الطاقة المشعة الفعالة 'ERP' ،وهوالمصطلح المرادف الطاقة المشعة المكافئة ، هوتعريف موحد لطاقة اتجاهية تردد الراديو(RF) حسب IEEE، مثل تلك التي تنبعث من المرسل اللاسلكي. إنه إجمالي الطاقة في الوات التي يجب حتى تشع بواسطة هوائي ثنائي القطب نصف الموجة لإعطاء نفس شدة الإشعاع (قوة الإشارة أو كثافة تدفق القدرة بالواط لكل متر مربع) كمصدر عملي في مستقبل بعيد يقع في اتجاه أقوى حزمة للهوائي (القسم الرئيسي). يقيس ERP توليفة القدرة المنبعثة من المرسل وقدرة الهوائي على توجيه تلك القدرة في اتجاه معين. وهي تساوي قدرة ولج الهوائي مضروبة في كسب الهوائي. يستخدم في الإلكترونيات والاتصالات السلكية واللاسلكية ، ولا سيما في الإذاعة لتحديد القدرة الظاهرة لـ محطة إذاعة التي يقوم بتجربتها المستمعون في منطقة الاستقبال. البارامتر البديل الذي يقيس نفس الحالة هوالقدرة المشعة الفعالة (أوالمكافئة) EIRP '). القدرة المشعة الفعالة في الخواص هي القدرة الكلية التي يجب حتى تشعها افتراضاً هوائي متماثل لإعطاء نفس قوة الإشارة كمصدر عملي في اتجاه أقوى حزمة للهوائي. الفرق بين EIRP وERP هوحتى ERP يقارن الهوائي العملي بهوائي ثنائي القطب نصف الموجة ، بينما يقارن EIRP بهوائي متماثل نظرياً . نظرًا لأن الهوائي ثنائي القطب بنصف الموجة له كسب 1.64 ، أو2.15 ديسيبل بالمقارنة مع المرسل المتماثل للأشعة ، إذا تم التعبير عن ERP وEIRP بالواط ، فإن العلاقة بينهما

${\displaystyle \mathrm {EIRP(W) =1.64\cdot \mathrm {ERP(W)$

إذا تم التعبير عنها بالديسيبل

${\displaystyle \mathrm {EIRP(dB) =\mathrm {ERP(dB) +2.15$

تعاريف

تقيس القدرة المشعة الفعالة والقدرة المشعة المتماثلة الفعالية مقدار القدرة "الظاهرة" التي يشعها المرسل الهوائي والراديو(أومصدر آخر للموجات الكهرومغناطيسية) في اتجاه محدد: في اتجاه أقصى قوة إشارة (القسم الرئيسي ") من نمط الإشعاع. تعتمد هذه القدرة الظاهرية على عاملين: إجمالي خرج الطاقة ومخطط الإشعاع للهوائي - مقدار الطاقة التي تشعها في الاتجاه المطلوب. يتم تقدير كمية العامل الأخير بواسطة كسب الهوائي ، وهي نسبة قوة الإشارة التي يشعها الهوائي إلى ذلك المشع بهوائي قياسي. على سبيل المثال ، فإن جهاز إرسال بقوة 1000 واط يقوم بتغذية هوائي بربح أربعة (6 ديسيبل) سيكون له نفس قوة الإشارة في اتجاه القسم الرئيسي ، وبالتالي نفس ERP وEIRP ، مثل جهاز إرسال بقوة 4000 واط هوائي بكسب 1 (0 ديسيبل). لذلك تعد ERP وEIRP مقاييس القدرة المشعة التي يمكنها مقارنة التوليفات المتنوعة من المرسلات والهوائيات على قدم المساواة.

من المهم التأكيد على أنه على الرغم من الأسماء ، لا يقوم ERP وEIRP بقياس قدرة المرسل ، أوإجمالي القدرة المشعة بواسطة الهوائي ، فهي مجرد مقياس لقوة الإشارة على طول القسم الرئيسي. لا يتم تقديم أي معلومات حول القدرة المشعة في اتجاهات أخرى ، أوالطاقة الكلية.

يتمثل الفرق بين ERP وEIRP في حتى كسب الهوائي قد تم قياسه تقليديًا في وحدتين مختلفتين ، مقارنة الهوائي باثنين من الهوائيات القياسية المتنوعة ؛ هوائي , هوائي متماثل وهوائي نصف موجة ثنائي القطب :

• الربح المتماثل هونسبة كثافة القدرة ${\displaystyle S_{\text{max}}}$${\displaystyle S_{\text{max,isotropic}}}$

${\displaystyle \mathrm {G _{\text{i ={S_{\text{max \over S_{\text{max,isotropic$:

يتم التعبير عن الربح غالبًا بوحدات لوغاريتمية من ديسيبل (dB). يتم الحصول على كسب الديسيبل بالنسبة إلى هوائي موحد الخواص (dBi) بواسطة

${\displaystyle \mathrm {G {\text{(dBi) =10\log {S_{\text{max \over S_{\text{max,isotropic$

• "كسب ثنائي القطب" هونسبة كثافة القدرة المستقبلة من الهوائي في اتجاه أقصى إشعاع له إلى كثافة القدرة${\displaystyle S_{\text{max,dipole}}}$

${\displaystyle \mathrm {G _{\text{d ={S_{\text{max \over S_{\text{max,dipole$

يتم الحصول على كسب الديسيبل بالنسبة إلى ثنائي القطب (dBd) بواسطة

${\displaystyle \mathrm {G {\text{(dBd) =10\log {S_{\text{max \over S_{\text{max,dipole$

على عكس الهوائي المتماثل ،قد يكون للثنائي القطب مخطط إشعاع "على شكل دونات" ، وقدرته المشعة هي الحد الأقصى في الاتجاهات المتعامدة مع الهوائي ، وتنخفض إلى الصفر على محور الهوائي. نظرًا لأن إشعاع ثنائي القطب يهجرز في اتجاهات أفقية ، فإن كسب ثنائي القطب نصف الموجة أكبر من الهوائي المتماثل . الكسب المتماثل لثنائي القطب نصف الموجة هو1.64 ، أوبالديسيبلعشرة log 1.64 = 2.15 dBi ، لذلك

${\displaystyle G_{\text{i =1.64G_{\text{d$

في الديسيبل

${\displaystyle G{\text{(dBi) =G{\text{(dBd) +2.15$

يستند المقياسان EIRP وERP إلى الهوائيين القياسيين المختلفين أعلاه:

• يُعرَّف EIRP بأنه مدخلات قدرة RMS بالوحدات اللازمة لفقدان الهوائي المتماثل لإعطاء نفس الكثافة القصوى للقدرة بعيدًا عن الهوائي مثل المرسل العملي. وهويساوي مدخلات الطاقة لهوائي المرسل مضروبة في كسب الهوائي المتماثل

${\displaystyle \mathrm {EIRP =G_{\text{i P_{\text{in$:

غالباً ما يتم التعبير عن ERP وEIRP في ديسيبل (dB). عادة ما تُحسب قدرة الدخل بالديسيبل مقارنةً بمستوى مرجعي واحد  وات (W): ${\displaystyle P_{\text{in  \mathrm {(dBw)  =10\log P_{\text{in$. 
عند مضاعفة العاملين بما يعادل إضافة قيم ديسيبل الخاصة بهم

${\displaystyle \mathrm {EIRP(dBw) =G{\text{(dBi) +P_{\text{in \mathrm {(dBw)$

• يُعرّف ERP بأنه ولج قدرة RMS بالواط المطلوب لهوائي نصف موجة ثنائي القطب لإعطاء نفس الكثافة القصوى للقدرة بعيدًا عن الهوائي مثل المرسل العملي. وهويساوي مدخلات الطاقة لهوائي المرسل مضروبة في كسب الهوائي بالنسبة إلى ثنائي القطب نصف الموجة

${\displaystyle \mathrm {ERP =G_{\text{d P_{\text{in$

في الديسيبل

${\displaystyle \mathrm {ERP(dBw) =G{\text{(dBd) +P_{\text{in \mathrm {(dBw)$

نظرًا لأن تعريفي الكسب لا يختلفان إلا عن طريق عامل ثابت ، كذلك يختلف نظام ERP وEIRP

${\displaystyle \mathrm {EIRP(W) =1.64\cdot \mathrm {ERP(W)$

في الديسيبل

${\displaystyle \mathrm {EIRP(dBw) =\mathrm {ERP {\text{(dBw) +2.15$

العلاقة بقدرة خرج المرسل

عادة ما يتم توصيل جهاز الإرسال إلى الهوائي من خلال خط إرسال. فخط الإرسال قد يحدث له ضياعات كبيرةs ${\displaystyle L$, عادة ما تكون القدرة المطبقة على الهوائي أقل من قدرة خرج المرسل ${\displaystyle P_{\ text{TX$. العلاقة بين ERP وEIRP بقدرة خرج المرسل

${\displaystyle \mathrm {EIRP(dBw) =P_{\text{TX \mathrm {(dBw) -L\mathrm {(dB) +G{\text{(dBi)$

${\displaystyle \mathrm {ERP(dBw) =P_{\text{TX \mathrm {(dBw) -L\mathrm {(dB) +G{\text{(dBi) -2.15$

يتم تضمين الضياعات في الهوائي نفسه في الربح.

العلاقة بقوة الإشارة

إذا كان مسار الإشارة في مساحة حرة على (خط امتداد البصر مع عدم وجود مسارات متعددة) تقاس قوة الإشارة ( كثافة تدفق القدرة بالواط لكل متر مربع) ${\displaystyle S$ من إشارة الراديوعلى محور القسم الرئيسي في أي مسافة معينة ${\displaystyle r$ من الهوائي يمكن حسابها من EIRP أوERP. بما حتى الهوائي المتماثل يشع كثافة تدفق القدرة المتساوية على الكرة المتمركزة على الهوائي ، ومنطقة الكرة ذات نصف القطر ${\displaystyle r$ is ${\displaystyle A=4\pi r^{2$ then

${\displaystyle S(r)={\mathrm {EIRP \over 4\pi r^{2$

Since ${\displaystyle \mathrm {EIRP =\mathrm {ERP /1.64$,

${\displaystyle S(r)={\mathrm {ERP \over 6.56\pi r^{2$

ومع ذلك ، إذا كانت الموجات الراديوية تنتقل عن طريق موجة أرضية كما هومعتاد للبث على الموجة المتوسطة أوالطويلة ، أوskywave ، أوحتى المسارات غير المباشرة تلعب دورًا في الإرسال ، فستعاني الأمواج من تخميد إضافي يعتمد على التضاريس بين الهوائيات ، لذلك هذه الصيغ غير صالحة.

ثنائي القطب لقاء المشعات المتماثلة

نظرًا لاحتساب ERP كربح للهوائي (في اتجاه معين) مقارنةً بأقصى اتجاهية لنصف موجة هوائي ثنائي القطب ، فإنه ينشئ هوائي ثنائي القطب فعال ظاهريًا رياضيًا موجهًا في اتجاه المستقبل. وبعبارة أخرى ، فإن المستقبل الافتراضي في الاتجاه المعين من المرسل سيحصل على نفس القدرة إذا تم استبدال المصدر بثنائي القطب المثالي الموجه بأقصى درجة من الاتجاهية ومطابق الاستقطاب نحوالمتلقي ومع قدرة ولج الهوائي تساوي ERP. لنقد يكون المتلقي قادرًا على تحديد الفرق. الاتجاهية القصوى لثنائي أقطاب نصف الموجة المثالي هوثابت ، أي ، 0 dBd = 2.15 ديسيبل. لذلك ،قد يكون ERP دائمًا أقل بـ 2.15 ديسيبل من EIRP. يمكن استبدال الهوائي ثنائي القطب المثالي بمبرد متساوي الخواص (جهاز رياضي بحت لا يمكن حتى يوجد في العالم الحقيقي) ، ولا يمكن للمستقبل فهم الفرق طالما زادت قدرة الدخل بمقدار 2.15 ديسيبل.

لسوء الحظ ، فإن التمييز بين dBd وdBi غالبًا ما يتم هجره دون تحديد ، ويُضطر القارئ أحيانًا إلى الاستدلال على ما تم استخدامه. على سبيل المثال ، يتم إنشاء Yagi-Uda antenna من عدة أقطاب ثنائية مرتبة على فترات زمنية دقيقة لإنشاء هجريز أفضل للطاقة (الاتجاهية) من ثنائي القطب البسيط. نظرًا لأنها مبنية من ثنائيات أقطاب ، فغالبًا ما يتم التعبير عن كسب الهوائي بوحدة dBd ، ولكن يتم سردها فقط على أنها dB. من الواضح حتى هذا الالتباس غير مرغوب فيه فيما يتعلق بالمواصفات الهندسية. الاتجاهية القصوى لهوائي Yagi-Uda هي 8.77 dBd = 10.92 dBi. يجب حتىقد يكون الربح بالضرورة أقل من هذا بواسطة العامل η ، الذي يجب حتىقد يكون سالبًا بوحدات ديسيبل . لا يمكن حساب ERP أوEIRP دون فهم القدرة التي يقبلها الهوائي ، أي أنه ليس سليمًا استخدام وحدات dBd أوdBi مع ERP وEIRP. دعونا نفترض جهاز إرسال 100 واط (20 ديسيبل) مع خسارةستة ديسيبل قبل الهوائي. ERP <22.77 dBW وEIRP <24.92dBW ، وكلاهما أقل من المثالي بمقدار η في dB. على افتراض حتى المستقبِل يقع في الفص الجانبي الأول لهوائي الإرسال ، وأن جميع قيمة يتم تخفيضها بمقدار dB 7.2 ، وهوانخفاض في الاتجاهية من الفص الرئيسي إلى الفص الجانبي في Yagi-Uda. لذلك ، في أي مكان على طول اتجاه الفص الجانبي من هذا المرسل ، لا يستطيع جهاز الاستقبال الأعمى فهم الفرق إذا تم استبدال Yagi-Uda إما ثنائي القطب المثالي (الموجه نحوالمستقبل) أوالمبرد المتماثل مع زيادة قدرة ولج الهوائي بمقدار 1.57 ديسيبل.

الاستقطاب

لم يؤخذ الاستقطاب بعين الاعتبار حتى الآن ، ولكن يجب توضيحه بشكل سليم. عند النظر في المرسل للأشعة ثنائي القطب سابقًا افترضنا أنه كان متوافقًا تمامًا مع المستقبل. ومع ذلك ، افترض الآن حتى هوائي الاستقبال مستقطب دائريًا ، وستكون هناك ضياعات لا تقل عن ثلاثة dB للاستقطاب بغض النظر عن اتجاه الهوائي. إذا كان جهاز الاستقبال ثنائي القطب أيضًا ، فمن الممكن محاذاته بشكل متعامد مع جهاز الإرسال بحيث يتم تلقي الطاقة الصفرية نظريًا. ومع ذلك ، لا يتم حساب ضياعات الاستقطاب هذه عند حساب ERP أوEIRP. بدلاً من ذلك ، يجب على مصمم نظام الاستقبال حساب هذه الضياعات حسب الاقتضاء. على سبيل المثال ، يحتوي برج الهاتف الخلوي على استقطاب خطي ثابت ، ولكن يجب حتى يعمل الهاتف المحمول جيدًا في أي اتجاه عشوائي . لذلك ، قد يوفر تصميم الهاتف استقبالًا استقطابيًا مزدوجًا على السماعة بحيث يتم تضخيم الطاقة الملتقطة بصرف النظر عن الاتجاه ، أوقد يستخدم المصمم هوائيًا مستقطب دائريًا ويحسب خسارة إضافية قدرها ثلاثة ديسيبل مع التضخيم.

FM كمثال

على سبيل المثال ، FM محطة راديووالتي تعلن حتى لديها 100،000 واط من الطاقة لديها بالعمل 100000 واط ERP ، و"ليس" إرسال 100،000 واط عملي . قد يتراوح خرج قدرة المرسل (TPO) لهذه المحطة عادةً من 10000 إلى 20000 واط ، مع عامل كسب يتراوح منخمسة إلىعشرة (منخمسة × إلىعشرة × ، أومنسبعة إلىعشرة dB) . في معظم تصميمات الهوائي ، يتحقق الربح في المقام الأول عن طريق هجريز القدرة نحوالمستوى الأفقي وتحديده في الزوايا العلوية والسفلية ، من خلال استخدام مصفوفات الطور من عناصر الهوائي. يُعهد توزيع الطاقة لقاء زاوية الارتفاع بالنمط العمودي. عندماقد يكون الهوائي اتجاهيًا أيضًا بشكل أفقي ، يختلف الربح وERP باختلاف (بوصلة السمت). بدلاً من القدرة المتوسطة على جميع الاتجاهات ، هي القدرة الظاهرة في اتجاه القسم الرئيسي للهوائي الذي يتم نقله على أنه ERP للمحطة (هذا البيان هومجرد وسيلة أخرى لتحديد تعريف ERP). ينطبق هذا بشكل خاص على نظم تخطيط موارد المؤسسات الضخمة المبلغ عنها لمحطات الإذاعة الموجة القصيرة ، التي تستخدم عرض الحزمة الضيقة للغاية للحصول على إشاراتها عبر القارات والمحيطات.

الاستخدام التنظيمي للولايات المتحدة

يرتبط ERP لراديوFM في الولايات المتحدة دائمًا بهوائي نظري نصف موجة مرجعي. (أي عند حساب ERP ، فإن الطريقة الأكثر مباشرة هي العمل مع كسب الهوائي بوحدة dBd). للتعامل مع استقطاب الهوائي ، تدرج لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) تخطيطاً ل (ERP) في جميع من القياسات الأفقية والرأسية للإذاعة والتلفزيون. الأفقي هوالمعيار لكليهما ، ولكن إذا كان ERP العمودي أكبر فسيتم استخدامه بدلاً من ذلك. يبلغ الحد الأقصى لERP في بث FM في الولايات المتحدة عادةً 100000 واط (FM Zone II) أو50،000 واط (في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية عمومًا I وIA) ، على الرغم من حتى القيود الدقيقة تختلف تبعًا لفئة الترخيص وازدياد الهوائي فوق متوسط التضاريس (HAAT). بعض المحطات كانت معفاة ، أوفي حالات نادرة جدًا ، أعطيت تنازل ، ويمكن حتى تتجاوز القيود العادية.

النقاط الخاصة بحزمة لأمواج الميكروية

بالنسبة لمعظم أنظمة الأمواج الميكروية ، يستخدم الهوائي المتماثل غير اتجاهي كلياً (والذي يشع) بشكل متساوٍ تمامًا في جميع اتجاه ، باستحالة مادية) كهوائي مرجعي ، ثم تم التحدث عن EIRP (القدرة المشعة الفعالة 'الخواص المشعة' ') بدلاً من ERP . يتضمن ذلك قمر صناعي مستجيب ، ورادار ، وأنظمة أخرى تستخدم أطباق الميكروويف والعاكسات بدلاً من الهوائيات ثنائية القطب.

النقاط الخاصة بانخفاض التردد

في حالة الموجة المتوسطة (AM) من المحطات في الولايات المتحدة ، يتم ضبط حدود القدرة على خرج قدرة المرسل العملي ، ولا يُستخدم ERP في الحسابات العادية. الهوائيات شاملة الاتجاهات المستخدمة من قبل عدد من المحطات تشع الإشارة على قدم المساواة في جميع الاتجاهات. تستخدم المصفوفات الاتجاهية لحماية محطات القنوات المشهجرة أوالمجاورة ، عادة في الليل ، لكن بعضها يعمل بشكل مباشر على مدار 24 ساعة. بينما تؤخذ كفاءة الهوائي والتوصيل الأرضي في الاعتبار عند تصميم مثل هذه المصفوفة ، تُظهر قاعدة بيانات لجنة الاتصالات الفيدرالية FCC قدرة خرج مرسل المحطة ، وليس ERP.

المصطلحات ذات الصلة

يمكن استعمال القدرة المشعة الفعالة أحادية القطب (EMRP) في أوروبا ، خاصة فيما يتعلق بهوائيات بث الموجة المتوسطة. هذا هونفس ERP ، باستثناء حتى هوائيًا رأسيًا قصيرًا (أي هوائي قصير أحادي القطب) يُستخدم كهوائي مرجعي بدلاً من نصف موجة ثنائي القطب.

HAAT

منطق رئيسي: الارتفاع فوق متوسط التضاريس

يعد الارتفاع فوق متوسط التضاريس في الموجات المترية (VHF) والترددات الأعلى أمرًا في غاية الأهمية عند النظر في (ERP) ، حيث تزداد تغطية الإشارة (مجموعة البث) الناتجة عن ERP المعين زيادة كبيرة مع ازدياد الهوائي. وبسبب هذا ، لا يمكن لمحطة لا يتجاوز تعدادها بضع مئات من واط ERP حتى تغطي مساحة أكبر من محطة من عدة آلاف من واط ERP ، إذا كانت الإشارة تنتقل فوق العوائق على الأرض.

للاستزادة

• Nominal power
• List of broadcast station classes

المراجع