Unidades de intensidade de campo

"Qual é a diferença entre dBu, dBm, dBuV e outras unidades? Há muita confusão quando engenheiros, técnicos e vendedores de equipamentos falam sobre unidades de ganho de antena e força de campo. Pessoas de diferentes disciplinas do setor de telecomunicações de rádio veemm estar falando idiomas diferentes e a maioria das pessoas não é multilíngue. ----- FMUSER " 

#Unidades de ganho de antena
Embora a intensidade do campo em qualquer local seja independente da o ganho da antena, a tensão recebida no receptor não é. Portanto, vamos considerar primeiro o ganho da antena

O ganho pode ser expresso como um multiplicador de potência ou em dB. O ganho da antena indicado em dB é referenciado a um dipolo isotrópico ou de meia onda. A indústria de microondas estabeleceu universalmente a convenção de relatar ganho de antena em dBi (referenciado a isotrópico). O setor de telefonia móvel terrestre expressou quase universalmente o ganho de antena em dBd (referenciado a um dipolo de meia onda em vez de isotrópico). 

Veja também: >> Qual é a diferença entre "dB", "dBm" e "dBi"?  

Quando um fabricante lista um ganho como dB, você geralmente pode assumir que o ganho referenciado é dBd. Os fabricantes de antenas de transmissão geralmente se referem a um ganho multiplicador em que a potência de entrada da antena é multiplicada por esse ganho para produzir a potência irradiada efetiva.

A antena mais simples é um radiador isotrópico. Esta é uma antena teórica que irradia o mesmo nível de energia em todas as direções quando a energia é aplicada à antena. Embora esse tipo de antena não possa realmente ser construído, o uso do conceito fornece um padrão uniforme contra o qual o desempenho de todas as antenas fabricadas pode ser calibrado e comparado.

Figura 1: dipolo de meia onda vs. antena isotrópica

Uma antena que pode ser facilmente construída é um dipolo de meio comprimento de onda. Meio comprimento de onda antena dipolo possui um ganho de 2.15 dB maior que uma antena isotrópica. O dipolo concentra a energia em determinadas direções, de modo que a radiação nessas direções é maior que a radiação de uma fonte isotrópica com a mesma potência de entrada.

Veja também: >> Mais antena ganha melhor?

Portanto, o ganho de uma antena referenciada a um radiador isotrópico é o ganho referenciado a um dipolo de meio comprimento de onda mais 2.15 dB:

Como mostrado na Figura 1 (e na Figura 2), uma antena direcional (incluindo um dipolo de meia onda) pode ser considerada para concentrar a energia disponível alimentada na antena, concentrando a energia irradiada da antena na direção desejada. A energia irradiada na (s) direção (ões) desejada (s) é aumentada pela redução da energia irradiada em outra (s) direção (ões).

Por exemplo, uma matriz colinear de quatro antenas dipolo normalmente terá um ganho de 6 dBd. Essa mesma antena terá um ganho de 8.15 dBi (referenciado a isotrópico).

Figura 2: ganho em dBd vs. dBi

Veja também: >> Dicas sobre medição de ganho de antena 

Às vezes, os padrões de antena direcional são plotados como ganho em dB acima de um dipolo de meia onda. Outros padrões são mostrados como uma tensão de campo relativa. Estes são diretamente transferíveis, desde que se conheça o ganho absoluto em dBd ou dBi do lóbulo principal da antena. A equação é a seguinte:


em que:
● G é o ganho em dB em um azimute específico

● Gm é o ganho máximo de potência em dB referente a um dipolo de meia onda

● Rv é a tensão de campo relativa para o azimute específico

●Para converter o valor do ganho (em dB) em um azimute específico em um valor de campo relativo, use a seguinte equação:


Quando a potência irradiada efetiva máxima e a tensão relativa de campo em um azimute específico são conhecidas, a potência irradiada efetiva nesse azimute específico é calculada a partir da seguinte equação:

em que:
● Rp é a potência irradiada efetiva em um azimute específico (em watts, kW, etc.)

● P é a potência irradiada efetiva no lóbulo principal (máximo) no plano horizontal (em watts, kW, etc.)

Veja também:>> Teoria básica das antenas: dBi, dB, dBm dB (mW)

Unidades de intensidade de campo
Também existe muita confusão no vocabulário para intensidade do campo (também chamado intensidade do campo). Os valores são comumente expressos em dBu, dBµV e dBm. Cada unidade possui mérito e uso comum em certas disciplinas do setor de comunicações por rádio. No entanto, a confusão generalizada sobre como eles se relacionam causa frustração e mal-entendidos sobre o design do sistema e o desempenho real. Os seguintes termos serão discutidos detalhadamente.

● dBu é E (intensidade do campo elétrico) sempre em decibéis acima de um microvolt / metro (dBµV / m)

● dBµV (usando a letra grega µ ["mu"] em vez de u) é a tensão expressa em dB acima de um microvolt em uma impedância de carga específica; em terra móvel e transmissão, isso geralmente é de 50 ohms.

● dBm é um nível de potência expresso em dB acima de um miliwatt

# Intensidade do campo elétrico
A unidade de intensidade de campo elétrico dBu é a unidade usada extensivamente pela Federal Communications Commission quando se refere à intensidade do campo. A verdadeira força do campo elétrico é sempre expressa em algum valor relativo de volts / metro - nunca em volts ou miliwatts. A intensidade do campo elétrico é independente da frequência, recebendo o ganho da antena, recebendo a antena impedância e recebendo transmissão perda de linha. Portanto, essa medida pode ser usada como uma medida absoluta para descrever áreas de serviço e comparar diferentes instalações de transmissão, independentemente das muitas variáveis ​​introduzidas por diferentes configurações de receptor.

Quando um caminho possui uma linha de visão desobstruída e nenhuma obstrução cai a 0.5 da primeira zona de Fresnel, o que introduziria atenuação adicional, a intensidade do campo elétrico recebido aproximar-se-á do espaço livre e pode ser calculada a partir da seguinte equação:

em que:
● ERP é expresso em dB acima de 1 kW

● d é a distância expressa em quilômetros

Veja também: >> Noções básicas sobre ganho de antena

#Tensão e potência recebidas
Apesar cálculos Como a intensidade do campo elétrico é independente das características do receptor mencionadas acima, as previsões de tensão e a potência recebida fornecida à entrada de um receptor devem levar cuidadosamente em consideração cada um desses fatores. A correlação entre a intensidade do campo elétrico e a tensão aplicada à entrada do receptor é impossível, a menos que todas as informações listadas acima sejam conhecidas e consideradas no projeto do sistema.

Quando as mesmas condições (caminho, frequência, potência irradiada efetiva etc.) são aplicadas em circunstâncias idênticas, as equações a seguir permitirão ao projetista do sistema converter entre os vários sistemas com total confiança.

A intensidade do campo em função da tensão recebida, ganho e frequência da antena receptora quando aplicada a uma antena cuja impedância é de 50 ohms pode ser expressa como:


Resolvida para a tensão recebida, esta equação se torna:

Para cálculos de potência e tensão em uma carga de 50 ohm:

Substituindo o valor do campo pela tensão da Eq. 7:

Observe que a equação mais geral para valores de impedância (Z) diferente de 50Ω é:

E substituindo o valor do campo pela tensão da Eq. 7:

em que:
● Gr é o ganho isotrópico da antena receptora

● Z é a impedância do sistema em Ohms

Quando um "contorno de intensidade de campo" é plotado e identificado em dBm ou microvolts (dBµV), é importante conhecer esses valores de frequência e ganho da antena. O usuário deve entender que esses "contornos" são válidos apenas para uma frequência e o ganho específico da antena receptora usado para a previsão. Também há uma perda fixa na linha de transmissão da antena receptora - geralmente assumida como sem perdas.

Por esses motivos, esses "contornos" são ambíguos como previsões de cobertura, quando todos os ganhos de antena de recebimento e perdas na linha de transmissão não são idênticos para todos os receptores. Para determinar o nível de intensidade de campo necessário para receber adequadamente um sinal transmitido, use a Equação 6 acima, levando em consideração a frequência, o ganho da antena de recebimento e o nível necessário de tensão do receptor para o nível desejado de silêncio no receptor.

Veja também: >> O que é VSWR: relação de onda estacionária de tensão 

Essas previsões são para a tensão nos terminais da antena. Os níveis reais de tensão e potência na entrada do receptor devem levar em consideração a perda adicional presente na linha de transmissão receptora. Essa perda de sinal é particularmente crítica em altas frequências quando os cabos são longos.

Figura 3: Campo elétrico e retensão e potência

A Figura 3 resume a relação entre a força do campo elétrico e a tensão e energia nos terminais de entrada do receptor.

A intensidade do campo elétrico (em dBu) é uma função apenas de:

● Potência irradiada efetiva do transmissor.

● Distância do transmissor.

● Perdas por obstruções no terreno.

Como a intensidade do campo elétrico é independente de qualquer característica do receptor, é um padrão útil para calcular áreas de cobertura.

O campo elétrico induz uma voltagem na antena, transferindo energia para a antena. A tensão (dBµV) nos terminais da antena é uma função do ganho da antena para a frequência específica em consideração. A potência (dBm) disponível nos terminais da antena também é uma função da impedância da antena (geralmente 50 Ohms).

A linha de transmissão (geralmente cabo coaxial ou guia de ondas) conecta os terminais da antena aos terminais de entrada do receptor. A tensão e a potência nos terminais de entrada do receptor são reduzidas pela perda nesta linha de transmissão. As perdas na linha de transmissão são uma função do tamanho e tipo da linha de transmissão e da frequência de operação. Além disso, outras perdas afetam a energia transferida para os terminais de entrada do receptor. Consulte "Valores típicos de perda" na seção Referência técnica para obter mais informações sobre perdas dentro de veículos, perdas devido à proximidade da carroceria com receptores de mão, etc.

Veja também: >> Qual é a diferença entre AM e FM? 

#Conclusão
A conclusão óbvia dessas informações é que os sistemas receptores com diferentes ganhos de antena exigem valores significativamente diferentes da intensidade do campo elétrico para uma operação adequada. Um contorno da área de serviço (em dBµV ou dBm) calculado para um receptor móvel com uma antena de teto montada permanentemente de alto ganho pode enganar os usuários com unidades portáteis de antena de baixo ganho.

Com base no equipamento real proposto e nas equações acima, o projetista do sistema agora pode calcular a intensidade real do campo necessária para qualquer sistema receptor em particular. A operação dos receptores em áreas onde a intensidade do campo atenda ou exceda o nível de projeto do equipamento pode produzir um desempenho satisfatório do sistema. A seção de referência técnica de Redes de Intensidade de Campo discute a conversão dos valores de intensidade de campo elétrico (calculados em dBu com TAP) em outras unidades para plotagem diretamente em dBm ou dBµV.

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