電界強度単位

「dBu、dBu、dBuV、その他の単位の違いは何ですか？ エンジニア、技術者、および機器の営業担当者がアンテナゲインと電界強度の単位について話すとき、多くの混乱があります。 無線通信業界のさまざまな分野の人々が見るmはさまざまな言語を話し、ほとんどの人は多言語ではありません。 ----- FMUSER」 

アンテナゲインの単位
任意の場所の電界強度は独立していますが アンテナ利得、受信機での受信電圧はそうではありません。 したがって、まずアンテナゲインを検討します。

ゲインは、電力乗数またはdBで表すことができます。 dBで表されるアンテナゲインは、等方性または半波長ダイポールのいずれかを基準としています。 マイクロ波業界では、アンテナゲインをdBi（等方性と呼ばれる）で報告するという慣習を広く確立しています。 陸上移動産業では、ほぼ普遍的にアンテナゲインをdBdとして表現しています（等方性ではなく、半波長ダイポールを参照）。 

関連項目： >>「dB」、「dBm」、「dBi」の違いは何ですか？  

メーカーがゲインを dB、通常、参照ゲインはdBdであると想定できます。 ブロードキャストアンテナの製造元は通常、アンテナの入力電力にこの利得を乗算して実効放射電力を生成する乗数利得を参照しています。

最も単純なアンテナは等方性ラジエーターです。 これは、アンテナに電力が供給されたときに全方向に同じレベルのエネルギーを放射する理論上のアンテナです。 このタイプのアンテナを実際に構築することはできませんが、このコンセプトを使用することで、製造されたすべてのアンテナの性能を校正および比較できる統一された標準が提供されます。

図1：半波長ダイポール対等方性アンテナ

簡単に作れるアンテナは半波長ダイポールです。 半波長 ダイポールアンテナ 等方性アンテナよりも2.15 dB大きいゲインがあります。 双極子はエネルギーを特定の方向に集中させるため、これらの方向の放射は、同じ入力パワーを持つ等方性光源からの放射よりも大きくなります。

関連項目： >>より多くのアンテナゲインの方が優れていますか？

したがって、等方性ラジエーターを基準にしたアンテナのゲインは、半波長ダイポールを基準にしたゲインに2.15 dBを加えたものになります。

図1（および図2）に示すように、指向性アンテナ（半波長ダイポールを含む）は、アンテナに供給される利用可能なエネルギーを集中させ、アンテナから放射されるエネルギーを目的の方向に集中させると考えることができます。 所望の方向に放射されるエネルギーは、いくつかの他の方向に放射されるエネルギーを低減することにより増加する。

たとえば、6つのダイポールアンテナのコリニアアレイのゲインは通常8.15 dBdです。 この同じアンテナのゲインはXNUMX dBiになります（等方性を参照）。

図2：dBd対ゲイン dBiの

関連項目： >>アンテナゲイン測定のヒント 

指向性アンテナパターンは、半波ダイポールより上のdB単位のゲインとしてプロットされることがあります。 他のパターンは、相対フィールド電圧として表示されます。 これらは、アンテナの主ローブのdBdまたはdBiでの絶対ゲインを知っている限り、直接転送できます。 方程式は次のとおりです。


ここで、
● Gは、特定の方位角でのdB単位のゲインです。

● Gmは、半波ダイポールを基準としたdB単位の最大電力ゲインです。

● Rvは特定の方位角の相対電界電圧です。

●特定の方位角のゲイン値（dB単位）を相対フィールド値に変換するには、次の方程式を使用します。


特定の方位角の最大実効放射電力と相対電界電圧がわかっている場合、その特定の方位角の実効放射電力は次の式から計算されます。

ここで、
●Rpは、特定の方位角での有効な放射電力です（ワット、kWなど）。

● Pは、水平面の主ローブ（最大）での有効放射電力（ワット、kWなど）

関連項目：>>基本的なアンテナ理論：dBi、dB、dBm dB（mW）

電界強度の単位
電界強度（電界強度とも呼ばれます）の語彙には、かなりの混乱もあります。 値は通常、 dBu、dBµV、およびdBm。 各ユニットには、特定の分野におけるメリットと一般的な使用法の両方があります。 無線通信業界。 ただし、相互の関係についての広範な混乱は、システム設計と実際のパフォーマンスに関するフラストレーションと誤解の両方を引き起こします。 以下の用語について詳しく説明します。

● dBuは、常にXNUMXマイクロボルト/メートル（dBµV / m）を超えるデシベル単位のE（電界強度）です。

● dBµV（uの代わりにギリシャ文字µ ["mu"]を使用）は、特定の負荷インピーダンスに対して50マイクロボルトを超えるdBで表される電圧です。 陸上移動および放送では、これは通常XNUMXオームです。

● dBmは、XNUMXミリワットを超えるdBで表される電力レベルです。

＃電界強度
電界強度の単位dBuは、連邦通信委員会が電界強度に言及するときに広く使用している単位です。 真の電界強度は常にボルト/メートルの相対値で表されます-ボルトやミリワットでは決してありません。 電界強度は、周波数、受信アンテナゲイン、受信アンテナに依存しません インピーダンス そして受け取る ラインロス。 したがって、この測度は、サービスエリアを記述し、さまざまな受信機構成によって導入される多くの変数に関係なく、さまざまな送信設備を比較するための絶対的な測度として使用できます。

パスに遮るもののない見通し線があり、障害物が最初のフレネルゾーンの0.5以内に収まらない場合、追加の減衰が生じますが、受信電界強度は自由空間の電界強度に近似し、次の式から計算できます。

ここで、
●ERPは1 kWを超えるとdBで表されます

● dはキロメートルで表される距離

関連項目： >>アンテナゲインの基本を理解する

＃受信電圧と電力
しかし 計算 電界強度の大きさは、前述の受信機の特性とは無関係です。受信機の入力に供給される電圧と受信電力の予測では、これらの各要素を慎重に考慮する必要があります。 上記のすべての情報が既知であり、システム設計で考慮されていない限り、電界強度とレシーバー入力に適用される電圧との相関は不可能です。

まったく同じ条件（パス、周波数、実効放射電力など）が同じ状況に適用される場合、次の方程式により、システム設計者はさまざまなシステム間を完全に変換できます。

インピーダンスが50オームのアンテナに適用した場合の受信電圧、受信アンテナゲイン、および周波数の関数としての電界強度は、次のように表すことができます。


受信電圧に対して解くと、この方程式は次のようになります。

50オームの負荷に対する電力と電圧の計算：

式から電圧のフィールド値を代入します。 7：

50Ω以外のインピーダンス（Z）の値のより一般的な式は次のとおりです。

そして、フィールド値を式の電圧から置き換えます。 7：

ここで、
●Grは受信アンテナの等方性ゲインです

● Zはオーム単位のシステムインピーダンスです

「電界強度の等高線」がdBmまたはマイクロボルト（dBµV）でプロットおよび識別される場合、周波数とアンテナゲインのこれらの値を知ることが重要です。 ユーザーは、そのような「輪郭」がXNUMXつの周波数と予測に使用される特定の受信アンテナゲインに対してのみ有効であることを理解する必要があります。 受信アンテナの伝送ラインにも一定の損失があり、多くの場合、損失がないと見なされます。

これらの理由により、すべての受信アンテナゲインと伝送ライン損失がすべての受信機で同一でない場合、そのような「輪郭」はカバレッジ予測としてあいまいになります。 送信信号を適切に受信するために必要な電界強度のレベルを決定するには、周波数、受信アンテナゲイン、およびレシーバーで必要な静音レベルに必要なレシーバー電圧のレベルを考慮して、上記の式6を使用します。

関連項目： >> VSWRとは：電圧定在波比 

これらの予測は、アンテナ端子の電圧に関するものです。 レシーバー入力での実際の電圧および電力レベルは、受信伝送ラインに存在する追加の損失を考慮する必要があります。 この信号損失は、ケーブルが長い高周波では特に重要です。

図3：電界と再受電電圧と電力

図3は、電界強度とレシーバー入力端子の電圧および電力の関係をまとめたものです。

電界強度（dBu）は、次の関数のみです。

●送信機の有効な放射電力。

●送信機からの距離。

●地形障害による損失。

電界強度は受信機の特性に依存しないため、カバレッジエリアの計算に役立つ標準です。

電界はアンテナに電圧を誘導し、アンテナに電力を転送します。 アンテナの端子の電圧（dBµV）は、検討中の特定の周波数に対するアンテナのゲインの関数です。 アンテナ端子で利用可能な電力（dBm）は、アンテナインピーダンス（通常50オーム）の関数でもあります。

伝送ライン（通常は同軸ケーブルまたは導波管）は、アンテナ端子を受信機の入力端子に接続します。 レシーバー入力端子の電圧と電力は、この伝送ラインでの損失によって減少します。 伝送線路の損失は、伝送線路のサイズとタイプ、および動作周波数の関数です。 さらに、その他の損失は、レシーバー入力端子に転送される電力に影響します。 車内の損失、ハンドヘルドレシーバーとの身体の近接による損失などの詳細については、テクニカルリファレンスセクションの「代表的な損失値」を参照してください。

関連項目： >> AMとFMの違いは何ですか？ 

＃結論
この情報から明らかな結論は、アンテナゲインが異なる受信システムでは、適切な動作のために大幅に異なる電界強度値が必要であることです。 高利得の恒久的に取り付けられたルーフアンテナを備えたモバイルレシーバーに対して計算された到達圏コンター（dBµVまたはdBm）は、低利得アンテナハンドヘルドユニットを備えたユーザーに誤解を招く可能性があります。

提案された実際の機器と上記の方程式に基づいて、システム設計者は特定の受信システムに必要な実際の電界強度を計算できます。 電界強度が機器の設計レベル以上の場所で受信機を操作すると、満足のいくシステムパフォーマンスが期待できます。 電界強度グリッドのテクニカルリファレンスセクションでは、電界強度値（TAPでdBuで計算）を他の単位に変換して、dBmまたはdBµVで直接プロットする方法について説明します。

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