UHF ISM波段發(fā)射器的輻射功率和場強測試
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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)范對場強的要求和接收機(jī)測試的典型指標(biāo)，表格中列出了現(xiàn)場測試的數(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，對于發(fā)射功率的測量非常重要。具體的測量工作十分復(fù)雜，因為FCC規(guī)范的15.231部分規(guī)定了距離發(fā)射器3米處的場強(V/m)限制。另外，接收天線的放置以及測量中使用的接收單元都會影響輻射功率的測量。
本文將解釋輻射功率與場強以及測量接收器的關(guān)系。表格中給出了260MHz至470MHz頻段的FCC場強要求與輻射功率的對應(yīng)關(guān)系，并給出了接收機(jī)測量的典型參數(shù)。通過上述關(guān)系可以了解一些轉(zhuǎn)換因數(shù)，用戶能夠確定對接收器的測量結(jié)果是否表明發(fā)射器已接近其輻射功率的限制。
場強與輻射功率的關(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，以瓦/平方米為單位的功率密度(PD)由式1給出： 
這個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，GT，沒有角度變化。因為在260MHz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，其模板不會隨方向急劇變化。因為天線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場強E的平方除以
從上述兩個等式可以得出EIRP，PTGT與場強E的關(guān)系，以V/m為單位。
重新整理式3，用場強形式表示EIRP：
在FCC要求的3米距離處，這個關(guān)系為：
假設(shè)FCC對315MHz的平均場強限制是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。
從場強到EIRP的轉(zhuǎn)換更加復(fù)雜，因為有些文檔用對數(shù)或dB形式表示場強。在上面的例子中，場強大小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，這種變化意味著對于每種頻率，都需要按照FCC要求計算出場強大小，然后從一種計量單位轉(zhuǎn)換到另一種。FCC規(guī)范的15.231部分規(guī)定260MHz的場強限制為3750μV/m，在470MHz處線性增加到12500μV/m。
按照式1至式5和FCC規(guī)范對平均場強的限制得到表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強規(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部分的平均場強限制
| 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
如果對接收功率、輻射功率的測量單位加以限制，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)，對于增益均勻的接收天線，頻率為300MHz (對應(yīng)于1米波長)、3米處的功率損耗大概是(1/12π)2，或31.5dB。這個值會
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