Unidades de intensidad de campo

"¿Cuál es la diferencia entre dBu, dBm, dBuV y otras unidades? Existe una gran confusión cuando los ingenieros, técnicos y vendedores de equipos hablan sobre unidades de ganancia de antena y fuerza de campo. Las personas en diferentes disciplinas de la industria de las telecomunicaciones por radio venm para hablar diferentes idiomas y la mayoría de las personas no son multilingües. ----- FMUSER " 

#Unidades de ganancia de antena
Si bien la intensidad de campo en cualquier ubicación es independiente de ganancia de la antena, el voltaje recibido en el receptor no lo es. Por lo tanto, consideremos primero la ganancia de antena

La ganancia se puede expresar como un multiplicador de potencia o en dB. La ganancia de antena indicada en dB está referenciada a un dipolo isotrópico o de media onda. La industria de las microondas ha establecido universalmente la convención de informar la ganancia de la antena en dBi (referida a isotrópica). La industria móvil terrestre tiene una ganancia de antena casi universalmente expresada como dBd (en referencia a un dipolo de media onda en lugar de isotrópico). 

Ver también: >> ¿Cuál es la diferencia entre "dB", "dBm" y "dBi"?  

Cuando un fabricante enumera una ganancia como dB, generalmente puede suponer que la ganancia referenciada es dBd. Los fabricantes de antenas de radiodifusión se refieren comúnmente a una ganancia multiplicadora donde la potencia de entrada de la antena se multiplica por esta ganancia para producir la potencia radiada efectiva.

La antena más simple es un radiador isotrópico. Esta es una antena teórica que irradia el mismo nivel de energía en todas las direcciones cuando se aplica energía a la antena. Aunque este tipo de antena no puede construirse realmente, el uso del concepto proporciona un estándar uniforme contra el cual el rendimiento de todas las antenas fabricadas se puede calibrar y comparar.

Figura 1: Dipolo de media onda frente a antena isotrópica

Una antena que se puede construir fácilmente es un dipolo de media longitud de onda. Media longitud de onda antena dipolo tiene una ganancia de 2.15 dB mayor que una antena isotrópica. El dipolo concentra la energía en ciertas direcciones, de modo que la radiación en esas direcciones es mayor que la radiación de una fuente isotrópica con la misma potencia de entrada.

Ver también: >> ¿Más ganancia de antena es mejor?

Por lo tanto, la ganancia de una antena referenciada a un radiador isotrópico es la ganancia referenciada a un dipolo de media longitud de onda más 2.15 dB:

Como se muestra en la Figura 1 (y la Figura 2), se puede considerar una antena direccional (que incluye un dipolo de media onda) para concentrar la energía disponible alimentada a la antena, enfocando la energía irradiada desde la antena en la dirección deseada. La energía radiada en la (s) dirección (es) deseada (s) se incrementa reduciendo la energía radiada en alguna otra (s) dirección (es).

Por ejemplo, una matriz colineal de cuatro antenas dipolo normalmente tendrá una ganancia de 6 dBd. Esta misma antena tendrá una ganancia de 8.15 dBi (en referencia a isotrópica).

Figura 2: Ganancia en dBd vs. dBi

Ver también: >> Consejos sobre la medición de ganancia de antena 

Los patrones de antena direccional a veces se representan como ganancia en dB por encima de un dipolo de media onda. Otros patrones se muestran como un voltaje de campo relativo. Estos son directamente transferibles siempre que se conozca la ganancia absoluta en dBd o dBi del lóbulo principal de la antena. La ecuación es la siguiente:


dónde:
● G es la ganancia en dB en un azimut particular

● Gm es la ganancia de potencia máxima en dB referida a un dipolo de media onda

● Rv es el voltaje de campo relativo para el azimut particular

●Para convertir el valor de ganancia (en dB) en un acimut particular a un valor de campo relativo, use la siguiente ecuación:


Cuando se conoce la potencia radiada efectiva máxima y el voltaje de campo relativo en un azimut particular, la potencia radiada efectiva en ese azimut particular se calcula a partir de la siguiente ecuación:

dónde:
● Rp es la potencia radiada efectiva en un azimut particular (en vatios, kW, etc.)

● P es la potencia radiada efectiva en el lóbulo principal (máx.) En el plano horizontal (en vatios, kW, etc.)

Ver también:>> Teoría básica de la antena: dBi, dB, dBm dB (mW)

Unidades de intensidad de campo
También hay una gran confusión en el vocabulario para la intensidad de campo (también llamado intensidad de campo). Los valores se expresan comúnmente en dBu, dBµV y dBm. Cada unidad tiene mérito y uso común en ciertas disciplinas en el industria de comunicaciones de radio. Sin embargo, la confusión generalizada sobre cómo se relacionan entre sí causa frustración y malentendidos sobre el diseño del sistema y el rendimiento real. Los siguientes términos serán discutidos en detalle.

● dBu es E (intensidad de campo eléctrico) siempre en decibelios por encima de un microvoltio / metro (dBµV / m)

● dBµV (usando la letra griega µ ["mu"] en lugar de u) es el voltaje expresado en dB por encima de un microvoltio en una impedancia de carga específica; En el servicio móvil terrestre y de transmisión, esto suele ser 50 ohmios.

● dBm es un nivel de potencia expresado en dB por encima de un milivatio

# Intensidad de campo eléctrico
La unidad de intensidad de campo eléctrico dBu es la unidad utilizada ampliamente por la Comisión Federal de Comunicaciones cuando se refiere a la intensidad de campo. La verdadera intensidad del campo eléctrico siempre se expresa en algún valor relativo de voltios / metro, nunca en voltios o milivatios. La intensidad del campo eléctrico es independiente de la frecuencia, ganancia de antena receptora, antena receptora impedancia y recibiendo transmisión pérdida de línea Por lo tanto, esta medida puede usarse como una medida absoluta para describir áreas de servicio y comparar diferentes facilidades de transmisión independientemente de las muchas variables introducidas por diferentes configuraciones de receptor.

Cuando un camino tiene una línea de visión sin obstáculos y ninguna obstrucción cae dentro de 0.5 de la primera zona de Fresnel, lo que introduciría atenuación adicional, la intensidad del campo eléctrico recibido se aproximará a la del espacio libre y puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:

dónde:
● ERP se expresa en dB por encima de 1 kW

● d es la distancia expresada en kilómetros

Ver también: >> Comprensión de los conceptos básicos de ganancia de antena

# Voltaje y potencia recibidos
Aunque cálculos de la intensidad del campo eléctrico son independientes de las características del receptor mencionadas anteriormente, las predicciones de voltaje y la potencia recibida suministrada a la entrada de un receptor deben tener cuidadosamente en cuenta cada uno de estos factores. La correlación entre la intensidad del campo eléctrico y el voltaje aplicado a la entrada del receptor es imposible a menos que toda la información mencionada anteriormente sea conocida y considerada en el diseño del sistema.

Cuando se aplican exactamente las mismas condiciones (trayectoria, frecuencia, potencia radiada efectiva, etc.) a circunstancias idénticas, las siguientes ecuaciones permitirán al diseñador del sistema traducir entre los distintos sistemas con total confianza.

La intensidad de campo en función del voltaje recibido, la ganancia y la frecuencia de la antena receptora cuando se aplica a una antena cuya impedancia es de 50 ohmios se puede expresar como:


Resuelta para el voltaje recibido, esta ecuación se convierte en:

Para cálculos de potencia y voltaje en una carga de 50 ohmios:

Sustituyendo el valor de campo para el voltaje de la ecuación. 7:

Tenga en cuenta que la ecuación más general para valores de impedancia (Z) distintos de 50Ω es:

Y sustituyendo el valor del campo por el voltaje de la ecuación. 7:

dónde:
● Gr es la ganancia isotrópica de la antena receptora

● Z es la impedancia del sistema en ohmios

Cuando se traza e identifica un "contorno de intensidad de campo" en dBm o microvoltios (dBµV), es importante conocer estos valores de frecuencia y ganancia de antena. El usuario debe comprender que tales "contornos" solo son válidos para una frecuencia y la ganancia de antena receptora particular utilizada para la predicción. También hay una pérdida fija en la línea de transmisión de la antena receptora, a menudo se supone que no tiene pérdidas.

Por estas razones, tales "contornos" son ambiguos como predicciones de cobertura, cuando todas las ganancias de antena receptora y las pérdidas de línea de transmisión no son idénticas para todos los receptores. Para determinar el nivel de intensidad de campo necesario para recibir adecuadamente una señal transmitida, use la ecuación 6 anterior, teniendo en cuenta la frecuencia, la ganancia de la antena receptora y el nivel requerido de voltaje del receptor para el nivel deseado de silencio en el receptor.

Ver también: >> Qué es VSWR: Relación de onda estacionaria de voltaje 

Estas predicciones son para el voltaje en los terminales de la antena. El voltaje real y los niveles de potencia en la entrada del receptor deben tener en cuenta la pérdida adicional presente en la línea de transmisión receptora. Esta pérdida de señal es particularmente crítica a altas frecuencias cuando los cables son largos.

Figura 3: Campo eléctrico y retensión y potencia percibidas

La Figura 3 resume la relación entre la intensidad del campo eléctrico y el voltaje y la potencia en los terminales de entrada del receptor.

La intensidad del campo eléctrico (en dBu) es una función solo de:

● Transmisor de potencia radiada efectiva.

● Distancia del transmisor.

● Pérdidas por obstrucciones del terreno.

Dado que la intensidad del campo eléctrico es independiente de cualquier característica del receptor, es un estándar útil para calcular áreas de cobertura.

El campo eléctrico induce un voltaje en la antena, transfiriendo energía a la antena. El voltaje (dBµV) en los terminales de la antena es una función de la ganancia de la antena para la frecuencia particular bajo consideración. La potencia (dBm) disponible en los terminales de la antena también es una función de la impedancia de la antena (generalmente 50 ohmios).

La línea de transmisión (generalmente cable coaxial o guía de onda) conecta los terminales de antena a los terminales de entrada del receptor. El voltaje y la potencia en los terminales de entrada del receptor se reducen por la pérdida en esta línea de transmisión. Las pérdidas de la línea de transmisión son una función del tamaño y tipo de la línea de transmisión y la frecuencia de operación. Además, otras pérdidas afectan la potencia transferida a los terminales de entrada del receptor. Consulte "Valores de pérdida típicos" en la sección de Referencia técnica para obtener más información sobre pérdidas dentro de vehículos, pérdidas debidas a la proximidad del cuerpo con receptores portátiles, etc.

Ver también: >> ¿Cuál es la diferencia entre AM y FM? 

#Conclusión
La conclusión obvia de esta información es que los sistemas receptores con diferentes ganancias de antena requieren valores de intensidad de campo eléctrico significativamente diferentes para un funcionamiento adecuado. Un contorno de área de servicio (en dBµV o dBm) calculado para un receptor móvil con una antena de techo montada permanentemente de alta ganancia puede ser engañoso para los usuarios con unidades portátiles de antena de baja ganancia.

Basado en el equipo real propuesto y las ecuaciones anteriores, el diseñador del sistema ahora puede calcular la intensidad de campo real necesaria para cualquier sistema receptor particular. Se puede esperar que el funcionamiento de los receptores en áreas donde la intensidad de campo cumple o excede el nivel de diseño del equipo produce un rendimiento satisfactorio del sistema. La sección de referencia técnica de Field Intensity Grids analiza la conversión de valores de intensidad de campo eléctrico (calculados en dBu con TAP) a otras unidades para trazar directamente en dBm o dBµV.

Deja un mensaje 

Lista de mensajes