Подписаться

Эффективная излучаемая мощность

Последняя правка сделана 2021-05-18 08:48:17 Править
Иллюстрация определения эквивалентной изотропно излучаемой мощности (EIRP). На осях указаны единицы мощности сигнала в децибелах. R a {\ displaystyle R _ {\ text {a}}}R _ {{\ text {a}}} - это диаграмма направленности данного передатчика, управляющего направленной антенной. Он излучает сигнал дальнего поля с силой S {\ displaystyle S}S в направлении максимального излучения (главный лепесток ) вдоль оси z.. Зеленая сфера R iso {\ displaystyle R _ {\ text {iso}}}{\ displaystyle R _ {\ text {iso}}} представляет собой диаграмму направленности идеальной изотропной антенны, которая излучает такой же максимальный уровень сигнала, что и направленная антенна. Мощность передатчика, которая должна быть приложена к изотропной антенне для излучения такой большой мощности, называется EIRP.

Эффективная излучаемая мощность (ERP ), синоним эквивалентной излучаемой мощности, является стандартизированным IEEE определением направленной радиочастотной (RF) мощности, например, излучаемой радиопередатчиком. Это общая мощность в ваттах, которую должна излучать полуволновая дипольная антенна, чтобы получить такую ​​же интенсивность излучения (мощность сигнала или плотность потока мощности в ваттах на квадратный метр) в качестве реальной антенны источника на удаленном приемнике, расположенном в направлении самого сильного луча антенны (главный лепесток ). ERP измеряет комбинацию мощности, излучаемой передатчиком, и способности антенны направлять эту мощность в заданном направлении. Он равен входной мощности антенны, умноженной на усиление антенны. Он используется в электронике и телекоммуникациях, в частности в вещании для количественной оценки кажущейся мощности вещательной станции, испытываемой слушателями в зоне приема.

Альтернативный параметр, который измеряет то же самое, - эффективная изотропная излучаемая мощность (EIRP ). Эффективная изотропная излучаемая мощность - это гипотетическая мощность, которую должна излучать изотропная антенна, чтобы получить такой же («эквивалентный») уровень сигнала, что и у реальной исходной антенны в направлении самого сильного луча антенны. Разница между EIRP и ERP заключается в том, что ERP сравнивает реальную антенну с полуволновой дипольной антенной, а EIRP сравнивает ее с теоретической изотропной антенной. Поскольку полуволновая дипольная антенна имеет усиление 1,64 (или 2,15 дБ ) по сравнению с изотропным излучателем, если ERP и EIRP выражены в ваттах, их соотношение будет

EIRP (W) = 1,64 ⋅ ERP (W) {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (W)} = 1,64 \ cdot \ mathrm {ERP (W)}}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (W)} = 1,64 \ cdot \ mathrm {ERP (W)}}

Если они выражены в децибелах

EIRP (d B) = ERP (d B) + 2.15 {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (дБ)} = \ mathrm {ERP (dB)} +2,15}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (дБ)} = \ mathrm {ERP (дБ)} +2,15}

Содержание

  • 1 Определения
  • 2 Отношение к выходной мощности передатчика
  • 3 Отношение к мощность сигнала
  • 4 Дипольные и изотропные излучатели
  • 5 Поляризация
  • 6 Пример FM
    • 6.1 Нормативное использование США
  • 7 Проблемы с микроволновым диапазоном
  • 8 Проблемы с низкими частотами
  • 9 Сопутствующие термины
    • 9.1 EMRP
    • 9.2 CMF
  • 10 HAAT
  • 11 См. также
  • 12 Ссылки

Определения

Эффективная излучаемая мощность и эффективная изотропная излучаемая мощность измеряют плотность мощности радиопередатчик и антенна (или другой источник электромагнитных волн) излучают в определенном направление: в направлении максимальной мощности сигнала («главный лепесток ») его диаграммы направленности. Эта кажущаяся мощность зависит от двух факторов: общей выходной мощности и диаграммы направленности антенны - какая часть этой мощности излучается в желаемом направлении. Последний фактор количественно выражается усилением антенны, которое представляет собой отношение мощности сигнала, излучаемого антенной в направлении максимального излучения, к уровню, излучаемому стандартной антенной. Например, передатчик мощностью 1000 Вт, питающий антенну с коэффициентом усиления 4 (6 дБи), будет иметь такой же уровень сигнала в направлении своего главного лепестка и, следовательно, такие же ERP и EIRP, как передатчик мощностью 4000 Вт, питающий антенна с коэффициентом усиления 1 (0 дБи). Таким образом, ERP и EIRP - это меры излучаемой мощности, позволяющие сравнивать различные комбинации передатчиков и антенн на равной основе.

Несмотря на названия, ERP и EIRP не измеряют мощность передатчика или общую мощность, излучаемую антенной, они всего лишь мера силы сигнала вдоль главного лепестка. Они не дают информации ни о мощности, излучаемой в других направлениях, ни об общей мощности. ERP и EIRP всегда больше фактической полной мощности, излучаемой антенной.

Разница между ERP и EIRP состоит в том, что усиление антенны традиционно измеряется в двух разных единицах, сравнивая антенну с двумя разными стандартными антеннами; изотропная антенна и полуволновая дипольная антенна:

  • Изотропное усиление - это отношение плотности мощности S max {\ displaystyle S _ {\ text {max} }}S _ {\ text {max}} (мощность сигнала в ваттах на квадратный метр), полученного в точке, удаленной от антенны (в дальнем поле ) в направлении ее максимального излучения (главный лепесток), чтобы мощность S max, изотропная {\ displaystyle S _ {\ text {max, isotropic}}{\ displaystyle S _ {\ text {max, изотропный}}} , полученная в той же точке от гипотетической изотропной антенны без потерь, которая излучает равную мощность во всех направлениях
G i = S max S max, изотропный {\ displaystyle \ mathrm {G} _ {\ text {i}} = {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, изотропный}}}}{\ displaystyle \ mathrm {G} _ {\ text {i}} = {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, isotropic}}}}
Коэффициент усиления часто выражается в логарифмических единицах децибел (дБ). Коэффициент усиления в децибелах относительно изотропной антенны (дБи) определяется как
G (дБи) = 10 log ⁡ S max S max, изотропный {\ displaystyle \ mathrm {G} {\ text {(дБи)}} = 10 \ log {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, isotropic}}}}{\ displaystyle \ mathrm {G} {\ text {(dBi)}} = 10 \ log { S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, isotropic}}}}
  • Дипольное усиление - это отношение плотности мощности, полученной от антенны в направлении ее максимального излучения, к плотность мощности S max, диполь {\ displaystyle S _ {\ text {max, диполь}}}{\ displaystyle S _ {\ text {max, диполь}}} , полученная от полуволновой дипольной антенны без потерь в направлении ее максимума излучение
G d = S max S max, диполь {\ displaystyle \ mathrm {G} _ {\ text {d}} = {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, диполь} }}}{\ displaystyle \ mathrm {G} _ {\ text {d}} = {S _ ​​{\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, диполь}}}}
Усиление в децибелах относительно диполя (дБд) определяется как
G (дБд) = 10 log ⁡ S max S max, диполь {\ displaystyle \ mathrm {G} {\ text {(dBd)}} = 10 \ log {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, диполь}}}}{\ displaystyle \ mathrm {G} {\ text {(dBd)}} = 10 \ log {S _ {\ text {max}} \ over S _ {\ text {max, диполь}}}}

В отличие от изотропной антенны, диполь имеет излучение "пончиковой формы" диаграммы направленности его излучаемая мощность максимальна в направлениях, перпендикулярных антенне, de цепляние к нулю на оси антенны. Поскольку излучение диполя сосредоточено в горизонтальных направлениях, коэффициент усиления полуволнового диполя больше, чем у изотропной антенны. Изотропное усиление полуволнового диполя составляет 1,64, или в децибелах 10 log 1,64 = 2,15 дБи, поэтому

G i = 1,64 G d {\ displaystyle G _ {\ text {i}} = 1,64G _ {\ text { d}}}{\ displaystyle G _ {\ text {i}} = 1.64G _ {\ text {d}}}

В децибелах

G (дБи) = G (дБд) + 2,15 {\ displaystyle G {\ text {(дБи)}} = G {\ text {(дБд)}} + 2,15}{\ displaystyle G {\ text {(dBi)}} = G {\ text {(dBd)}} + 2,15}

Эти два показателя EIRP и ERP основаны на двух разных стандартных антеннах, указанных выше:

  • EIRP определяется как входная мощность RMS в ваттах, необходимая для изотропной антенны без потерь для обеспечения такой же максимальной мощности плотность вдали от антенны как фактического передатчика. Он равен мощности, подводимой к антенне передатчика, умноженной на усиление изотропной антенны
EIRP = G i P in {\ displaystyle \ mathrm {EIRP} = G _ {\ text {i}} P _ {\ text {in} }}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP} = G _ {\ text {i}} P _ {\ text {in}}}
ERP и EIRP также часто выражаются в децибелах (дБ). Входная мощность в децибелах обычно рассчитывается по сравнению с эталонным уровнем в один ватт (Вт): P in (d B w) = 10 log ⁡ P in {\ displaystyle P _ {\ text {in}} \ mathrm {(dBw)} = 10 \ log P _ {\ text {in}}}{\ displaystyle P _ {\ text {in}} \ mathrm {(дБВт)} = 10 \ log P _ {\ text {in}}} . Поскольку умножение двух множителей эквивалентно сложению их значений в децибелах,
EIRP (d B w) = G (dBi) + P in (d B w) {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (dBw)} = G {\ text {(дБи)}} + P _ {\ text {in}} \ mathrm {(дБВт)}}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (дБВт)} = G {\ text {(дБи)}} + P _ {\ text { in}} \ mathrm {(дБВт)}}
  • ERP определяется как входная мощность RMS в ваттах, необходимая для полуволнового диполя без потерь антенна, чтобы обеспечить такую ​​же максимальную плотность мощности вдали от антенны, что и фактический передатчик. Он равен мощности, подводимой к антенне передатчика, умноженной на усиление антенны относительно полуволнового диполя
ERP = G d P in {\ displaystyle \ mathrm {ERP} = G _ {\ text {d}} P_ {\ text {in}}}{\ displaystyle \ mathrm {ERP} = G _ {\ text {d}} P _ {\ text {in}}}
В децибелах
ERP (d B w) = G (dBd) + P in (d B w) {\ displaystyle \ mathrm {ERP (dBw)} = G {\ text {(dBd)}} + P _ {\ text {in}} \ mathrm {(dBw)}}{\ displaystyle \ mathrm {ERP (dBw)} = G {\ text {(dBd)}} + P _ {\ text {in}} \ mathrm {(dBw)}}

Поскольку два определения усиления различаются только постоянным коэффициентом, то же самое и ERP и EIRP

EIRP ( W) = 1,64 ⋅ ERP (W) {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (W)} = 1,64 \ cdot \ mathrm {ERP (W)}}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (W)} = 1,64 \ cdot \ mathrm {ERP (W)}}

в децибелах

EIRP (d B w) = ERP ( дБВт) + 2,15 {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (дБВт)} = \ mathrm {ERP} {\ text {(дБВт)}} + 2,15}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (dBw)} = \ mathrm {ERP} {\ текст {(дБВт)}} + 2,15}

Отношение к выходной мощности передатчика

Передатчик обычно подключается к антенне через линию передачи . Поскольку в линии передачи могут быть значительные потери L {\ displaystyle L}L , мощность, подаваемая на антенну, обычно меньше выходной мощности передатчика P TX {\ displaystyle P_ { \ text {TX}}}{\ displaystyle P _ {\ text {TX}}} . Отношение ERP и EIRP к выходной мощности передатчика составляет

EIRP (d B w) = P TX (d B w) - L (d B) + G (dBi) {\ displaystyle \ mathrm {EIRP (dBw)} = P _ {\ text {TX}} \ mathrm {(дБВт)} -L \ mathrm {(дБ)} + G {\ text {(дБи)}}}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP (дБВт)} = P _ {\ text {TX}} \ mathrm {(дБВт)} -L \ mathrm {(дБ)} + G {\ text {(дБи)}}}
ERP (d B w) = P TX ( d B w) - L (d B) + G (дБи) - 2,15 {\ displaystyle \ mathrm {ERP (dBw)} = P _ {\ text {TX}} \ mathrm {(dBw)} -L \ mathrm {( дБ)} + G {\ text {(дБи)}} - 2.15}{\ displaystyle \ mathrm {ERP (дБВт)} = P _ {\ text {TX}} \ mathrm {(дБВт)} -L \ mathrm {(дБ)} + G {\ text {(дБи)}} - 2,15}

Потери в самой антенне включаются в усиление.

Отношение к мощности сигнала

Если путь сигнала находится в свободном пространстве (распространение по прямой видимости без многолучевого распространения ), мощность сигнала (плотность потока мощности в ваттах на квадратный метр) S {\ displaystyle S}S радиосигнала на оси главного лепестка на любом конкретном расстоянии r {\ displaystyle r}р от антенны можно рассчитать на основе EIRP или ERP. Поскольку изотропная антенна излучает одинаковую плотность потока мощности над сферой с центром на антенне, а площадь сферы с радиусом r {\ displaystyle r}р равна A = 4 π r 2 {\ displaystyle A = 4 \ pi r ^ {2}}A=4\pi r ^ {2} , затем

S (r) = EIRP 4 π r 2 {\ displaystyle S (r) = {\ mathrm {EIRP} \ over 4 \ pi r ^ {2}}}{\ displaystyle S (r) = {\ mathrm {EIRP} \ over 4 \ pi r ^ {2}}}

Поскольку EIRP = ERP / 1.64 {\ displaystyle \ mathrm {EIRP} = \ mathrm {ERP} /1.64}{\ displaystyle \ mathrm {EIRP} = \ mathrm {ERP} /1.64},

S (r) = ERP 6.56 π r 2 {\ displaystyle S (r) = {\ mathrm {ERP} \ over 6.56 \ pi r ^ {2}}}{\ displaystyle S (r) = {\ mathrm {ERP} \ более 6,56 \ pi r ^ {2}}}

Однако, если радиоволны распространяются земной волной, что типично для средне- или длинноволновое вещание, небесная волна или непрямые пути играют роль в передаче, волны будут подвергаться дополнительному затуханию, которое зависит от местности между антеннами, поэтому эти формулы недействительны.

Дипольные и изотропные излучатели

Поскольку ERP рассчитывается как усиление антенны (в заданном направлении) по сравнению с максимальной направленностью полуволновой дипольной антенны, он создает математически виртуальную эффективную дипольную антенну, ориентированную в направлении приемника. Другими словами, условный приемник в заданном направлении от передатчика будет получать ту же мощность, если источник будет заменен идеальным диполем, ориентированным с максимальной направленностью, с согласованной поляризацией в направлении приемника и с входной мощностью антенны. равно ERP. Приемник не сможет определить разницу. Максимальная направленность идеального полуволнового диполя постоянна, то есть 0 дБд = 2,15 дБи. Следовательно, ERP всегда на 2,15 дБ меньше EIRP. Идеальная дипольная антенна может быть дополнительно заменена изотропным излучателем (чисто математическое устройство, которое не может существовать в реальном мире), и приемник не может знать разницу, пока входная мощность увеличивается на 2,15 дБ.

К сожалению, различие между дБд и дБи часто не указывается, и читатель иногда вынужден сделать вывод, что было использовано. Например, антенна Яги – Уда состоит из нескольких диполей, расположенных с точными интервалами, чтобы обеспечить лучшую фокусировку энергии (направленность), чем простой диполь. Поскольку он состоит из диполей, часто его усиление антенны выражается в дБд, но указывается только как дБ. Очевидно, эта двусмысленность нежелательна с точки зрения технической документации. Максимальная направленность антенны Яги – Уда составляет 8,77 дБд = 10,92 дБи. Его коэффициент усиления обязательно должен быть меньше указанного на коэффициент η, который должен быть отрицательным в единицах дБ. Ни ERP, ни EIRP не могут быть рассчитаны без знания мощности, принимаемой антенной, т. Е. Неправильно использовать единицы дБд или дБи с ERP и EIRP. Предположим, что перед антенной имеется 100-ваттный (20 дБВт) передатчик с потерями 6 дБ. ERP < 22.77dBW and EIRP < 24.92dBW, both less than ideal by η in dB. Assuming that the receiver is in the first side-lobe of the transmitting antenna, and each value is further reduced by 7.2 dB, which is the decrease in directivity from the main to side-lobe of a Yagi-Uda. Therefore, anywhere along the side-lobe direction from this transmitter, a blind receiver could not tell the difference if a Yagi-Uda was replaced with either an ideal dipole (oriented towards the receiver) or an isotropic radiator with antenna input power increased by 1.57 dB.

Поляризация

Поляризация до сих пор не принималась во внимание, но ее необходимо уточнить. При рассмотрении дипольного излучателя ранее мы предполагали, что он идеально совмещен с приемником. Теперь предположим, однако, что приемная антенна имеет круговую поляризацию, и минимальные поляризационные потери будут составлять 3 дБ независимо от ориентации антенны. Если приемник также является диполем, его можно выровнять перпендикулярно передатчику, так что теоретически принимается нулевая энергия. Однако эти поляризационные потери не учитываются при расчете ERP или EIRP. Напротив, разработчик принимающей системы должен соответствующим образом учесть эти потери. Например, вышка сотового телефона имеет фиксированную линейную поляризацию, но мобильный телефон должен хорошо работать при любой произвольной ориентации. Следовательно, конструкция трубки может обеспечивать прием с двойной поляризацией на трубке, чтобы захваченная энергия была максимальной независимо от ориентации, или разработчик может использовать антенну с круговой поляризацией и учесть дополнительные 3 дБ потерь с усилением.

Пример FM

Четырехсекционная антенна со скрещенными диполями FM-радиовещательной станции.

Например, FM радиостанция, которая сообщает, что ее мощность составляет 100000 ватт Мощность реально имеет 100 000 ватт ERP, а не реальный 100 000 ваттный передатчик. Выходная мощность передатчика (TPO) такой станции обычно может составлять от 10 000 до 20 000 ватт с коэффициентом усиления от 5 до 10 (от 5 × до 10 × или от 7 до 10 дБ ). В большинстве конструкций антенн усиление достигается в первую очередь за счет концентрации мощности в горизонтальной плоскости и подавления ее под углом вверх и вниз за счет использования фазированных решеток антенных элементов. Распределение мощности в зависимости от угла места известно как вертикальный рисунок. Когда антенна также направлена ​​горизонтально, усиление и ERP будут изменяться в зависимости от азимута (направление по компасу ). Вместо средней мощности по всем направлениям в качестве ERP станции указывается кажущаяся мощность в направлении главного лепестка антенны (это утверждение - просто еще один способ сформулировать определение ERP). Это особенно применимо к огромным ERP, о которых сообщается для коротковолновых радиовещательных станций, которые используют очень узкую ширину луча для передачи сигналов через континенты и океаны.

Нормативное использование США

ERP для FM-радио в США всегда относится к теоретической эталонной полуволновой дипольной антенне. (То есть при расчете ERP наиболее прямым подходом является работа с усилением антенны в дБд). Чтобы иметь дело с поляризацией антенны, Федеральная комиссия по связи (FCC) перечисляет ERP как для горизонтальных, так и для вертикальных измерений для FM и ТВ. Горизонтальный стандарт является стандартом для обоих, но если вертикальный ERP больше, он будет использоваться вместо него.

Максимальный ERP для FM-вещания в США обычно составляет 100 000 ватт (FM зона II) или 50 000 ватт (в более густонаселенных зонах I и IA), хотя точные ограничения различаются в зависимости от класса лицензии и антенна высота над средним уровнем местности (HAAT). Некоторые станции были устаревшими или, очень редко, получали отказ и могут выходить за рамки обычных ограничений.

Проблемы с микроволновым диапазоном

Для большинства микроволновых систем полностью ненаправленная изотропная антенна (та, которая излучает одинаково и отлично работает во всех направлениях - физическая невозможность) используется в качестве эталонной антенны, и тогда говорят о EIRP (эффективная изотропная излучаемая мощность), а не о ERP. Сюда входят спутниковые транспондеры, радары и другие системы, в которых используются микроволновые тарелки и отражатели, а не дипольные антенны.

Проблемы с низкой частотой

В случае средневолновых (AM) станций в США ограничения мощности устанавливаются на фактические выходная мощность передатчика, и ERP не используется в обычных расчетах. Всенаправленные антенны, используемые рядом станций, излучают сигнал одинаково во всех направлениях. Направленные решетки используются для защиты станций на одном или соседних каналах, обычно в ночное время, но некоторые из них работают направленно 24 часа. В то время как эффективность антенны и проводимость земли учитываются при проектировании такой решетки, база данных FCC показывает выходную мощность передатчика станции, а не ERP.

Связанные термины

Согласно Институту инженеров-электриков (Великобритания), ERP часто используется как общий справочный термин для излучаемой мощности, но, строго говоря, следует использовать только когда антенна представляет собой полуволновой диполь, и используется для передачи FM.

EMRP

Эффективная излучаемая мощность монополя (EMRP ) может использоваться в Европе, особенно в отношении средневолновых радиовещательных антенн. Это то же самое, что и ERP, за исключением того, что в качестве эталонной антенны используется короткая вертикальная антенна (то есть короткий несимметричный ) вместо полуволнового диполя.

CMF

Цимомоторная сила (CMF ) - альтернативный термин, используемый для выражения интенсивности излучения в вольт, особенно на более низких частотах. Он используется в австралийском законодательстве, регулирующем услуги AM-вещания, в котором он описывается как: «для передатчика [это] означает произведение, выраженное в вольтах, на: (а) напряженность электрического поля при заданной точка в пространстве из-за работы передатчика; и (b) расстояние от этой точки до антенны передатчика ".

Это относится только к AM-радиовещанию и выражает поле сила в «микровольт на метр на расстоянии 1 км от передающей антенны».

HAAT

Высота над средним уровнем местности для ОВЧ и более высоких частот чрезвычайно важна при рассмотрении ERP, поскольку охват сигнала (диапазон широковещания ), создаваемый данной ERP, резко увеличивается с высотой антенны. По этой причине станция мощностью всего несколько сотен ватт ERP может покрыть большую площадь, чем станция мощностью несколько тысяч ватт, если ее сигнал проходит над препятствиями на земле.

См. Также

Список литературы

Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: mail@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте