Μονάδες έντασης πεδίου

"Ποια είναι η διαφορά μεταξύ dBu, dBm, dBuV και άλλων μονάδων; Υπάρχει μεγάλη σύγχυση όταν οι μηχανικοί, οι τεχνικοί και οι πωλητές εξοπλισμού μιλούν για μονάδες κέρδους κεραίας και ισχύ πεδίου. Οι άνθρωποι σε διάφορους κλάδους της βιομηχανίας ραδιοτηλεπικοινωνιών βλέπουνΜιλάω διαφορετικές γλώσσες και οι περισσότεροι άνθρωποι δεν είναι πολύγλωσσοι. ----- FMUSER " 

# Μονάδες κέρδους κεραίας
Ενώ η ισχύς του πεδίου σε οποιαδήποτε τοποθεσία είναι ανεξάρτητη από κέρδος της κεραίας, η ληφθείσα τάση στο δέκτη δεν είναι. Επομένως, ας εξετάσουμε πρώτα το κέρδος της κεραίας

Το κέρδος μπορεί να εκφραστεί είτε ως πολλαπλασιαστής ισχύος είτε σε dB. Το κέρδος κεραίας που αναφέρεται στο dB αναφέρεται είτε σε ισοτροπικό είτε σε δίπολο μισού κύματος. Η βιομηχανία μικροκυμάτων έχει καθιερώσει καθολικά τη σύμβαση αναφοράς κέρδους κεραίας στο dBi (αναφέρεται σε ισοτροπικό). Η χερσαία βιομηχανία κινητής τηλεφωνίας έχει εκφράσει σχεδόν καθολικά το κέρδος κεραίας ως dBd (αναφέρεται σε δίπολο μισού κύματος και όχι ισοτροπικό.) 

Δείτε επίσης: >> Ποια είναι η διαφορά μεταξύ "dB", "dBm" και "dBi";  

Όταν ένας κατασκευαστής αναφέρει κέρδος ως dB, μπορείτε γενικά να υποθέσετε ότι το κέρδος αναφοράς είναι dBd. Οι κατασκευαστές κεραιών εκπομπής αναφέρονται συνήθως σε πολλαπλασιαστικό κέρδος όπου η ισχύς εισόδου της κεραίας πολλαπλασιάζεται με αυτό το κέρδος για να αποδώσει την πραγματική ισχύ ακτινοβολίας.

Η απλούστερη κεραία είναι ένα ισοτροπικό καλοριφέρ. Αυτή είναι μια θεωρητική κεραία που εκπέμπει το ίδιο επίπεδο ενέργειας προς όλες τις κατευθύνσεις όταν εφαρμόζεται ισχύς στην κεραία. Παρόλο που αυτός ο τύπος κεραίας δεν μπορεί στην πραγματικότητα να κατασκευαστεί, η χρήση της ιδέας παρέχει ένα ομοιόμορφο πρότυπο έναντι του οποίου η απόδοση όλων των κατασκευασμένων κεραιών μπορεί να βαθμονομηθεί και να συγκριθεί.

Σχήμα 1: Δίπολο μισού κύματος έναντι ισοτροπικής κεραίας

Μια κεραία που μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα είναι ένα δίπολο μήκους κύματος. Μήκος μισού κύματος διπολική κεραία έχει κέρδος 2.15 dB μεγαλύτερο από μια ισοτροπική κεραία. Το δίπολο συγκεντρώνει την ενέργεια σε ορισμένες κατευθύνσεις, έτσι ώστε η ακτινοβολία προς αυτές τις κατευθύνσεις να είναι μεγαλύτερη από την ακτινοβολία από μια ισοτροπική πηγή με την ίδια ισχύ εισόδου.

Δείτε επίσης: >> Είναι καλύτερο να αποκτήσετε περισσότερη κεραία;

Επομένως, το κέρδος μιας κεραίας που αναφέρεται σε ένα ισοτροπικό ψυγείο είναι το κέρδος που αναφέρεται σε ένα δίπολο μήκους κύματος συν 2.15 dB:

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1 (και το Σχήμα 2) μια κατευθυντική κεραία (συμπεριλαμβανομένου ενός διπόλου μισού κύματος) μπορεί να θεωρηθεί ότι συγκεντρώνει την διαθέσιμη ενέργεια που τροφοδοτείται στην κεραία, εστιάζοντας την ενέργεια που εκπέμπεται από την κεραία στην επιθυμητή κατεύθυνση. Η ενέργεια που ακτινοβολείται στην επιθυμητή κατεύθυνση (ες) αυξάνεται μειώνοντας την ενέργεια που ακτινοβολείται σε κάποια άλλη κατεύθυνση.

Για παράδειγμα, μια γραμμική σειρά τεσσάρων διπολών κεραιών θα έχει τυπικά ένα κέρδος 6 dBd. Αυτή η ίδια κεραία θα έχει κέρδος 8.15 dBi (αναφέρεται σε ισοτροπικό).

Σχήμα 2: Κέρδος σε dBd έναντι dBi

Δείτε επίσης: >> Συμβουλές για τη μέτρηση κέρδους κεραίας 

Τα κατευθυντικά μοτίβα κεραιών απεικονίζονται μερικές φορές ως κέρδος σε dB πάνω από ένα δίπολο μισού κύματος. Άλλα μοτίβα εμφανίζονται ως σχετική τάση πεδίου. Αυτά είναι άμεσα μεταβιβάσιμα αρκεί να γνωρίζει κανείς το απόλυτο κέρδος σε dBd ή dBi του κύριου λοβού της κεραίας. Η εξίσωση έχει ως εξής:


που:
● G είναι το κέρδος σε dB σε ένα συγκεκριμένο αζιμούθιο

● Το Gm είναι το μέγιστο κέρδος ισχύος σε dB που αναφέρεται σε δίπολο μισού κύματος

● Το Rv είναι η σχετική τάση πεδίου για το συγκεκριμένο αζιμούθιο

●Για να μετατρέψετε την τιμή κέρδους (σε dB) σε ένα συγκεκριμένο αζιμούθιο σε σχετική τιμή πεδίου, χρησιμοποιήστε την ακόλουθη εξίσωση:


Όταν είναι γνωστή η μέγιστη πραγματική ισχύς ακτινοβολίας και η σχετική τάση πεδίου σε ένα συγκεκριμένο αζιμούθιο, η πραγματική ισχύς ακτινοβολίας σε αυτό το συγκεκριμένο αζιμούθιο υπολογίζεται από την ακόλουθη εξίσωση:

που:
● Το Rp είναι η πραγματική ισχύς που εκπέμπεται σε ένα συγκεκριμένο αζιμούθιο (σε watt, kW, κ.λπ.)

● P είναι η πραγματική ακτινοβολούμενη ισχύς στον κύριο λοβό (μέγιστο) στο οριζόντιο επίπεδο (σε watt, kW, κ.λπ.)

Δείτε επίσης:>> Βασική θεωρία κεραίας: dBi, dB, dBm dB (mW)

Μονάδες έντασης πεδίου
Υπάρχει επίσης μεγάλη σύγχυση στο λεξιλόγιο για τη δύναμη του πεδίου (που ονομάζεται επίσης ένταση πεδίου). Οι τιμές εκφράζονται συνήθως σε dBu, dBµV και dBm. Κάθε μονάδα έχει αξία και κοινή χρήση σε συγκεκριμένους κλάδους στο βιομηχανία ραδιοεπικοινωνιών. Ωστόσο, η εκτεταμένη σύγχυση σχετικά με το πώς σχετίζονται μεταξύ τους προκαλεί τόσο απογοήτευση όσο και παρεξηγήσεις σχετικά με το σχεδιασμό του συστήματος και την πραγματική απόδοση. Οι ακόλουθοι όροι θα συζητηθούν εκτενώς.

● Το dBu είναι E (ένταση ηλεκτρικού πεδίου) πάντα σε ντεσιμπέλ πάνω από ένα microvolt / meter (dBµV / m)

● Το dBµV (χρησιμοποιώντας το ελληνικό γράμμα µ ["mu"] αντί για u) είναι η τάση εκφρασμένη σε dB πάνω από ένα μικροβολικό σε συγκεκριμένη αντίσταση φορτίου. στο έδαφος για κινητά και μετάδοση αυτό είναι συνήθως 50 ohms.

● Το dBm είναι ένα επίπεδο ισχύος εκφρασμένο σε dB πάνω από ένα milliwatt

# Ένταση ηλεκτρικού πεδίου
Η μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου dBu είναι η μονάδα που χρησιμοποιείται εκτενώς από την Ομοσπονδιακή Επιτροπή Επικοινωνιών όταν αναφέρεται στην ισχύ πεδίου. Η πραγματική ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου εκφράζεται πάντα σε κάποια σχετική τιμή βολτ / μέτρο - ποτέ σε βολτ ή χιλιοστόβια. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα, τη λήψη κέρδους κεραίας, τη λήψη κεραίας αντίσταση και λήψη μετάδοση απώλεια γραμμής. Επομένως, αυτό το μέτρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απόλυτο μέτρο για την περιγραφή περιοχών εξυπηρέτησης και τη σύγκριση διαφορετικών εγκαταστάσεων μετάδοσης ανεξάρτητα από τις πολλές μεταβλητές που εισάγονται από διαφορετικές διαμορφώσεις δέκτη.

Όταν μια διαδρομή έχει ανεμπόδιστη οπτική γωνία και δεν υπάρχουν εμπόδια εντός του 0.5 της πρώτης ζώνης Fresnel, η οποία θα εισάγει πρόσθετη εξασθένηση, η ισχύς του λαμβανόμενου ηλεκτρικού πεδίου θα προσεγγίζει αυτήν του ελεύθερου χώρου και μπορεί να υπολογιστεί από την ακόλουθη εξίσωση:

που:
● Το ERP εκφράζεται σε dB άνω του 1 kW

● d είναι η απόσταση που εκφράζεται σε χιλιόμετρα

Δείτε επίσης: >> Κατανόηση των βασικών κερδών της κεραίας

# Λήψη τάσης και ισχύος
Αν και υπολογισμοί της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητες από τα προαναφερθέντα χαρακτηριστικά του δέκτη, οι προβλέψεις τάσης και η ληφθείσα ισχύς που παρέχονται στην είσοδο ενός δέκτη πρέπει να λαμβάνουν προσεκτικά υπόψη κάθε έναν από αυτούς τους παράγοντες. Η συσχέτιση μεταξύ της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου και της τάσης που εφαρμόζεται στην είσοδο του δέκτη είναι αδύνατη εκτός εάν όλες οι παραπάνω αναφερόμενες πληροφορίες είναι γνωστές και λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό του συστήματος.

Όταν οι ίδιες ακριβώς συνθήκες (διαδρομή, συχνότητα, ισχύς ακτινοβολημένης ισχύος κ.λπ.) εφαρμόζονται σε πανομοιότυπες συνθήκες, οι ακόλουθες εξισώσεις θα επιτρέψουν στον σχεδιαστή συστήματος να μεταφράσει μεταξύ των διαφόρων συστημάτων με πλήρη εμπιστοσύνη.

Η ένταση του πεδίου ως συνάρτηση της λαμβανόμενης τάσης, του κέρδους και της συχνότητας λήψης της κεραίας όταν εφαρμόζεται σε μια κεραία της οποίας η σύνθετη αντίσταση είναι 50 ohms μπορεί να εκφραστεί ως:


Λύθηκε για ληφθείσα τάση αυτή η εξίσωση γίνεται:

Για υπολογισμούς ισχύος και τάσης σε φορτίο 50 ohm:

Αντικαθιστώντας την τιμή πεδίου για την τάση από Εξ. 7:

Σημειώστε ότι η πιο γενική εξίσωση για τιμές σύνθετης αντίστασης (Z) εκτός από το 50Ω είναι:

Και αντικαθιστώντας την τιμή πεδίου για την τάση από την Εξ. 7:

που:
● Gr είναι το ισοτροπικό κέρδος της κεραίας λήψης

● Το Z είναι η σύνθετη αντίσταση του συστήματος στο Ohms

Όταν ένα "περίγραμμα ισχύος πεδίου" σχεδιάζεται και αναγνωρίζεται σε dBm ή microvolts (dBµV), είναι σημαντικό να γνωρίζετε αυτές τις τιμές συχνότητας και κέρδους κεραίας. Ο χρήστης πρέπει να κατανοήσει ότι τέτοια "περιγράμματα" ισχύουν μόνο για μία συχνότητα και το συγκεκριμένο κέρδος κεραίας λήψης που χρησιμοποιείται για την πρόβλεψη. Υπάρχει επίσης μια σταθερή απώλεια στη γραμμή μετάδοσης κεραίας λήψης - συχνά θεωρείται ότι δεν έχει απώλειες.

Για αυτούς τους λόγους, τέτοια "περιγράμματα" είναι ασαφή ως προβλέψεις κάλυψης, όταν όλα τα κέρδη κεραίας λήψης και οι απώλειες γραμμής μετάδοσης δεν είναι πανομοιότυπα για όλους τους δέκτες. Για να προσδιορίσετε το επίπεδο έντασης πεδίου που απαιτείται για την επαρκή λήψη ενός μεταδιδόμενου σήματος, χρησιμοποιήστε την Εξίσωση 6 παραπάνω, λαμβάνοντας υπόψη τη συχνότητα, το κέρδος λήψης κεραίας και το απαιτούμενο επίπεδο τάσης δέκτη για το επιθυμητό επίπεδο ηρεμίας στον δέκτη.

Δείτε επίσης: >> Τι είναι το VSWR: Voltage Standing Wave Ratio 

Αυτές οι προβλέψεις αφορούν την τάση στους ακροδέκτες της κεραίας. Τα πραγματικά επίπεδα τάσης και ισχύος στην είσοδο του δέκτη πρέπει να λαμβάνουν υπόψη την πρόσθετη απώλεια που υπάρχει στη γραμμή μετάδοσης λήψης. Αυτή η απώλεια σήματος είναι ιδιαίτερα κρίσιμη σε υψηλές συχνότητες όταν τα καλώδια είναι μακριά.

Εικόνα 3: Ηλεκτρικό πεδίο και εκ νέουέλαβε τάση και ισχύ

Το σχήμα 3 συνοψίζει τη σχέση μεταξύ της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου και της τάσης και της ισχύος στους ακροδέκτες εισόδου του δέκτη.

Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου (σε dBu) είναι μόνο μια λειτουργία:

● Πραγματική ακτινοβολούμενη ισχύς πομπού.

● Απόσταση από τον πομπό.

● Απώλειες από εμπόδια εδάφους.

Δεδομένου ότι η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου είναι ανεξάρτητη από οποιαδήποτε χαρακτηριστικά του δέκτη, είναι ένα χρήσιμο πρότυπο για τον υπολογισμό περιοχών κάλυψης.

Το ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί τάση στην κεραία, μεταφέροντας ισχύ στην κεραία. Η τάση (dBµV) στους ακροδέκτες της κεραίας είναι συνάρτηση του κέρδους της κεραίας για τη συγκεκριμένη συχνότητα που εξετάζεται. Η ισχύς (dBm) που διατίθεται στους ακροδέκτες κεραίας είναι επίσης συνάρτηση της σύνθετης αντίστασης κεραίας (συνήθως 50 Ohms).

Η γραμμή μετάδοσης (συνήθως ομοαξονικό καλώδιο ή κυματοδηγός) συνδέει τους ακροδέκτες της κεραίας με τους ακροδέκτες εισόδου του δέκτη. Η τάση και η ισχύς στους ακροδέκτες εισόδου του δέκτη μειώνονται κατά την απώλεια αυτής της γραμμής μετάδοσης. Οι απώλειες γραμμής μετάδοσης είναι συνάρτηση του μεγέθους και του τύπου της γραμμής μετάδοσης και της συχνότητας λειτουργίας. Επιπλέον, άλλες απώλειες επηρεάζουν την ισχύ που μεταφέρεται στους ακροδέκτες εισόδου του δέκτη. Ανατρέξτε στην ενότητα "Τυπικές τιμές απώλειας" στην ενότητα τεχνικής αναφοράς για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις απώλειες στο εσωτερικό των οχημάτων, τις απώλειες λόγω εγγύτητας αμαξώματος με φορητούς δέκτες κ.λπ.

Δείτε επίσης: >> Ποια είναι η διαφορά μεταξύ AM και FM; 

#Συμπέρασμα
Το προφανές συμπέρασμα από αυτές τις πληροφορίες είναι ότι τα συστήματα λήψης με διαφορετικά κέρδη κεραίας απαιτούν σημαντικά διαφορετικές τιμές ισχύος ηλεκτρικού πεδίου για σωστή λειτουργία. Ένα περίγραμμα περιοχής εξυπηρέτησης (σε dBµV ή dBm) που υπολογίζεται για κινητό δέκτη με μόνιμα τοποθετημένη κεραία οροφής υψηλού κέρδους μπορεί να είναι παραπλανητικό για τους χρήστες με φορητές μονάδες κεραίας χαμηλού κέρδους.

Με βάση τον πραγματικό εξοπλισμό που προτείνεται και τις παραπάνω εξισώσεις, ο σχεδιαστής του συστήματος μπορεί τώρα να υπολογίσει την πραγματική ισχύ πεδίου που απαιτείται για οποιοδήποτε συγκεκριμένο σύστημα λήψης. Η λειτουργία των δεκτών σε περιοχές όπου η ισχύς του πεδίου πληροί ή υπερβαίνει το επίπεδο σχεδιασμού του εξοπλισμού μπορεί να αναμένεται να παράγει ικανοποιητική απόδοση του συστήματος. Η ενότητα τεχνικής αναφοράς πεδίων έντασης πεδίου ασχολείται με τη μετατροπή των τιμών έντασης ηλεκτρικού πεδίου (υπολογισμένες σε dBu με TAP) σε άλλες μονάδες για γραφική παράσταση απευθείας σε dBm ή dBµV.

Αφήστε μήνυμα 

Λίστα μηνυμάτων