Unitats d’intensitat de camp

"Quina diferència hi ha entre dBu, dBm, dBuV i altres unitats? Hi ha molta confusió quan enginyers, tècnics i venedors d’equips parlen sobre unitats de guany d’antena i força de camp. Veuen persones de diferents disciplines del sector de les telecomunicacions de ràdiohe de parlar diferents idiomes i la majoria de la gent no és multilingüe. ----- FMUSER " 

# Unitats de guany d’antena
Si bé la força del camp en qualsevol ubicació és independent de la mateixa guany de l'antena, la tensió rebuda al receptor no ho és. Per tant, primer considerem el guany d’antena

El guany es pot expressar com a multiplicador de potència o en dB. El guany d’antena indicat a dB es fa referència a un dipol isotròpic o a mitja ona. La indústria de microones ha establert universalment la convenció de guanyar l’antena d’informació en dBi (referida a isotròpics). La indústria de mòbils terrestres ha expressat gairebé universalment el guany d’antena com a dBd (referit a un dipol de mitja ona en lloc d’isotròpic.) 

Vegeu també: >> Quina diferència hi ha entre "dB", "dBm" i "dBi"?  

Quan el fabricant enumera un guany com a dB, generalment, podeu suposar que el guany referenciat és dBd. Els fabricants d’antenes de transmissió generalment es refereixen a un guany multiplicador on la potència d’entrada de l’antena es multiplica per aquest guany per obtenir la potència radiada efectiva.

L’antena més senzilla és un radiador isotròpic. Es tracta d’una antena teòrica que irradia el mateix nivell d’energia en totes les direccions quan s’aplica potència a l’antena. Tot i que aquest tipus d’antena no es pot construir realment, l’ús del concepte proporciona un estàndard uniforme contra el qual es pot calibrar i comparar el rendiment de totes les antenes fabricades.

Figura 1: dipol de mitja ona vs. antena isotròpica

Una antena que es pot construir fàcilment és un dipol de mitja longitud d'ona. Una mitja longitud d’ona antena dipol té un guany de 2.15 dB superior a una antena isotròpica. El dipol concentra l’energia en determinades direccions, de manera que la radiació en aquestes direccions és més gran que la radiació procedent d’una font isotròpica amb la mateixa potència d’entrada.

Vegeu també: >> És més guany d’antena millor?

Per tant, el guany d'una antena referenciada a un radiador isotropic és el guany referit a un dipol de mitja longitud d'ona més 2.15 dB:

Tal com es mostra a la figura 1 (i a la figura 2) es pot considerar que una antena direccional (inclòs un dipol de mitja ona) concentra l’energia disponible que s’introdueix a l’antena, enfocant l’energia radiada des de l’antena en la direcció desitjada. L’energia radiada en la direcció o les indicacions desitjades s’incrementa reduint l’energia radiada en alguna altra direcció.

Per exemple, una matriu colineal de quatre antenes dipol normalment tindrà un guany de 6 dBd. Aquesta mateixa antena tindrà un guany de 8.15 dBi (referit a isotròpics).

Figura 2: Guança en dBd vs. dBi

Vegeu també: >> Consells sobre la mesura del guany d’antena 

De vegades, els patrons d'antena direccional es representen com a guany de dB per sobre d'un dipol de mitja ona. Altres patrons es mostren com una tensió de camp relativa. Aquests són directament transferibles sempre que es conegui el guany absolut en dBd o dBi del lòbul major de l'antena. L’equació és la següent:


on:
● G és el guany de dB sobre un azimut particular

● Gm és el màxim de potència en dB referit a un dipol de mitja ona

● Rv és la tensió de camp relativa per l’azimut particular

●Per convertir el valor de guany (en dB) d'un azimut particular en un valor de camp relatiu, utilitzeu l'equació següent:


Quan es coneix la potència radiada màxima efectiva i la tensió de camp relativa d’un azimut particular, la potència radiada efectiva d’aquest azimut particular es calcula a partir de l’equació següent:

on:
● Rp és la potència radiada efectiva d’un determinat azimut (en watts, kW, etc.)

● P és la potència radiada efectiva del lòbul major (màxim) en el pla horitzontal (en watts, kW, etc.)

Vegeu també:>> Teoria bàsica de l'antena: dBi, dB, dBm dB (mW)

Unitats d’Intensitat de Camp
També hi ha molta confusió en el vocabulari per a la força de camp (també anomenada intensitat de camp). Els valors s'expressen habitualment en dBu, dBµV i dBm. Cada unitat té mèrits i usos comuns en determinades disciplines de la Indústria de comunicacions de ràdio. Tot i això, la confusió generalitzada sobre la relació entre ells provoca frustració i malentesos sobre el disseny del sistema i el rendiment real. Els termes següents es discuteixen a llarg termini.

● dBu és E (intensitat de camp elèctric) sempre en decibels per sobre d’un microvolt / metre (dBµV / m)

● dBµV (utilitzant la lletra grega µ ["mu"] en lloc de u) és la tensió expressada en dB per sobre d'una microvolta en una impedància de càrrega específica; al mòbil i a la transmissió terrestre, normalment és de 50 ohms.

● dBm és un nivell de potència expressat en dB per sobre d’un milwatt

# Intensitat de camp elèctric
La unitat dBu d’intensitat de camp elèctric és la unitat utilitzada àmpliament per la Comissió Federal de Comunicacions quan es refereix a la intensitat del camp. La veritable força del camp elèctric s’expressa sempre en algun valor relatiu de volts / metre, mai en volts o milwatts. La intensitat del camp elèctric és independent de la freqüència, el guany de l'antena que rep l'antena impedància i la recepció transmissió pèrdua de línia Per tant, aquesta mesura es pot utilitzar com a mesura absoluta per descriure àrees de servei i comparar diferents instal·lacions de transmissió independents de les moltes variables introduïdes per diferents configuracions del receptor.

Quan un camí té una línia visual no obstruïda i no hi ha cap obstrucció dins del 0.5 de la primera zona de Fresnel, la qual cosa introduiria una atenuació addicional, la força del camp elèctric rebut s'aproximarà a l'espai lliure i es pot calcular a partir de l'equació següent:

on:
● L’ERP s’expressa en dB per sobre d’1 kW

● d és la distància expressada en quilòmetres

Vegeu també: >> Comprensió bàsica del guany d’antena

# Tensió i potència rebudes
Encara càlculs la força del camp elèctric és independent de les característiques del receptor esmentades anteriorment, les prediccions de la tensió i la potència rebuda subministrades a l’entrada d’un receptor han de tenir molt en compte cadascun d’aquests factors. La correlació entre la intensitat del camp elèctric i la tensió aplicada a l’entrada del receptor és impossible tret que es conegui i es consideri tota la informació esmentada anteriorment en el disseny del sistema.

Quan s'apliquen exactament les mateixes condicions (trajectòria, freqüència, potència radiada efectiva, etc.) en circumstàncies idèntiques, les següents equacions permetran que el dissenyador del sistema es tradueixi entre els diversos sistemes amb total confiança.

La força de camp en funció del voltatge rebut, el guany d'antena i la freqüència quan s'apliquen a una antena la impedància de 50 ohms es pot expressar com:


Aquesta equació resolta per a la tensió rebuda és:

Per als càlculs de potència i tensió amb una càrrega de 50 ohms:

Substituint el valor de camp per la tensió de la equitat. 7:

Tingueu en compte que l'equació més general per a valors d'impedància (Z) diferents de 50Ω és:

I substituint el valor de camp per la tensió de la equitat. 7:

on:
● Gr és el guany isotròpic de l'antena receptora

● Z és la impedància del sistema a Ohms

Quan es dibuixa un "contorn de força de camp" i s'identifica en dBm o microvoltes (dBµV), és important conèixer aquests valors de freqüència i de guany d'antena. L'usuari ha d'entendre que aquests "contorns" només són vàlids per a una freqüència i el guany d'antena de recepció particular que s'utilitza per a la predicció. També hi ha una pèrdua fixa en la línia de transmissió de l'antena receptora, que sovint se suposa que no té pèrdues.

Per aquests motius, aquests "contorns" són ambigus com les prediccions de cobertura, quan tots els guanys d'antena rebuda i les pèrdues de línia de transmissió no són idèntics per a tots els receptors. Per determinar el nivell de força del camp necessari per rebre adequadament un senyal transmès, utilitzeu l’equació 6 anterior, tenint en compte la freqüència, el guany d’antena que rep i el nivell de tensió del receptor necessari per al nivell desitjat de silenci del receptor.

Vegeu també: >> Què és VSWR: Ràtio d’ona permanent 

Aquestes prediccions són sobre la tensió als terminals de l'antena. La tensió i els nivells de potència reals a l’entrada del receptor han de tenir en compte la pèrdua addicional present a la línia de transmissió receptora. Aquesta pèrdua de senyal és especialment crítica en altes freqüències quan els cables són llargs.

Figura 3: Camp elèctric i retensió i potència interromputs

La figura 3 resumeix la relació entre la força del camp elèctric i la tensió i la potència dels terminals d’entrada del receptor.

La força del camp elèctric (en dBu) només és una funció de:

● Transmissor de potència radiada efectiva.

● Distància del transmissor.

● Pèrdues per obstruccions del terreny.

Atès que la força del camp elèctric és independent de qualsevol característica del receptor, és un estàndard útil per computar àrees de cobertura.

El camp elèctric indueix un voltatge a l'antena, transferint energia a l'antena. La tensió (dBµV) als terminals de l'antena és una funció del guany de l'antena per a la freqüència particular a considerar. La potència (dBm) disponible als terminals de l'antena també és funció de la impedància de l'antena (generalment de 50 ohms).

La línia de transmissió (normalment cable coaxial o guia d'ona) connecta els terminals de l'antena als terminals d'entrada del receptor. La tensió i la potència dels terminals d’entrada del receptor es redueixen per la pèrdua d’aquesta línia de transmissió. Les pèrdues de la línia de transmissió són funció de la mida i el tipus de la línia de transmissió i la freqüència de funcionament. A més, altres pèrdues afecten la potència transferida als terminals d’entrada del receptor. Vegeu "Valors típics de la pèrdua" a la secció de referència tècnica per obtenir més informació sobre pèrdues dins dels vehicles, pèrdues per proximitat corporal amb receptors de mà, etc.

Vegeu també: >> Quina diferència hi ha entre AM i FM? 

#Conclusió
La conclusió òbvia d’aquesta informació és que els sistemes de recepció amb guanys d’antena diferents requereixen valors de força de camp elèctric significativament diferents per al bon funcionament. Un contorn de l’àrea de servei (en dBµV o dBm) calculat per a un receptor mòbil amb una antena de sostre de muntatge permanent amb un guany elevat pot resultar enganyós per als usuaris amb unitats de mà d’antena de baix guany.

A partir de l’equip real proposat i de les equacions anteriors, el dissenyador del sistema ara pot calcular la força de camp real necessària per a qualsevol sistema de recepció particular. L'explotació dels receptors en zones on la intensitat del camp supera o supera el nivell de disseny de l'equip pot produir un rendiment satisfactori del sistema. La secció de referència tècnica de les quadrícules d'intensitat de camp discuteix la conversió de valors d'intensitat de camp elèctric (computats en dBu amb TAP) a altres unitats per a traçar directament en dBm o dBµV.

Deixa un missatge 

Llista de missatges