Введение

Определение направленной радиочастотной мощности

Эффективная излучаемая мощность (ERP), синонимичная эквивалентной излучаемой мощности, является стандартизованным определением IEEE направленной радиочастотной (RF) мощности, например, излучаемой радиопередатчиком. Это общая мощность в ваттах, которую должна излучать полуволновая дипольная антенна, чтобы обеспечить такую же интенсивность излучения (силу сигнала или плотность потока мощности в ваттах на квадратный метр), как фактическая антенна-источник у удаленного приемника, расположенного в направлении главного лепестка антенны (направления максимального излучения). ERP измеряет комбинацию мощности, излучаемой передатчиком, и способности антенны направлять эту мощность в заданном направлении. Она равна входной мощности антенны, умноженной на ее коэффициент усиления. Она используется в электронике и телекоммуникациях, особенно в радиовещании, для количественной оценки кажущейся мощности вещательной станции, воспринимаемой слушателями в зоне ее покрытия. Альтернативным параметром, измеряющим то же самое, является эффективная изотропная излучаемая мощность (EIRP). Эффективная изотропная излучаемая мощность – это гипотетическая мощность, которую должна излучать изотропная антенна, чтобы обеспечить такую же ("эквивалентную") силу сигнала, как и фактическая антенна-источник в направлении главного лепестка антенны. Разница между EIRP и ERP заключается в том, что ERP сравнивает фактическую антенну с полуволновой дипольной антенной, а EIRP – с теоретической изотропной антенной. Поскольку полуволновая дипольная антенна имеет коэффициент усиления 1,64 (или 2,15 дБ) по сравнению с изотропным излучателем, если ERP и EIRP выражены в ваттах, их соотношение равно.

Если они выражены в децибелах

Поляризация

Поляризация до сих пор не принималась во внимание, но её необходимо надлежащим образом уточнить. Ранее, рассматривая дипольный излучатель, мы предполагали, что он идеально выровнен с приемником. Теперь предположим, однако, что приемная антенна имеет круговую поляризацию, и будет минимальное затухание по поляризации в 3 дБ независимо от ориентации антенны. Если приемник также является диполем, его можно расположить ортогонально к передатчику, чтобы теоретически не принимать энергию вовсе. Однако это затухание по поляризации не учитывается при расчете ERP или EIRP. Вместо этого конструктор приемной системы должен учитывать это затухание по мере необходимости. Например, вышка сотовой связи имеет фиксированную линейную поляризацию, но мобильный телефон должен хорошо работать при любой произвольной ориентации. Поэтому в конструкции телефона может быть предусмотрен прием с двойной поляризацией, чтобы максимизировать принятую энергию независимо от ориентации, или конструктор может использовать круговую антенну и компенсировать дополнительные 3 дБ потерь усилением.

Пример FM

Например, FM-радиостанция, которая заявляет о мощности 100 000 Вт, на самом деле имеет 100 000 Вт ERP, а не фактическую мощность передатчика 100 000 Вт. Выходная мощность передатчика (TPO) такой станции обычно составляет от 10 000 до 20 000 Вт, с коэффициентом усиления от 5 до 10 (в 5–10 раз, или 7–10 дБ). В большинстве конструкций антенн усиление достигается главным образом за счет концентрации мощности в горизонтальной плоскости и подавления излучения вверх и вниз с помощью фазированных антенных решеток. Зависимость мощности от угла возвышения называется вертикальной диаграммой направленности. Если антенна также имеет направленность по горизонтали, то усиление и ERP будут изменяться в зависимости от азимута (направления по компасу). В качестве ERP станции указывается не средняя мощность по всем направлениям, а кажущаяся мощность в направлении максимума главной лепестки антенны (это утверждение – лишь другое определение ERP). Это особенно актуально для высоких значений ERP, заявленных для коротковолновых радиостанций, которые используют очень узкие диаграммы направленности для передачи сигналов через континенты и океаны.

Регулируемое использование в США

Эффективная излучаемая мощность (ERP) для FM-радио в Соединенных Штатах всегда рассчитывается относительно теоретической полуволновой дипольной антенны. (То есть, при расчете ERP наиболее прямым способом является работа с усилением антенны в дБд). Для учета поляризации антенны Федеральная комиссия по связи (FCC) указывает ERP как для горизонтальной, так и для вертикальной поляризации для FM и ТВ. Горизонтальная поляризация является стандартной для обоих видов вещания, но если значение ERP для вертикальной поляризации выше, оно используется вместо горизонтального. Максимальная ERP для FM-вещания в США обычно составляет 100 000 Вт (зона FM II) или 50 000 Вт (в обычно более густонаселенных зонах I и IA), хотя точные ограничения зависят от класса лицензии и высоты антенны над окружающей местностью (HAAT). Некоторые станции получили право на работу по старым правилам или, в редких случаях, были освобождены от ограничений и могут превышать нормативные значения.

Проблемы с микроволновой полосой

Для большинства микроволновых систем в качестве эталонной антенны используется полностью ненаправленная изотропная антенна (излучающая одинаково и идеально во всех направлениях – что физически невозможно). В этом случае говорят об ЭИРП (эффективной изотропной излучаемой мощности), а не об ЭРП. Это относится к спутниковым транспондерам, радарам и другим системам, использующим микроволновые антенны и рефлекторы, а не дипольные антенны.

Проблемы низкой частоты

В случае станций среднего волнового диапазона (AM) в Соединенных Штатах ограничения мощности устанавливаются на основе фактической выходной мощности передатчика, а эффективная излучаемая мощность (ЭИМ) не используется в стандартных расчетах. Всенаправленные антенны, применяемые рядом станций, излучают сигнал равномерно во всех горизонтальных направлениях. Направленные антенные системы используются для защиты станций, работающих на той же или соседней частоте, как правило, в ночное время, но некоторые станции используют направленное излучение постоянно. При проектировании таких систем учитываются эффективность антенны и проводимость земли, однако в базе данных FCC указывается выходная мощность передатчика станции, а не ЭИМ.

Связанные термины

Согласно Институту инженеров-электриков (Великобритания), ERP часто используется как общий термин для обозначения излучаемой мощности, но строго говоря, его следует применять только к полуволновым дипольным антеннам и применительно к FM-вещанию. Он относится исключительно к AM-вещанию и выражает напряженность поля в "микровольтах на метр на расстоянии 1 километра от передающей антенны".

Ненависть

Высота над окружающей местностью имеет решающее значение для VHF и более высоких частот при расчете эффективной излучаемой мощности (ERP), поскольку зона покрытия сигнала (радиус действия) при заданной ERP значительно увеличивается с ростом высоты антенны. Благодаря этому, станция с мощностью всего в несколько сотен ватт ERP может охватывать большую территорию, чем станция с мощностью в несколько тысяч ватт ERP, если ее сигнал распространяется над наземными препятствиями.