Калькулятор ЭИИМ и ЭИМ

Уровень ЭИМ	23,85 dBm
Мощность ЭИИМ	0,398107 Вт
Мощность ЭИМ	0,242661 Вт

Направленная мощность передающего тракта

Направленная антенна на мачте соединена фидером с небольшим передатчиком на полевом столике

Передатчик выдаёт 100 мВт, антенна имеет усиление 8 dBi, а фидер теряет 2 дБ. В выбранном направлении такой тракт даёт ЭИИМ около 398 мВт, или 26 dBm. Эквивалентный уровень выше исходных 100 мВт, но антенна не произвела дополнительную энергию. Она направляет излучение иначе, чем эталон, с которым сравнивают результат.

ЭИИМ, по-английски EIRP, обозначает эквивалентную изотропно излучаемую мощность. Это мощность, которую пришлось бы подвести к идеальной изотропной антенне для получения такого же излучения в выбранном направлении. Изотропный эталон распределяет его одинаково по всем направлениям. Усиление обычно берут в направлении максимума диаграммы, однако можно подставить значение для другого направления, если оно известно.

ЭИМ, или ERP, использует другой эталон: полуволновый диполь. Для одного тракта её численное значение в ваттах меньше ЭИИМ. Результат не показывает мощность, принятую на другом конце линии, или общее количество энергии, излучённое во все стороны.

Выход передатчика, усиление и потери

Мощность вводится в dBm на выходе передатчика, до указанных потерь. Эта шкала отсчитывается от 1 мВт: 0 dBm означает 1 мВт, 20 dBm означает 100 мВт, 30 dBm означает 1 Вт. Дробные и отрицательные значения допустимы. Если паспорт использует ватты или милливатты, сначала переведите мощность в dBm. Нулевую физическую мощность нельзя записать конечным уровнем dBm.

Усиление должно иметь известный эталон. Выберите dBi для сравнения с изотропной антенной или dBd для сравнения с диполем. При смене варианта введённое число сохраняется: калькулятор меняет его трактовку, а не переводит паспортное значение автоматически. Для той же антенны число в dBi на 2,15 больше числа в dBd.

Потери фидера задаются положительным числом в децибелах. Сложите потери кабеля, разъёмов и других пассивных элементов до входа антенны, если они ещё не учтены в исходных данных. Ноль означает отсутствие заданных потерь. Ослабление на пути до приёмника сюда не входит. Для измерений входной и выходной мощности можно отдельно определить ослабление тракта.

Два эталона в одной формуле

В логарифмической шкале усиление прибавляется к мощности, а потери вычитаются. Если усиление задано в dBd, сначала учитывается разница эталонов:

\begin{aligned}G_i&=G_d+2.15\\P_{\mathrm{EIRP}}&=P_t+G_i-L\\P_{\mathrm{ERP}}&=P_{\mathrm{EIRP}}-2.15\end{aligned}

Здесь Pₜ обозначает мощность в dBm, Gᵢ усиление в dBi, Gᵈ усиление в dBd, L потери в дБ. Поправка 2,15 дБ относится к идеальному полуволновому диполю в свободном пространстве. Это принятое округлённое значение, а не измеренное усиление любого реального диполя.

Ватты получаются из итогового уровня p так:

P\,[\text{Вт}]=10^{(p\,[\mathrm{dBm}]-30)/10}

При принятой поправке отношение ЭИИМ к ЭИМ равно примерно 1,64059. Разница двух результатов не является ещё одной потерей в кабеле. Она возникает потому, что сравнение проводится с двумя разными антеннами.

Сравнение паспортов и передающих трактов

Небольшой передатчик. Для 20 dBm, 8 dBi и потерь 2 дБ итог равен 26 dBm ЭИИМ и 23,85 dBm ЭИМ. В линейных единицах это примерно 0,398107 и 0,242661 Вт. На вход антенны после фидера поступает лишь 18 dBm, около 63,096 мВт. Поэтому 398 мВт нельзя считать фактической мощностью на её разъёме: это направленный эквивалент.

Идеальный эталонный диполь. При входе 30 dBm, усилении 0 dBd и нулевых потерях ЭИМ равна 30 dBm, то есть 1 Вт. ЭИИМ составляет 32,15 dBm, около 1,64059 Вт. Усиление 0 dBd означает равенство дипольному эталону в рассматриваемом направлении; оно не означает отсутствия излучения.

Две записи одного усиления. Антенна с 8 dBi соответствует 5,85 dBd. Если передатчик выдаёт 23 dBm, а фидер теряет 3 дБ, обе записи приводят к ЭИИМ 28 dBm и ЭИМ 25,85 dBm. Сравнение паспортов без приведения эталонов создаёт мнимое преимущество на 2,15 дБ. Для проверки измените и вариант усиления, и само число.

Более длинный кабель. При 20 dBm и 8 dBi увеличение потерь с 2 до 5 дБ уменьшает ЭИИМ с 26 до 23 dBm. Ватты меняются примерно с 0,398107 до 0,199526. Добавленные 3 дБ уменьшают мощность в 1,99526 раза, почти вдвое. Сравнивать кабели нужно на одинаковой частоте: паспортное затухание другого диапазона не заменяет нужный вход.

Слабое излучение в выбранном направлении. Для −30 dBm, усиления −3 dBi и потерь 1 дБ ЭИИМ равна −34 dBm. Это примерно 0,398107 мкВт, положительная мощность. Отрицательное усиление возможно, например, вне главного лепестка: в этом направлении антенна уступает изотропному эталону. Знак уровня не говорит о направлении потока энергии.

Подбор исходной мощности. Чтобы получить ЭИИМ 20 dBm при усилении 6 dBi и потерях 3 дБ, из той же формулы требуется 17 dBm на выходе передатчика. Это около 50,1187 мВт. Подстановка 17, 6 и 3 в форму подтверждает итог. Такой обратный расчёт задаёт энергетическую цель; он не устанавливает разрешённую мощность или гарантированную дальность.

Где заканчивается эта модель

Все исходные данные должны относиться к одной частоте, выбранному направлению и согласованным точкам измерения. Если характеристика усиления уже включает определённые потери системы, повторное вычитание занизит результат. Рассогласование требует своей трактовки мощности. КСВ и возвратные потери помогают рассмотреть отражение отдельно; возвратные потери нельзя просто вычесть как затухание фидера.

Здесь нет расстояния, препятствий, чувствительности приёмника и мощности помех. Расчёт не оценивает качество связи. Шесть значащих цифр удобны для проверки арифметики, но фактическая точность ограничена исходными измерениями. Для слишком больших или малых итоговых мощностей появляется ошибка числового масштаба: бесконечность и ложный ноль в ваттах не подставляются вместо ответа.

Вопросы о мощности и условиях измерения

Опорная плоскость, режим измерения и число передающих трактов определяют, какие паспортные значения можно объединить в одном расчёте.

Можно ли по ЭИИМ узнать мощность у приёмника?

Нужно дополнительно знать потери распространения, усиление приёмной антенны и потери её фидера. Например, ЭИИМ 26 dBm сама по себе не задаёт уровень на входе приёмника. Разные расстояния, направления антенн и препятствия дадут разные результаты при той же передающей характеристике. Для принятого сигнала требуется отдельный энергетический баланс линии.

Нужно ли вычитать возвратные потери RL из мощности?

Нет: большие возвратные потери означают малое отражение, поэтому такое вычитание исказит смысл показателя. Потеря из-за рассогласования является другой величиной. Её учёт зависит от того, какую мощность измерили и какие потери уже включены в усиление. Сначала согласуйте определения входных данных, чтобы не учитывать отражение повторно.

Как вводить мощность нескольких передающих каналов?

Определите, относится ли заданная мощность к одному порту, каналу или всему устройству. Усиление одной антенны нельзя автоматически применить к сумме мощностей разных трактов. Для антенной решётки нужна характеристика соответствующего режима возбуждения; согласованное сложение полей зависит от фаз. Одна запись мощности без распределения по трактам недостаточна.

Подойдёт ли пиковая мощность вместо средней?

Можно рассчитывать характеристику для разных видов мощности, но исходные числа и сравниваемый итог должны относиться к одной трактовке. Пиковая мощность огибающей, средняя мощность и мощность несущей отличаются. Не сравнивайте результат для пика с измерением среднего уровня. Скважность без описания формы сигнала тоже не определяет переход между этими значениями.

Отрицательное усиление означает неисправность антенны?

Само по себе нет. Оно означает, что в выбранном направлении усиление ниже соответствующего эталона. У исправной направленной антенны вне основного лепестка уровень может быть заметно меньше. Для оценки неисправности нужны измерения и ожидаемая диаграмма, а не только знак числа. Проверьте также, к какому направлению относится паспортное значение.

Можно ли подставить dBm/МГц как обычные dBm?

Нет: это спектральная плотность мощности. Для получения суммарной мощности нужны ширина полосы и распределение по частоте. Если плотность равномерна и составляет 0 dBm/МГц на полосе 10 МГц, суммарный уровень равен 10 dBm. Для неоднородного спектра требуется интегрирование, поэтому одну плотность нельзя считать полной мощностью передатчика.

Доказывает ли полученная ЭИИМ соблюдение правил радиосвязи?

Калькулятор не содержит правовых пределов и не выдаёт разрешение на передачу. Требования зависят от страны, полосы, режима и принятого определения мощности. Полученная ЭИИМ или ЭИМ является физической характеристикой заданного тракта. Для проверки нормативного условия нужны применимые правила и корректно выбранный вид измерения, которых в этой форме нет.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.