Unità di intensità di campo

"Qual è la differenza tra dBu, dBm, dBuV e altre unità? C'è molta confusione quando ingegneri, tecnici e venditori di apparecchiature parlano di unità di guadagno dell'antenna e di intensità di campo. Vedono persone in diverse discipline dell'industria delle telecomunicazioni radiodevo parlare lingue diverse e la maggior parte delle persone non è multilingue. ----- FMUSER " 

#Unità di guadagno dell'antenna
Mentre l'intensità di campo in qualsiasi posizione è indipendente da guadagno dell'antenna, la tensione ricevuta sul ricevitore non lo è. Pertanto, consideriamo innanzitutto il guadagno dell'antenna

Il guadagno può essere espresso come moltiplicatore di potenza o in dB. Il guadagno dell'antenna indicato in dB è riferito a un dipolo isotropico o a mezza onda. L'industria delle microonde ha universalmente stabilito la convenzione di riportare il guadagno dell'antenna in dBi (riferito a isotropico). L'industria mobile terrestre ha espresso quasi universalmente il guadagno dell'antenna come dBd (riferito a un dipolo a semionda piuttosto che isotropico). 

Vedi anche: >> Qual è la differenza tra "dB", "dBm" e "dBi"?  

Quando un produttore elenca un guadagno come dB, si può generalmente supporre che il guadagno riferito sia dBd. I produttori di antenne di radiodiffusione fanno comunemente riferimento a un guadagno del moltiplicatore in cui la potenza di ingresso dell'antenna viene moltiplicata per questo guadagno per produrre la potenza irradiata effettiva.

L'antenna più semplice è un radiatore isotropico. Questa è un'antenna teorica che irradia lo stesso livello di energia in tutte le direzioni quando viene applicata energia all'antenna. Anche se questo tipo di antenna non può essere effettivamente costruito, l'uso del concetto fornisce uno standard uniforme rispetto al quale è possibile calibrare e confrontare le prestazioni di tutte le antenne prodotte.

Figura 1: dipolo semionda vs. antenna isotropica

Un'antenna che può essere facilmente costruita è un dipolo a mezza lunghezza d'onda. Una mezza lunghezza d'onda antenna a dipolo ha un guadagno di 2.15 dB maggiore di un'antenna isotropica. Il dipolo concentra l'energia in determinate direzioni, in modo che la radiazione in quelle direzioni sia maggiore della radiazione proveniente da una sorgente isotropica con la stessa potenza di ingresso.

Vedi anche: >> Più guadagno dell'antenna è migliore?

Pertanto, il guadagno di un'antenna riferito a un radiatore isotropico è il guadagno riferito a un dipolo a mezza lunghezza d'onda più 2.15 dB:

Come mostrato nella Figura 1 (e nella Figura 2), un'antenna direzionale (incluso un dipolo a semionda) può essere considerata per concentrare l'energia disponibile immessa nell'antenna, focalizzando l'energia irradiata dall'antenna nella direzione desiderata. L'energia irradiata nella direzione o nelle direzioni desiderate viene aumentata riducendo l'energia irradiata in alcune altre direzioni.

Ad esempio, un array collineare di quattro antenne a dipolo avrà tipicamente un guadagno di 6 dBd. Questa stessa antenna avrà un guadagno di 8.15 dBi (riferito a isotropico).

Figura 2: guadagno in dBd vs. dBi

Vedi anche: >> Suggerimenti sulla misurazione del guadagno dell'antenna 

I modelli di antenna direzionale sono talvolta tracciati come guadagno in dB sopra un dipolo a semionda. Altri schemi sono mostrati come tensione di campo relativa. Questi sono direttamente trasferibili fintanto che si conosce il guadagno assoluto in dBd o dBi del lobo principale dell'antenna. L'equazione è la seguente:


dove:
● G è il guadagno in dB su un particolare azimut

● Gm è il massimo guadagno di potenza in dB riferito a un dipolo a semionda

● Rv è la tensione di campo relativa per il particolare azimut

●Per convertire il valore del guadagno (in dB) su un particolare azimut in un valore di campo relativo, utilizzare la seguente equazione:


Quando si conosce la massima potenza irradiata effettiva e la tensione di campo relativa su un particolare azimut, la potenza irradiata effettiva su quel particolare azimut viene calcolata dalla seguente equazione:

dove:
● Rp è la potenza irradiata effettiva su un particolare azimut (in watt, kW, ecc.)

● P è la potenza irradiata effettiva nel lobo maggiore (max) nel piano orizzontale (in watt, kW, ecc.)

Vedi anche:>> Teoria dell'antenna di base: dBi, dB, dBm dB (mW)

Unità di intensità di campo
C'è anche molta confusione nel vocabolario per intensità di campo (anche chiamata intensità di campo). I valori sono comunemente espressi in dBu, dBµV e dBm. Ogni unità ha sia il merito che l'uso comune in alcune discipline del industria delle comunicazioni radio. Tuttavia, la diffusa confusione su come si relazionano tra loro provoca frustrazione e incomprensioni sulla progettazione del sistema e sulle prestazioni effettive. I seguenti termini saranno discussi a lungo.

● dBu è E (intensità del campo elettrico) sempre in decibel sopra una microvolt / metro (dBµV / m)

● dBµV (usando la lettera greca µ ["mu"] invece di u) è la tensione espressa in dB sopra una microvolt in un'impedenza di carico specifica; nel mobile terrestre e nella trasmissione questo è normalmente di 50 ohm.

● dBm è un livello di potenza espresso in dB sopra un milliwatt

# Intensità del campo elettrico
L'unità di intensità del campo elettrico dBu è l'unità utilizzata ampiamente dalla Federal Communications Commission quando si riferisce all'intensità del campo. La vera intensità del campo elettrico è sempre espressa in un valore relativo di volt / metro - mai in volt o milliwatt. L'intensità del campo elettrico è indipendente dalla frequenza, ricevendo il guadagno dell'antenna, ricevendo l'antenna impedenza e ricevere trasmissione perdita di linea. Pertanto, questa misura può essere utilizzata come misura assoluta per descrivere le aree di servizio e confrontare le diverse strutture di trasmissione indipendentemente dalle molte variabili introdotte dalle diverse configurazioni del ricevitore.

Quando un percorso ha una linea visiva libera e nessun ostacolo cade entro 0.5 dalla prima zona di Fresnel, il che introdurrebbe un'attenuazione aggiuntiva, l'intensità del campo elettrico ricevuto si avvicinerà a quella dello spazio libero e può essere calcolata dalla seguente equazione:

dove:
● ERP è espresso in dB sopra 1 kW

● d è la distanza espressa in chilometri

Vedi anche: >> Nozioni di base sul guadagno dell'antenna

#Tensione e potenza ricevute
Sebbene il calcoli dell'intensità del campo elettrico sono indipendenti dalle caratteristiche del ricevitore sopra menzionate, le previsioni di tensione e la potenza ricevuta fornite all'ingresso di un ricevitore devono tenere attentamente conto di ciascuno di questi fattori. La correlazione tra intensità del campo elettrico e tensione applicata all'ingresso del ricevitore è impossibile a meno che tutte le informazioni sopra elencate non siano note e considerate nella progettazione del sistema.

Quando le stesse identiche condizioni (percorso, frequenza, potenza irradiata effettiva, ecc.) Vengono applicate a circostanze identiche, le seguenti equazioni consentiranno al progettista del sistema di tradurre tra i vari sistemi in totale sicurezza.

L'intensità di campo in funzione della tensione ricevuta, che riceve il guadagno e la frequenza dell'antenna quando applicata a un'antenna la cui impedenza è di 50 ohm può essere espressa come:


Risolto per la tensione ricevuta questa equazione diventa:

Per i calcoli di potenza e tensione in un carico di 50 ohm:

Sostituendo il valore di campo per la tensione dall'Eq. 7:

Si noti che l'equazione più generale per i valori di impedenza (Z) diversi da 50Ω è:

E sostituendo il valore di campo per la tensione dall'Eq. 7:

dove:
● Gr è il guadagno isotropico dell'antenna ricevente

● Z è l'impedenza del sistema in Ohm

Quando un "contorno di intensità di campo" viene tracciato e identificato in dBm o microvolt (dBµV), è importante conoscere questi valori di frequenza e guadagno dell'antenna. L'utente deve comprendere che tali "contorni" sono validi solo per una frequenza e il guadagno dell'antenna ricevente utilizzato per la previsione. C'è anche una perdita fissa nella linea di trasmissione dell'antenna ricevente, spesso considerata senza perdita.

Per questi motivi, tali "contorni" sono ambigui come previsioni di copertura, quando tutti i guadagni dell'antenna ricevente e le perdite della linea di trasmissione non sono identici per tutti i ricevitori. Per determinare il livello di intensità di campo necessario per ricevere adeguatamente un segnale trasmesso, utilizzare l'equazione 6 sopra, tenendo conto della frequenza, ricevendo il guadagno dell'antenna e il livello richiesto di tensione del ricevitore per il livello desiderato di quiete nel ricevitore.

Vedi anche: >> Che cos'è VSWR: rapporto di tensione in onda stazionaria 

Queste previsioni riguardano la tensione ai terminali dell'antenna. I livelli effettivi di tensione e potenza all'ingresso del ricevitore devono tenere conto della perdita aggiuntiva presente nella linea di trasmissione ricevente. Questa perdita di segnale è particolarmente critica alle alte frequenze quando i cavi sono lunghi.

Figura 3: campo elettrico e riftensione e potenza ricevute

La Figura 3 riassume la relazione tra l'intensità del campo elettrico e la tensione e la potenza ai terminali di ingresso del ricevitore.

L'intensità del campo elettrico (in dBu) è solo una funzione di:

● Potenza irradiata effettiva del trasmettitore.

● Distanza dal trasmettitore.

● Perdite da ostruzioni del terreno.

Poiché l'intensità del campo elettrico è indipendente da qualsiasi caratteristica del ricevitore, è uno standard utile per il calcolo delle aree di copertura.

Il campo elettrico induce una tensione nell'antenna, trasferendo potenza nell'antenna. La tensione (dBµV) ai terminali dell'antenna è una funzione del guadagno dell'antenna per la particolare frequenza considerata. La potenza (dBm) disponibile ai terminali dell'antenna è anche una funzione dell'impedenza dell'antenna (generalmente 50 Ohm).

La linea di trasmissione (solitamente cavo coassiale o guida d'onda) collega i terminali dell'antenna ai terminali di ingresso del ricevitore. La tensione e la potenza ai terminali di ingresso del ricevitore sono ridotte dalla perdita in questa linea di trasmissione. Le perdite sulla linea di trasmissione dipendono dalle dimensioni e dal tipo di linea di trasmissione e dalla frequenza operativa. Inoltre, altre perdite influiscono sulla potenza trasferita ai terminali di ingresso del ricevitore. Vedere "Valori tipici di perdita" nella sezione Riferimenti tecnici per ulteriori informazioni su perdite all'interno dei veicoli, perdite dovute alla vicinanza del corpo con ricevitori portatili, ecc.

Vedi anche: >> Qual è la differenza tra AM e FM? 

#Conclusione
La conclusione ovvia da queste informazioni è che i sistemi di ricezione con diversi guadagni di antenna richiedono valori di intensità del campo elettrico significativamente diversi per un corretto funzionamento. Un profilo dell'area di servizio (in dBµV o dBm) calcolato per un ricevitore mobile con un'antenna a tetto montata in modo permanente ad alto guadagno può essere fuorviante per gli utenti con unità portatili per antenne a basso guadagno.

Sulla base dell'attuale attrezzatura proposta e delle equazioni di cui sopra, il progettista del sistema può ora calcolare l'intensità di campo effettiva necessaria per qualsiasi particolare sistema di ricezione. Il funzionamento dei ricevitori in aree in cui l'intensità di campo soddisfa o supera il livello di progettazione dell'apparecchiatura può produrre prestazioni soddisfacenti del sistema. La sezione di riferimento tecnico sulle griglie di intensità di campo discute la conversione dei valori di intensità di campo elettrico (calcolati in dBu con TAP) in altre unità per la stampa diretta in dBm o dBµV.

Lasciate un messaggio 

Elenco dei messaggi