UHF ISM波段發(fā)射器的輻射功率和場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試
加入技術(shù)交流群
工作在工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療(ISM)波段，頻率范圍為260MHz至470MHz的近距離無線通信已廣泛用于遙控?zé)o鑰匙門禁系統(tǒng)(RKE)、家庭安防和遙控裝置。無線發(fā)射器的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是通過天線發(fā)射的功率，該功率必須足夠大，以保證發(fā)射到接收鏈路的可靠性，但是，這個(gè)功率還必須限制在FCC規(guī)范15.231部分規(guī)定的輻射功率以內(nèi)。本文討論了在260MHz到470MHz頻率范圍內(nèi)，F(xiàn)CC規(guī)范對(duì)場(chǎng)強(qiáng)的要求和接收機(jī)測(cè)試的典型指標(biāo)，表格中列出了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)。
概述
通常，工作在260MHz至470MHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段(ISM)的發(fā)射天線都非常小，只能輻射發(fā)射機(jī)功率放大器輸出功率的一小部分。由此看來，對(duì)于發(fā)射功率的測(cè)量非常重要。具體的測(cè)量工作十分復(fù)雜，因?yàn)镕CC規(guī)范的15.231部分規(guī)定了距離發(fā)射器3米處的場(chǎng)強(qiáng)(V/m)限制。另外，接收天線的放置以及測(cè)量中使用的接收單元都會(huì)影響輻射功率的測(cè)量。
本文將解釋輻射功率與場(chǎng)強(qiáng)以及測(cè)量接收器的關(guān)系。表格中給出了260MHz至470MHz頻段的FCC場(chǎng)強(qiáng)要求與輻射功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并給出了接收機(jī)測(cè)量的典型參數(shù)。通過上述關(guān)系可以了解一些轉(zhuǎn)換因數(shù)，用戶能夠確定對(duì)接收器的測(cè)量結(jié)果是否表明發(fā)射器已接近其輻射功率的限制。
場(chǎng)強(qiáng)與輻射功率的關(guān)系
天線發(fā)射功率向四周(球形)擴(kuò)展，如果天線具有方向性，功率沿著傳播方向的變化符合其增益G(Θ, Φ), (Θ, Φ)表達(dá)式，在半徑為R的球體上的任意一點(diǎn)，以瓦/平方米為單位的功率密度(PD)由式1給出： 
這個(gè)等式簡單地表示為發(fā)射功率除以半徑為R的球面面積。增益符號(hào)，GT，沒有角度變化。因?yàn)樵?60MHz至470MHz ISM頻段使用的絕大多數(shù)天線與工作波長相比非常小，其模板不會(huì)隨方向急劇變化。因?yàn)樘炀€是效率很低的輻射體，增益非常小，基于這種原因，PT和GT相乘用來表示發(fā)射器和天線結(jié)合后的等效全向輻射功率(EIRP)。EIRP表示可以從理想的全向天線發(fā)射的功率。
距離發(fā)射器R處的功率密度同樣可以表示為輻射信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)E的平方除以
從上述兩個(gè)等式可以得出EIRP，PTGT與場(chǎng)強(qiáng)E的關(guān)系，以V/m為單位。
重新整理式3，用場(chǎng)強(qiáng)形式表示EIRP：
在FCC要求的3米距離處，這個(gè)關(guān)系為：
假設(shè)FCC對(duì)315MHz的平均場(chǎng)強(qiáng)限制是6mV/m，利用式5，可以得到平均輻射功率的限制為10.8μW，或-19.7dBm。
從場(chǎng)強(qiáng)到EIRP的轉(zhuǎn)換更加復(fù)雜，因?yàn)橛行┪臋n用對(duì)數(shù)或dB形式表示場(chǎng)強(qiáng)。在上面的例子中，場(chǎng)強(qiáng)大小6mV/m可以表示為15.6dBmV/m或75.6dBμV/m。
另外，F(xiàn)CC的輻射限制在260MHz到470MHz的頻帶范圍內(nèi)隨頻率而變化，這種變化意味著對(duì)于每種頻率，都需要按照FCC要求計(jì)算出場(chǎng)強(qiáng)大小，然后從一種計(jì)量單位轉(zhuǎn)換到另一種。FCC規(guī)范的15.231部分規(guī)定260MHz的場(chǎng)強(qiáng)限制為3750μV/m，在470MHz處線性增加到12500μV/m。
按照式1至式5和FCC規(guī)范對(duì)平均場(chǎng)強(qiáng)的限制得到表1所示結(jié)果，表1中的數(shù)據(jù)以5MHz頻率為間隔提供了場(chǎng)強(qiáng)規(guī)格的多種表達(dá)形式。發(fā)射天線的增益假設(shè)為0dB。
表1. EIRP與FCC規(guī)范15.231部分的平均場(chǎng)強(qiáng)限制
| Frequency MHz | Field Strength μV/meter | Field Strength dBμV/meter | EIRP mW | EIRP dBm |
| 260 | 3750 | 71.5 | 0.004 | -23.7 |
| 265 | 3958 | 72.0 | 0.005 | -23.3 |
| 270 | 4167 | 72.4 | 0.005 | -22.8 |
| 275 | 4375 | 72.8 | 0.006 | -22.4 |
| 280 | 4583 | 73.2 | 0.006 | -22.0 |
| 285 | 4792 | 73.6 | 0.007 | -21.6 |
| 290 | 5000 | 74.0 | 0.007 | -21.1 |
| 295 | 5208 | 74.3 | 0.008 | -20.9 |
| 300 | 5417 | 74.7 | 0.009 | -20.6 |
| 305 | 5625 | 75.0 | 0.009 | -20.2 |
| 310 | 5833 | 75.3 | 0.010 | -19.9 |
| 315 | 6042 | 75.6 | 0.011 | -19.6 |
| 320 | 6250 | 75.9 | 0.012 | -19.3 |
| 325 | 6458 | 76.2 | 0.013 | -19.0 |
| 330 | 667 | 76.5 | 0.013 | -18.8 |
| 335 | 6875 | 76.7 | 0.014 | -18.5 |
| 340 | 7083 | 77.0 | 0.015 | -18.2 |
| 345 | 7292 | 77.3 | 0.016 | -18.0 |
| 350 | 7500 | 77.5 | 0.017 | -17.7 |
| 355 | 7708 | 77.7 | 0.018 | -17.5 |
| 360 | 7917 | 78.0 | 0.019 | -17.3 |
| 365 | 8125 | 78.2 | 0.020 | -17.0 |
| 370 | 8333 | 78.4 | 0.021 | -16.8 |
| 375 | 8542 | 78.6 | 0.022 | -16.6 |
| 380 | 8750 | 78.8 | 0.023 | -16.4 |
| 385 | 8958 | 79.0 | 0.024 | -16.2 |
| 390 | 9167 | 79.2 | 0.025 | -16.0 |
| 395 | 9375 | 79.4 | 0.026 | -15.8 |
| 400 | 9583 | 79.6 | 0.028 | -15.6 |
| 405 | 9792 | 79.8 | 0.029 | -15.4 |
| 410 | 10000 | 80.0 | 0.030 | -15.2 |
| 415 | 10208 | 80.2 | 0.031 | -15.0 |
| 420 | 10417 | 80.4 | 0.033 | -14.9 |
| 425 | 10625 | 80.5 | 0.034 | -14.7 |
| 430 | 10833 | 80.7 | 0.035 | -14.5 |
| 435 | 11042 | 80.9 | 0.037 | -14.4 |
| 440 | 11250 | 81.0 | 0.038 | -14.2 |
| 445 | 11458 | 81.2 | 0.039 | -14.0 |
| 450 | 11667 | 81.3 | 0.041 | -13.9 |
| 455 | 11875 | 81.5 | 0.042 | -13.7 |
| 460 | 12083 | 81.6 | 0.044 | -13.6 |
| 465 | 12292 | 81.8 | 0.045 | -13.4 |
| 470 | 12500 | 81.9 | 0.047 | -13.3 |
接收功率與輻射功率的關(guān)系
如果對(duì)接收功率、輻射功率的測(cè)量單位加以限制，從接收到發(fā)射之間的功率關(guān)系將很容易理解，這是通信系統(tǒng)中計(jì)算空間損耗的基礎(chǔ)。
從在一定距離R處的功率密度開始(式1)，在這個(gè)距離處天線的接收功率是功率密度乘以接收天線的有效面積，天線的有效面積由式6定義：
λ為發(fā)射波長，用接收天線的有效面積乘以式1表示的密度，可以得到自由空間的損耗計(jì)算公式：
式7表明：如果接收天線的增益保持均勻(采用小尺寸天線，四分之一波長)，對(duì)于增益均勻的接收天線，頻率為300MHz (對(duì)應(yīng)于1米波長)、3米處的功率損耗大概是(1/12π)2，或31.5dB。這個(gè)值會(huì)
評(píng)論