יחידות עוצמת שדה

"מה ההבדל בין יחידות dBu, dBm, dBuV ויחידות אחרות? יש הרבה בלבול כאשר מהנדסים, טכנאים ואנשי מכירות ציוד מדברים על יחידות של רווח אנטנה וחוזק שדה. אנשים בתחומים שונים בתעשיית התקשורת הרדיו רואיםמ 'מדברים שפות שונות ורוב האנשים אינם רב-לשוניים. ----- FMUSER " 

# יחידות אנטנה הרווח
בעוד שחוזק השדה בכל מקום אינו תלוי אנטנת רווח, המתח שקיבל במקלט אינו. לכן, נסתכל תחילה על רווח אנטנה

רווח עשוי להתבטא כמכפיל כוח או ב- dB. רווח אנטנה המצוין ב- dB מתייחס לאיזוטרופי או לדיפול חצי גל. תעשיית המיקרוגל קבעה באופן אוניברסלי את המוסכמה של דיווח על רווח אנטנה ב- dBi (התייחסו לאיזוטרופיים). תעשיית הניידים היבשתיים הביעה כמעט אוניברסלית רווח אנטנה כ- dBd (הכוונה לדיפול חצי גל ולא לאיזוטרופי). 

ראה גם: >> מה ההבדל בין "dB", "dBm" ו- "dBi"?  

כאשר יצרן מפרט רווח כ dB, בדרך כלל אתה יכול להניח שהרווח שהוזכר הוא dBd. יצרני אנטנות משודרות מתייחסים לרוב לרווח מכפיל בו כוח הכניסה לאנטנה מוכפל על ידי רווח זה בכדי להניב את הכוח הקרין האפקטיבי.

האנטנה הפשוטה ביותר היא רדיאטור איזוטרופי. זוהי אנטנה תיאורטית המקרינה את אותה רמת אנרגיה לכל הכיוונים כאשר מופעל כוח על האנטנה. אף על פי שלא ניתן לבנות סוג זה של אנטנה בפועל, השימוש במושג מספק תקן אחיד כנגדו ניתן לכייל ולהשוות את הביצועים של כל האנטנות המיוצרות.

איור 1: דיפול חצי גל לעומת אנטנה איזוטרופית

אנטנה שניתן לבנות בקלות היא דיפול באורך גל-חצי. אורך חצי גל אנטנת דיפול יש רווח של 2.15 dB גדול יותר מאנטנה איזוטרופית. הדיפול מרכז את האנרגיה לכיוונים מסוימים, כך שהקרינה באותם כיוונים גדולה יותר מהקרינה ממקור איזוטרופי עם אותו כוח כניסה.

ראה גם: >> האם האנטנה מרוויחה יותר?

לפיכך, הרווח של אנטנה המתייחס לרדיאטור איזוטרופי הוא הרווח המתייחס לדיפול באורך גל בתוספת 2.15 dB:

כפי שמוצג באיור 1 (ואיור 2) ניתן לשקול אנטנה כיוונית (כולל דיפול חצי גל) לרכז את האנרגיה הזמינה המוזנת באנטנה, תוך מיקוד האנרגיה המוקרנת מהאנטנה לכיוון הרצוי. האנרגיה המוקרנת בכיוונים הרצויה מוגברת על ידי הפחתת האנרגיה המוקרנת בכיוונים אחרים (ים) אחרים.

לדוגמה, מערך קולניארי של ארבע אנטנות דיפול יהיה בדרך כלל רווח של 6 dBd. לאותה אנטנה תהיה רווח של 8.15 dBi (המכונה איזוטרופי).

איור 2: הרווח ב- dBd לעומת dBi

ראה גם: >> טיפים למדידת רווח אנטנה 

דפוסי אנטנה כיוונית מתוארים לעתים כעלייה ב- dB מעל דיפול בעל חצי גל. דפוסים אחרים מוצגים כמתח שדה יחסי. אלה ניתנים להעברה ישירות כל עוד יודעים את הרווח המוחלט ב- dBd או dBi באונה העיקרית של האנטנה. המשוואה היא כדלקמן:


שם:
● G הוא הרווח ב- dB על אזימוט מסוים

● Gm הוא רווח ההספק המרבי ב- dB המתייחס לדיפול בעל חצי גל

● Rv הוא מתח השדה היחסי של אזימוט מסוים

●כדי להמיר את ערך הרווח (ב- dB) על אזימוט מסוים לערך שדה יחסי, השתמש במשוואה הבאה:


כאשר ידוע על ההספק המוקרן האפקטיבי המרבי ומתח השדה היחסי על אזימוט מסוים, החשמל הקרין האפקטיבי על אותו אזימוט מסוים מחושב מהמשוואה הבאה:

שם:
● Rp הוא הכוח הקרין האפקטיבי על אזימוט מסוים (בוואט, קילוואט וכו ')

● P הוא הכוח הקרין האפקטיבי באונה העיקרית (מקסימום) במישור האופקי (בוואט, קילוואט וכו ').

ראה גם:>> תיאוריית אנטנה בסיסית: dBi, dB, dBm dB (mW)

יחידות של עוצמת שדה
יש גם בלבול רב באוצר המילים לחוזק שדה (נקרא גם עוצמת שדה). ערכים באים לידי ביטוי בדרך כלל dBu, dBµV ו- dBm. לכל יחידה יש ​​גם זכות ושימוש נפוץ בתחומים מסוימים בתחום ענף תקשורת רדיו. עם זאת, הבלבול הנרחב ביחס לקשר זה לזה גורם לתסכול וגם לא הבנות לגבי תכנון המערכת וביצועים בפועל. המונחים הבאים יידונו בהרחבה.

● dBu הוא E (עוצמת שדה חשמלי) תמיד בדציבלים מעל מיקרו וולט / מטר (dBμV / m)

● dBµV (באמצעות האות היוונית µ ["mu"] במקום u) הוא מתח המתבטא ב- dB מעל מיקרו וולט אחד למצב עכבה ספציפי; בניידים משודרים ומשדרים בדרך כלל 50 אוהם.

● dBm הוא רמת הספק המתבטאת ב- dB מעל מילי וואט אחד

# עוצמת שדה חשמלי
יחידת עוצמת השדה החשמלית dBu היא היחידה בה נעשה שימוש נרחב על ידי נציבות התקשורת הפדרלית כאשר היא מתייחסת לחוזק השדה. חוזק שדה חשמלי אמיתי מתבטא תמיד בערך יחסי כלשהו של וולט / מטר - לעולם לא בוולטים או במיליוואט. עוצמת שדה חשמלי אינה תלויה בתדר, קבלת עלייה באנטנה, קבלת אנטנה עכבה ומקבל תמסורת הפסד קו. לכן ניתן להשתמש במדד זה כאמצעי מוחלט לתיאור אזורי שירות ולהשוואה בין מתקני שידור שונים ללא תלות במשתנים הרבים שהוצגו על ידי תצורות מקלט שונות.

כאשר לנתיב קו ראייה בלתי מפריע ושום מכשול אינו נופל בתוך 0.5 מאזור פרנל הראשון, אשר יביא לניכוך נוסף, כוח השדה החשמלי שהתקבל יהיה בקירוב לזה של שטח פנוי וניתן לחשב אותו מהמשוואה הבאה:

שם:
● ERP בא לידי ביטוי ב- dB מעל 1 קילוואט

● d הוא מרחק שבא לידי ביטוי בקילומטרים

ראה גם: >> הבנת היסודות של אנטנת רווח

# מתח וקלט
למרות חישובים של עוצמת שדה חשמלי אינם תלויים במאפייני המקלט שהוזכרו לעיל, תחזיות מתח וכוח שקיבלו המסופקים לכניסת המקלט חייבים לקחת בחשבון בזהירות כל אחד מהגורמים הללו. אין אפשרות להתאם בין חוזק שדה חשמלי למתח המופעל על כניסת המקלט אלא אם כל המידע המפורט לעיל ידוע ונחשב בעיצוב המערכת.

כאשר מוחלים על אותם תנאים (נתיב, תדר, עוצמה מקורנת יעילה וכו ') על נסיבות זהות, המשוואות הבאות יאפשרו למתכנן המערכת לתרגם בין המערכות השונות בביטחון מלא.

חוזק שדה כפונקציה של מתח שהתקבל, קבלת רווח אנטנה ותדר כשהוא מוחל על אנטנה שהמעכבה שלה היא 50 אוהם, ניתן לבטא כ:


נפתרה עבור מתח שהתקבל משוואה זו הופכת להיות:

לחישובי כוח ומתח בעומס של 50 אוהם:

החלפת ערך השדה עבור המתח מ- Eq. 7:

שימו לב שהמשוואה הכללית יותר לערכי עכבה (Z) שאינם 50Ω היא:

והחלפת ערך השדה למתח מ- Eq. 7:

שם:
● Gr הוא הרווח האיזוטרופי של האנטנה המקבלת

● Z היא עכבת המערכת באוהמס

כאשר מתארים "מתאר חוזק שדה" ומזוהים ב- dBm או במיקרו וולט (dBµV), חשוב להכיר ערכים אלה של תדר ורווח אנטנה. על המשתמש להבין ש"מתארים "כאלה תקפים רק לתדר אחד ולרווח האנטנה המקבל המסוים המשמש לניבוי. יש גם הפסד קבוע בקו ההולכה של האנטנה המקבלת - לעיתים קרובות ההנחה שהיא חסרת אובדן.

מסיבות אלה, "קווי מתאר" כאלה הם דו משמעיים כמו תחזיות כיסוי, כאשר כל הרווחים המקבלים אנטנה והפסדי קו הולכה אינם זהים עבור כל המקלטים. כדי לקבוע את רמת חוזק השדה הנחוצה כדי לקבל את האות המועבר כנדרש, השתמשו במשוואה 6 לעיל, תוך התחשבות בתדר, קבלת רווח אנטנה ורמת מתח מקלט דרושה לרמת השקט הרצויה במקלט.

ראה גם: >> מהו VSWR: יחס גל עומס מתח 

תחזיות אלה מיועדות למתח במסופי האנטנה. רמות מתח וכוח בפועל בכניסה למקלט חייבות לקחת בחשבון את האובדן הנוסף הקיים בקו ההולכה המקבל. אובדן האות הזה הוא קריטי במיוחד בתדרים גבוהים כאשר הכבלים ארוכים.

איור 3: שדה חשמלי מחדשמתח ונפלט

איור 3 מסכם את הקשר בין חוזק שדה חשמלי למתח והספק במסופי הכניסה של המקלט.

חוזק השדה החשמלי (ב- dBu) הוא פונקציה בלבד של:

● משדר כוח אפקטיבי מקרין.

● מרחק מהמשדר.

● אובדן מחסימות השטח.

מכיוון שחוזק השדה החשמלי אינו תלוי במאפייני מקלט כלשהו, ​​זהו תקן שימושי לתחומי כיסוי מחשוב.

השדה החשמלי משרה מתח לאנטנה ומעביר כוח לאנטנה. המתח (dBµV) במסופי האנטנה הוא פונקציה של הרווח של האנטנה עבור התדר הספציפי הנבדק. הכוח (dBm) הזמין במסופי האנטנה הוא גם פונקציה של עכבת האנטנה (בדרך כלל 50 אוהם).

קו ההולכה (בדרך כלל כבל קואקסיאלי או מדריך גל) מחבר את מסופי האנטנה למסופי כניסת המקלט. המתח וההספק במסופי הכניסה של המקלט מופחתים בגלל האובדן בקו ההולכה הזה. הפסדי קו הולכה הם פונקציה של הגודל והסוג של קו ההולכה ותדירות ההפעלה. בנוסף, הפסדים אחרים משפיעים על הכוח המועבר למסופי הכניסה של המקלט. ראה "ערכי אובדן טיפוסיים" בפרק הייחוס הטכני למידע נוסף על הפסדים ברכבים, הפסדים עקב קרבת גוף למקלטים כף יד וכו '.

ראה גם: >> מה ההבדל בין AM ל- FM? 

#סיכום
המסקנה המתבקשת ממידע זה היא שמערכות קבלה עם עליות אנטנה שונות דורשות ערכי חוזק שדה חשמלי שונים באופן משמעותי לצורך פעולה תקינה. קווי מתאר של אזור שירות (ב- dBµV או dBm) המחושבים עבור מקלט נייד עם רווח גבוה בעל רכיב קבוע באנטנה עלול להיות מטעה למשתמשים עם יחידות כף יד אנטנה בעלות רווח נמוך.

בהתבסס על הציוד בפועל שהוצע והמשוואות לעיל, מעצב המערכת יכול כעת לחשב את חוזק השדה בפועל הנחוץ לכל מערכת קבלה מסוימת. הפעלת המקלטים באזורים בהם חוזק השדה פוגש או עולה על רמת העיצוב של הציוד, ניתן לצפות לייצר ביצועי מערכת משביע רצון. פרק ההתייחסות הטכנית של רשתות עוצמת השדה דן בהמרה של ערכי עוצמת שדה חשמלי (מחושבים ב- dBu עם TAP) ליחידות אחרות לשרטוט ישירות ב- dBm או dBμV.

השאר הודעה 

רשימת הודעות