системи с пълна увереност.

Силата на полето като функция на полученото напрежение, приемането на усилването на антената и честотата, когато се прилага към антена, чийто импеданс е 50 ома, може да се изрази като:


Решено за полученото напрежение, това уравнение става:

За изчисления на мощност и напрежение в натоварване от 50 ома:

Замяна на стойността на полето за напрежението от уравнение. 7:

Забележете, по-общото уравнение за стойности на импеданс (Z), различни от 50Ω, е:

И заместване стойността на полето за напрежението от Eq. 7:

където:
● Gr е изотропното усилване на приемащата антена

● Z е импедансът на системата в Ом

Когато "контурът на силата на полето" е начертан и идентифициран в dBm или микроволта (dBµV), важно е да знаете тези стойности на честотата и усилването на антената. Потребителят трябва да разбере, че такива "контури" са валидни само за една честота и конкретното усилване на приемащата антена, използвано за прогнозиране. Има и фиксирана загуба в предавателната линия на приемащата антена - често се приема, че е без загуба.

Поради тези причини такива "контури" са нееднозначни като прогнозите за покритие, когато всички получени антенни загуби и загуби на електропровода не са идентични за всички приемници. За да определите нивото на силата на полето, необходимо за адекватно приемане на предавания сигнал, използвайте уравнение 6 по-горе, като вземете предвид честотата, усилването на антената и необходимото ниво на напрежение на приемника за желаното ниво на успокояване в приемника.

Вижте също: >> Какво е VSWR: напрежение в постоянна вълна 

Тези прогнози са за напрежението на клемите на антената. Действителните нива на напрежение и мощност на входа на приемника трябва да отчитат допълнителните загуби, присъстващи в приемащата преносна линия. Тази загуба на сигнал е особено критична при високи честоти, когато кабелите са дълги.

Фигура 3: Електрическо поле и реотказано напрежение и мощност

Фигура 3 обобщава връзката между силата на електрическото поле и напрежението и мощността на входните клеми на приемника.

Силата на електрическото поле (в dBu) е функция само на:

● Ефективна излъчена мощност на предавателя.

● Разстояние от предавателя.

● Загуби от препятствия на терена.

Тъй като силата на електрическото поле не зависи от характеристиките на приемника, той е полезен стандарт за изчисляване на зоните на покритие.

Електрическото поле индуцира напрежение в антената, прехвърляйки мощност в антената. Напрежението (dBµV) в клемите на антената е функция на усилването на антената за конкретната разглеждана честота. Мощността (dBm), налична на антенните изводи, също е функция на импеданса на антената (обикновено 50 ома).

Предавателната линия (обикновено коаксиален кабел или вълновод) свързва антенните изводи към входните клеми на приемника. Напрежението и мощността на входните клеми на приемника се намаляват от загубата в тази предавателна линия. Загубите на електропровода са функция на размера и вида на електропровода и работната честота. В допълнение, други загуби влияят на мощността, прехвърлена към входните клеми на приемника. Вижте "Типични стойности на загуба" в раздела Технически справочник за повече информация за загубите вътре в превозните средства, загубите поради близостта на каросерията с ръчни приемници и т.н.

Вижте също: >> Каква е разликата между AM и FM? 

# Заключение
Очевидното заключение от тази информация е, че приемането на системи с различни усилвания на антената изисква значително различни стойности на силата на електрическото поле за правилна работа. Контурът на обслужващата зона (в dBµV или dBm), изчислен за мобилен приемник с постоянно монтирана покривна антена с голям коефициент на усилване, може да бъде подвеждащ за потребители с ръчни устройства с ниско усилване на антената.

Въз основа на предлаганото реално оборудване и горните уравнения, дизайнерът на системата вече може да изчисли действителната сила на полето, необходима за всяка конкретна приемаща система. Работата на приемниците в области, където силата на полето отговаря или надвишава проектното ниво на оборудването, може да се очаква да доведе до задоволителни характеристики на системата. Техническият справочен раздел на Field Intenity Grids обсъжда преобразуването на стойностите на интензивността на електрическото поле (изчислено в dBu с TAP) в други единици за директно начертаване в dBm или dBµV.

Остави съобщение 

Списък на ЛС