Unités d'intensité de champ

"Quelle est la différence entre dBu, dBm, dBuV et d'autres unités? Il y a beaucoup de confusion lorsque les ingénieurs, les techniciens et les vendeurs d'équipement parlent d'unités de gain d'antenne et d'intensité de champ. Les gens de différentes disciplines de l'industrie des télécommunications radio voientJe parle différentes langues et la plupart des gens ne sont pas multilingues. ----- FMUSER " 

#Unités de gain d'antenne
Bien que l'intensité du champ à n'importe quel endroit soit indépendante de le gain d'antenne, la tension reçue au niveau du récepteur n'est pas. Par conséquent, considérons d'abord le gain d'antenne

Le gain peut être exprimé sous forme de multiplicateur de puissance ou en dB. Le gain d'antenne indiqué en dB fait référence à un dipôle isotrope ou à une demi-onde. L'industrie des micro-ondes a universellement établi la convention de rapport du gain d'antenne en dBi (référencé isotrope). L'industrie mobile terrestre a exprimé le gain d'antenne presque universellement en dBd (référencé à un dipôle demi-onde plutôt qu'isotrope.) 

Voir aussi: >> Quelle est la différence entre "dB", "dBm" et "dBi"?  

Lorsqu'un fabricant répertorie un gain comme dB, vous pouvez généralement supposer que le gain référencé est dBd. Les fabricants d'antennes de diffusion se réfèrent généralement à un gain multiplicateur où la puissance d'entrée de l'antenne est multipliée par ce gain pour produire la puissance apparente rayonnée.

L'antenne la plus simple est un radiateur isotrope. Il s'agit d'une antenne théorique qui rayonne le même niveau d'énergie dans toutes les directions lorsque l'alimentation est appliquée à l'antenne. Même si ce type d'antenne ne peut pas être réellement construit, l'utilisation du concept fournit un standard uniforme par rapport auquel les performances de toutes les antennes fabriquées peuvent être calibrées et comparées.

Figure 1: dipôle demi-onde vs antenne isotrope

Une antenne qui peut être facilement construite est un dipôle demi-longueur d'onde. Une demi-longueur d'onde Antenne dipôle a un gain de 2.15 dB supérieur à une antenne isotrope. Le dipôle concentre l'énergie dans certaines directions, de sorte que le rayonnement dans ces directions est supérieur au rayonnement d'une source isotrope avec la même puissance d'entrée.

Voir aussi: >> Est-ce que plus d'antenne gagne mieux?

Par conséquent, le gain d'une antenne référencée à un radiateur isotrope est le gain référencé à un dipôle demi-longueur d'onde plus 2.15 dB:

Comme le montrent la figure 1 (et la figure 2), une antenne directionnelle (y compris un dipôle demi-onde) peut être envisagée pour concentrer l'énergie disponible injectée dans l'antenne, concentrant l'énergie rayonnée par l'antenne dans la direction souhaitée. L'énergie rayonnée dans la ou les directions souhaitées est augmentée en réduisant l'énergie rayonnée dans une ou plusieurs autres directions.

Par exemple, un réseau colinéaire de quatre antennes dipôles aura généralement un gain de 6 dBd. Cette même antenne aura un gain de 8.15 dBi (référencé isotrope).

Figure 2: Gain en dBd vs. dBi

Voir aussi: >> Conseils sur la mesure du gain d'antenne 

Les diagrammes d'antenne directionnels sont parfois tracés comme un gain en dB au-dessus d'un dipôle demi-onde. D'autres schémas sont représentés par une tension de champ relative. Celles-ci sont directement transférables tant que l'on connaît le gain absolu en dBd ou dBi du lobe principal de l'antenne. L'équation est la suivante:


où:
● G est le gain en dB sur un azimut particulier

● Gm est le gain de puissance maximal en dB par rapport à un dipôle demi-onde

● Rv est la tension de champ relative pour l'azimut particulier

●Pour convertir la valeur de gain (en dB) sur un azimut particulier en une valeur de champ relative, utilisez l'équation suivante:


Lorsque la puissance apparente rayonnée maximale et la tension de champ relative sur un azimut particulier sont connues, la puissance apparente rayonnée sur cet azimut particulier est calculée à partir de l'équation suivante:

où:
● Rp est la puissance apparente rayonnée sur un azimut particulier (en watts, kW, etc.)

● P est la puissance apparente rayonnée dans le lobe principal (max) dans le plan horizontal (en watts, kW, etc.)

Voir aussi:>> Théorie de base de l'antenne: dBi, dB, dBm dB (mW)

Unités d'intensité de champ
Il y a aussi beaucoup de confusion dans le vocabulaire de l'intensité du champ (également appelé intensité du champ). Les valeurs sont généralement exprimées en dBu, dBµV et dBm. Chaque unité a à la fois du mérite et un usage commun dans certaines disciplines industrie des communications radio. Cependant, la confusion généralisée sur la façon dont ils sont liés les uns aux autres provoque à la fois de la frustration et des malentendus sur la conception du système et les performances réelles. Les termes suivants seront discutés en détail.

● dBu est E (intensité du champ électrique) toujours en décibels au-dessus d'un microvolt / mètre (dBµV / m)

● dBµV (en utilisant la lettre grecque µ ["mu"] au lieu de u) est la tension exprimée en dB au-dessus d'un microvolt dans une impédance de charge spécifique; dans le mobile terrestre et diffusé, c'est généralement 50 ohms.

● dBm est un niveau de puissance exprimé en dB au-dessus d'un milliwatt

# Intensité du champ électrique
L'unité d'intensité de champ électrique dBu est l'unité largement utilisée par la Federal Communications Commission pour se référer à l'intensité du champ. La véritable intensité du champ électrique est toujours exprimée en une valeur relative de volts / mètre - jamais en volts ou milliwatts. L'intensité du champ électrique est indépendante de la fréquence, du gain de l'antenne de réception, de l'antenne de réception impédance et recevoir transmission perte de ligne. Par conséquent, cette mesure peut être utilisée comme une mesure absolue pour décrire les zones de service et comparer différentes installations de transmission indépendamment des nombreuses variables introduites par différentes configurations de récepteur.

Lorsqu'un chemin a une ligne de vue dégagée et qu'aucun obstacle ne tombe à moins de 0.5 de la première zone de Fresnel, ce qui introduirait une atténuation supplémentaire, l'intensité du champ électrique reçu se rapproche de celle de l'espace libre et peut être calculée à partir de l'équation suivante:

où:
● ERP est exprimé en dB au-dessus de 1 kW

● d est la distance exprimée en kilomètres

Voir aussi: >> Comprendre les bases du gain d'antenne

# Tension et puissance reçues
Bien que calculs de l'intensité du champ électrique sont indépendants des caractéristiques du récepteur mentionnées ci-dessus, les prévisions de tension et de puissance reçue fournies à l'entrée d'un récepteur doivent soigneusement prendre en compte chacun de ces facteurs. La corrélation entre l'intensité du champ électrique et la tension appliquée à l'entrée du récepteur est impossible à moins que toutes les informations énumérées ci-dessus soient connues et prises en compte dans la conception du système.

Lorsque les mêmes conditions exactes (trajet, fréquence, puissance apparente rayonnée, etc.) sont appliquées à des circonstances identiques, les équations suivantes permettront au concepteur du système de se déplacer entre les différents systèmes en toute confiance.

L'intensité du champ en fonction de la tension reçue, du gain et de la fréquence de l'antenne de réception lorsqu'ils sont appliqués à une antenne dont l'impédance est de 50 ohms peut s'exprimer comme suit:


Résolu pour la tension reçue, cette équation devient:

Pour les calculs de puissance et de tension dans une charge de 50 ohms:

En remplaçant la valeur de champ par la tension de l'équation. 7:

Notez que l'équation plus générale pour les valeurs d'impédance (Z) autres que 50Ω est:

Et en substituant la valeur de champ à la tension de l'équation. 7:

où:
● Gr est le gain isotrope de l'antenne de réception

● Z est l'impédance du système en Ohms

Lorsqu'un "contour d'intensité de champ" est tracé et identifié en dBm ou en microvolts (dBµV), il est important de connaître ces valeurs de fréquence et de gain d'antenne. L'utilisateur doit comprendre que ces "contours" ne sont valables que pour une fréquence et le gain d'antenne de réception particulier utilisé pour la prédiction. Il y a également une perte fixe dans la ligne de transmission de l'antenne de réception - souvent supposée sans perte.

Pour ces raisons, ces "contours" sont ambigus en tant que prédictions de couverture, lorsque tous les gains d'antenne de réception et les pertes de ligne de transmission ne sont pas identiques pour tous les récepteurs. Pour déterminer le niveau d'intensité de champ nécessaire pour recevoir correctement un signal transmis, utilisez l'équation 6 ci-dessus, en tenant compte de la fréquence, du gain d'antenne de réception et du niveau requis de tension du récepteur pour le niveau de silence souhaité dans le récepteur.

Voir aussi: >> Qu'est-ce que VSWR: Rapport d'onde de tension 

Ces prévisions concernent la tension aux bornes de l'antenne. Les niveaux de tension et de puissance réels à l'entrée du récepteur doivent tenir compte de la perte supplémentaire présente dans la ligne de transmission réceptrice. Cette perte de signal est particulièrement critique aux hautes fréquences lorsque les câbles sont longs.

Figure 3: Champ électrique et retension et puissance perçues

La figure 3 résume la relation entre l'intensité du champ électrique et la tension et la puissance aux bornes d'entrée du récepteur.

L'intensité du champ électrique (en dBu) est uniquement fonction de:

● Puissance apparente rayonnée de l'émetteur.

● Distance de l'émetteur.

● Pertes dues aux obstructions du terrain.

Étant donné que l'intensité du champ électrique est indépendante de toutes les caractéristiques du récepteur, c'est une norme utile pour calculer les zones de couverture.

Le champ électrique induit une tension dans l'antenne, transférant de l'énergie dans l'antenne. La tension (dBµV) aux bornes de l'antenne est fonction du gain de l'antenne pour la fréquence particulière considérée. La puissance (dBm) disponible aux bornes de l'antenne est également fonction de l'impédance de l'antenne (généralement 50 Ohms).

La ligne de transmission (généralement un câble coaxial ou un guide d'ondes) relie les bornes d'antenne aux bornes d'entrée du récepteur. La tension et la puissance aux bornes d'entrée du récepteur sont réduites par la perte de cette ligne de transmission. Les pertes sur la ligne de transmission sont fonction de la taille et du type de la ligne de transmission et de la fréquence de fonctionnement. De plus, d'autres pertes affectent la puissance transférée aux bornes d'entrée du récepteur. Voir «Valeurs de perte typiques» dans la section Références techniques pour plus d'informations sur les pertes à l'intérieur des véhicules, les pertes dues à la proximité du corps avec des récepteurs portables, etc.

Voir aussi: >> Quelle est la différence entre AM et FM? 

#Conclusion
La conclusion évidente de ces informations est que les systèmes de réception avec différents gains d'antenne nécessitent des valeurs d'intensité de champ électrique sensiblement différentes pour un fonctionnement correct. Un contour de zone de service (en dBµV ou dBm) calculé pour un récepteur mobile avec une antenne de toit fixe à gain élevé peut être trompeur pour les utilisateurs avec des unités portatives d'antenne à faible gain.

Sur la base de l'équipement réel proposé et des équations ci-dessus, le concepteur du système peut maintenant calculer l'intensité réelle du champ nécessaire pour tout système de réception particulier. Le fonctionnement des récepteurs dans des zones où l'intensité du champ atteint ou dépasse le niveau de conception de l'équipement peut produire des performances satisfaisantes du système. La section de référence technique des grilles d'intensité de champ traite de la conversion des valeurs d'intensité de champ électrique (calculées en dBu avec TAP) en d'autres unités pour tracer directement en dBm ou dBµV.

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