Eenheden veldintensiteit

'Wat is het verschil tussen dBu, dBm, dBuV en andere eenheden? Er is veel verwarring wanneer ingenieurs, technici en verkopers van apparatuur praten over eenheden van antenneversterking en veldsterkte. Mensen in verschillende disciplines van de radio-telecommunicatie-industrie zienm om verschillende talen te spreken en de meeste mensen zijn niet meertalig. ----- FMUSER " 

# Eenheden van antenneversterking
Terwijl de veldsterkte op elke locatie onafhankelijk is van antenneversterking, ontvangen spanning op de ontvanger is dat niet. Laten we daarom eerst kijken naar antenneversterking

Versterking kan worden uitgedrukt als een vermogensvermenigvuldiger of in dB. Antenneversterking vermeld in dB verwijst naar isotrope of een halfgolfdipool. De microgolfindustrie heeft universeel de conventie opgesteld voor het rapporteren van antenneversterking in dBi (verwezen naar isotroop). De landmobiele industrie heeft bijna overal antenneversterking uitgedrukt in dBd (verwijzend naar een halve golf dipool in plaats van isotroop.) 

Zie ook: >> Wat is het verschil tussen "dB", "dBm" en "dBi"?  

Wanneer een fabrikant een winst vermeldt als dBkunt u er in het algemeen van uitgaan dat de genoemde versterking dBd is. Fabrikanten van omroepantennes verwijzen gewoonlijk naar een versterkingsfactor waarbij het ingangsvermogen van de antenne wordt vermenigvuldigd met deze versterking om het effectieve uitgestraalde vermogen te verkrijgen.

De eenvoudigste antenne is een isotrope radiator. Dit is een theoretische antenne die in alle richtingen hetzelfde energieniveau uitstraalt wanneer de antenne van stroom wordt voorzien. Hoewel dit type antenne eigenlijk niet kan worden geconstrueerd, biedt het gebruik van het concept een uniforme standaard waarmee de prestaties van alle gefabriceerde antennes kunnen worden gekalibreerd en vergeleken.

Figuur 1: Halve golf dipool vs. isotrope antenne

Een eenvoudig te bouwen antenne is een dipool met een halve golflengte. Een halve golflengte dipoolantenne heeft een winst van 2.15 dB groter dan een isotrope antenne. De dipool concentreert de energie in bepaalde richtingen, zodat de straling in die richtingen groter is dan de straling van een isotrope bron met hetzelfde ingangsvermogen.

Zie ook: >> Is meer antenne beter?

Daarom is de versterking van een antenne die verwijst naar een isotrope straler de versterking die verwijst naar een dipool met halve golflengte plus 2.15 dB:

Zoals getoond in Figuur 1 (en Figuur 2) kan een gerichte antenne (inclusief een halfgolfdipool) worden overwogen om de beschikbare energie die in de antenne wordt gevoerd te concentreren, waarbij de energie die wordt uitgestraald door de antenne in de gewenste richting wordt gefocust. De energie die wordt uitgestraald in de gewenste richting (en) wordt verhoogd door de energie die wordt uitgestraald in een andere richting (en) te verminderen.

Een collineair array van vier dipoolantennes heeft bijvoorbeeld doorgaans een versterking van 6 dBd. Deze zelfde antenne heeft een winst van 8.15 dBi (gerelateerd aan isotroop).

Figuur 2: Winst in dBd vs. dBi

Zie ook: >> Tips voor het meten van antenneversterking 

Directionele antennepatronen worden soms uitgezet als winst in dB boven een halve golf dipool. Andere patronen worden weergegeven als een relatieve veldspanning. Deze zijn direct overdraagbaar, zolang men de absolute winst in dBd of dBi van de hoofdlob van de antenne kent. De vergelijking is als volgt:


waar:
● G is de winst in dB op een bepaald azimut

● Gm is de maximale vermogenswinst in dB gerelateerd aan een halfgolfdipool

● Rv is de relatieve veldspanning voor de specifieke azimut

●Gebruik de volgende vergelijking om de versterkingswaarde (in dB) op een bepaalde azimut om te zetten in een relatieve veldwaarde:


Wanneer het maximale effectieve uitgestraalde vermogen en de relatieve veldspanning op een bepaald azimut bekend zijn, wordt het effectieve uitgestraalde vermogen op dat specifieke azimut berekend met de volgende vergelijking:

waar:
● Rp is het effectieve uitgestraalde vermogen op een bepaald azimut (in watt, kW, etc.)

● P is het effectieve uitgestraalde vermogen in de hoofdlob (max) in het horizontale vlak (in watt, kW, enz.)

Zie ook:>> Basis antennetheorie: dBi, dB, dBm dB (mW)

Eenheden van veldintensiteit
Er is ook veel verwarring in het vocabulaire voor veldsterkte (ook wel veldintensiteit genoemd). Waarden worden gewoonlijk uitgedrukt in dBu, dBµV en dBm. Elke eenheid heeft zowel verdienste als gemeenschappelijk gebruik in bepaalde disciplines in de radio-communicatie-industrie. De wijdverbreide verwarring over hoe ze zich tot elkaar verhouden, veroorzaakt echter frustratie en misverstanden over systeemontwerp en daadwerkelijke prestaties. De volgende termen worden uitgebreid besproken.

● dBu is E (elektrische veldintensiteit) altijd in decibel boven één microvolt / meter (dBµV / m)

● dBµV (met de Griekse letter µ ["mu"] in plaats van u) is spanning uitgedrukt in dB boven één microvolt in een specifieke belastingsimpedantie; bij landmobiel en uitgezonden is dit gewoonlijk 50 ohm.

● dBm is een vermogensniveau uitgedrukt in dB boven een milliwatt

#Elektrische veldintensiteit
De eenheid voor elektrische veldintensiteit dBu is de eenheid die op grote schaal door de Federal Communications Commission wordt gebruikt bij het verwijzen naar veldsterkte. Echte elektrische veldsterkte wordt altijd uitgedrukt in een relatieve waarde van volt / meter - nooit in volt of milliwatt. De intensiteit van het elektrische veld is onafhankelijk van de frequentie, de versterking van de ontvangende antenne en de ontvangende antenne impedantie en ontvangen transmissie lijnverlies. Daarom kan deze maat worden gebruikt als een absolute maat voor het beschrijven van servicegebieden en het vergelijken van verschillende zendfaciliteiten onafhankelijk van de vele variabelen die door verschillende ontvangerconfiguraties worden geïntroduceerd.

Wanneer een pad een onbelemmerde zichtlijn heeft en er geen obstructies binnen 0.5 van de eerste Fresnel-zone vallen, wat extra verzwakking zou veroorzaken, zal de ontvangen elektrische veldsterkte die van de vrije ruimte benaderen en kan worden berekend uit de volgende vergelijking:

waar:
● ERP wordt uitgedrukt in dB boven 1 kW

● d is afstand uitgedrukt in kilometers

Zie ook: >> De basisprincipes van antenneversterking begrijpen

#Ontvangen spanning en vermogen
Hoewel berekeningen van de elektrische veldsterkte zijn onafhankelijk van de bovengenoemde kenmerken van de ontvanger, voorspellingen van spanning en ontvangen vermogen geleverd aan de ingang van een ontvanger moeten zorgvuldig rekening houden met elk van deze factoren. Correlatie tussen de sterkte van het elektrische veld en de spanning die op de ingang van de ontvanger wordt toegepast, is onmogelijk tenzij alle bovengenoemde informatie bekend is en in het systeemontwerp is verwerkt.

Wanneer exact dezelfde omstandigheden (pad, frequentie, effectief uitgestraald vermogen, enz.) Worden toegepast op identieke omstandigheden, zullen de volgende vergelijkingen de systeemontwerper in staat stellen om vol vertrouwen tussen de verschillende systemen te vertalen.

Veldsterkte als functie van ontvangen spanning, ontvangstantenneversterking en frequentie wanneer toegepast op een antenne met een impedantie van 50 ohm, kan worden uitgedrukt als:


Opgelost voor ontvangen spanning wordt deze vergelijking:

Voor berekeningen van vermogen en spanning in een belasting van 50 ohm:

Vervanging van de veldwaarde voor de spanning van Eq. 7:

Let op de meer algemene vergelijking voor andere waarden van impedantie (Z) dan 50Ω is:

En de veldwaarde vervangen door de spanning van Eq. 7:

waar:
● Gr is de isotrope versterking van de ontvangende antenne

● Z is de systeemimpedantie in Ohm

Wanneer een "veldsterkte contour" wordt uitgezet en geïdentificeerd in dBm of microvolts (dBµV), is het belangrijk om deze waarden van frequentie en antenneversterking te kennen. De gebruiker moet begrijpen dat dergelijke "contouren" slechts geldig zijn voor één frequentie en de specifieke versterking van de ontvangende antenne die wordt gebruikt voor de voorspelling. Er is ook een vast verlies in de ontvangende antennetransmissielijn - vaak verondersteld verliesloos te zijn.

Om deze redenen zijn dergelijke "contouren" dubbelzinnig als dekkingsvoorspellingen, wanneer niet alle ontvangende antenneversterkingen en transmissielijnverliezen voor alle ontvangers identiek zijn. Om het niveau van de veldsterkte te bepalen dat nodig is om een ​​uitgezonden signaal adequaat te ontvangen, gebruikt u vergelijking 6 hierboven, rekening houdend met de frequentie, de ontvangst van de antenneversterking en het vereiste niveau van ontvangerspanning voor het gewenste niveau van stilte in de ontvanger.

Zie ook: >> Wat is VSWR: Voltage Standing Wave Ratio 

Deze voorspellingen zijn voor de spanning op de antenneaansluitingen. Actuele spannings- en vermogensniveaus aan de ingang van de ontvanger moeten rekening houden met het extra verlies dat aanwezig is in de ontvangende transmissielijn. Dit signaalverlies is bijzonder kritisch bij hoge frequenties wanneer kabels lang zijn.

Figuur 3: elektrisch veld en reontvangen spanning en vermogen

Figuur 3 vat de relatie tussen de elektrische veldsterkte en de spanning en het vermogen bij de ingangsklemmen van de ontvanger samen.

De elektrische veldsterkte (in dBu) is alleen een functie van:

● Zender effectief uitgestraald vermogen.

● Afstand tot de zender.

● Verliezen door obstructies op het terrein.

Aangezien de elektrische veldsterkte onafhankelijk is van eventuele kenmerken van de ontvanger, is het een nuttige standaard voor het berekenen van dekkingsgebieden.

Het elektrische veld veroorzaakt een spanning in de antenne en brengt vermogen over naar de antenne. De spanning (dBµV) aan de aansluitingen van de antenne is een functie van de versterking van de antenne voor de betreffende frequentie. Het beschikbare vermogen (dBm) bij de antenneaansluitingen is ook een functie van de antenne-impedantie (meestal 50 Ohm).

De transmissielijn (meestal coaxkabel of golfgeleider) verbindt de antenneaansluitingen met de ingangsaansluitingen van de ontvanger. De spanning en het vermogen op de ingangsklemmen van de ontvanger worden verminderd door het verlies in deze transmissielijn. Transmissielijnverliezen zijn een functie van de grootte en het type van de transmissielijn en de bedrijfsfrequentie. Bovendien beïnvloeden andere verliezen het vermogen dat wordt overgebracht naar de ingangsklemmen van de ontvanger. Zie "Typische verlieswaarden" in het hoofdstuk Technische referentie voor meer informatie over verliezen in voertuigen, verliezen als gevolg van de nabijheid van carrosserieën met draagbare ontvangers, enz.

Zie ook: >> Wat is het verschil tussen AM en FM? 

#Conclusie
De voor de hand liggende conclusie uit deze informatie is dat ontvangstsystemen met verschillende antenneversterkingen significant verschillende waarden voor de elektrische veldsterkte vereisen voor een goede werking. Een contour van een servicegebied (in dBµV of dBm) berekend voor een mobiele ontvanger met een permanent gemonteerde dakantenne met hoge versterking kan misleidend zijn voor gebruikers met handheld-eenheden met lage versterking.

Op basis van de werkelijk voorgestelde apparatuur en de bovenstaande vergelijkingen, kan de systeemontwerper nu de werkelijke veldsterkte berekenen die nodig is voor een bepaald ontvangend systeem. Het bedienen van de ontvangers in gebieden waar de veldsterkte het ontwerpniveau voor de apparatuur bereikt of overschrijdt, kan naar verwachting bevredigende systeemprestaties opleveren. De technische referentie sectie van Field Intensity Grids bespreekt de conversie van elektrische veldintensiteitswaarden (berekend in dBu met TAP) naar andere eenheden voor directe plotten in dBm of dBµV.

Laat een bericht achter 

Message List