11.1. Medición de la potencia (dBm; dBµV)
En muchos casos, las mediciones de sistemas de comunicación difieren considerablemente en lo que refiere el nivel de potencia. Por lo tanto, resulta útil indicar el nivel de potencia con una unidad logarítmica para evitar que los valores tengan un número inmanejable de zéros.
El SPECTRAN HF-2025E ya tiene un rango de medición de -80dBm hasta 0dBm. Ya que la amplificación se multiplica por diez cada 10 dB, seria necesario visualizar “valores medidos“ de 0 hasta 100.000.000, para poder mostrar todos los valores medibles. Estes números apenas serían representables y se tendría manejar números que siempre cambian muy rápidamente. Por eso, resulta considerablemente más práctico utilizar indicaciones logarítmicas en “dB“.
Ya que los logarítmos no tienen ningúna dimensión, las indicaciones logarítmicas de la potencia se refieren a una potencia de referencia, lo que quiere decir que se cree una relación de potencia. Como unidad de referencia en el área de telecomunicaciones, se usa normalmente la unidad 1mW o 1µV. Los niveles de potencia logarítmicos se indican así en dB milivatios (dBm) o dB microvoltios (dBµV).
11.2. Intensidad de campo (V/m; A/m) y densidad de potencia (W/m²)
Cuando las señales no se inyectan directamente sino a través de una antena, generalmente se quiere medir la intensidad de campo o bien la densidad de potencia en vez de la potencia. En el campo de técnica de medición profesional, normalemente sólo se mide la intensidad de campo eléctrico “manejable“ con la unidad V/m. Esta unidad también evite un número inmanejable de cifras en la pantalla. Por lo contrario, los medidores de banda ancha baratos por ejem. sólo miden la densidad de potencia (normalmente en µW/m²) en muchos casos. Eso es más o menos lo mismo que indicar las distancias en carreteras en mm: Francfort a Munich = 400.000.000 mm.
Por eso, el Spectran no sólo permite visualizar los valores medidos en µW/m² o otras "unidades gigantes" sino ofrece una llamada función Autorange práctica.
Para la indicación en W/m², se utiliza uno de los prefijos f, p, n, µ o m que se inserta por delante de la unidad W/m² para evitar la visualización de un número de cifras (véase capítulo 8.7.).
11.3. Unas fórmulas útiles de la tecnica de medición de alta frecuencia
En las publicaciones se cambia frecuentemente entre las diferentes unidades de medida. Esto puede provocar confusión.
El SPECTRAN permite convertir los valores medidos en las unidades de medición más usadas y de mostrárlas directamente en la pantalla. Además, encontrará algunas tablas en el capítulo 12.1. de este manual que permiten comparar las unidades y convertir los valores medidos.
La densidad de potencia de los campos de alta frecuencia se mide en W/m² (Europa) o W/cm² (EEUU) entre otros. La conversión resulta bastante fácil: 1µW/cm² = 0,01 W/m² = 0,001 mW/cm² o bien
10 µW/cm² = 0,1 W/m² =0,01 mW/cm² etc. (tabla 2)
A veces, los valores se indican también en dBm/m² y dBW/m², pero más raramente.
Aquí tambien, la conversión resulta bastante fácil: 1µW/cm² = 10dBm/m² = -20 dBW/m² o
10µW/cm² = 20 dBm/m² = -10 dBW/m² etc.
La unidad más practicable que se usa en la mayoría de los casos es la unidad V/m (véase tabla 3). Aquí, se debe saber que la densidad de potencia S (que se mide en W/m²) realmente está compuesta por dos diferentes tipos de campo. El campo eléctrico E (medido en V/m) y el campo magnético H (medido en A/m). Ya que con la radiación de alta frecuencia, los dos tipos de campo no existen independientemente entre sí, su indicación no es interesante para la medidas de las cargas de alta frecuencia. Pero esto sólo se aplica fuera de una cierta área cercana. En el párrafo siguiente explicaremos como se calculo está área cercana así como la proporción que hay entre los dos tipos de campo.
La densidad de potencia S (también llamada campo electromagnético o densidad de radiación): 𝑆 𝑤 𝑚! = 𝐸 𝑉 𝑚 ∗ 𝐻 𝐴 𝑚
Cuando no se conoce H, es posible calcular la densidad de potencia S mediante la siguiente fórmula, donde 377 ohmios es la llamada “impedancia de onda".
Cuando no se conoce E por lo contrario, se puede calcular S como sigue:
𝑆 𝑤
𝑚! = 𝐻²
𝐴
𝑚 ∗ 377 𝛺
Si usted quiere medir la intensidad de campo eléctrico E, puede usar la siguiente fórmula:
𝐸 𝑉
𝑚 = 𝑆
𝑤
𝑚² ∗ 377 𝛺
Para el campo H se aplica:
𝐻 𝐴 𝑚 =
𝑆 !²! 377 𝛺
11.4. Cálculo de la longitud de onda en [m]
La longitud de onda se cacula según la siguiente fórmula:
λ =
!!Aquí, c corresponde a la velocidad de la luz en !
! (en este ejem. con el valor rondeado de 300.000km/s), f es la frecuencia del emisor en Hz y λ es la longitud de onda en 𝑚 . Ejemplos:
λ =
!"" !!! !!! ! ! !"" !!! !!! !"= 0,33 m
Para la frecuencia 900 MHz, obtener un longitud de onda de 0,33 m.
λ =
!"" !!! !!!! !
! !"" !!! !!! !"
= 0,17 m
λ =
!"" !!! !!!! !
! !!! !!! !!! !"
= 0,15 m
Para 2 GHz, obtenemos un valor de 0,15 m.Encontrará más información sobre la longitud de onda en la tabla 5. 11.5. Cálculo del “área cercana“ en [m]
Si usted quiere realizar una medición, debe encontrárse fuera de una cierta área cercana del emisor. Esta área depende de la frecuencia del emisor. Mediante la fórmula presentada anteriormente, esta área cercana puede ser determinada muy rápidamente. Sólo se necesita multiplicar por el factor diez la longitud de onda calculada (en algunas fuentes sólo se toma el factor 3). El resultado es el área cercana, a saber la distancia mínima al emisor para obtener valores reales.
Ejemplo: Para un móvil de “900MHz“, se obtiene una longitud de onda de :
λ =
!"" !!! !!!! !
!"" !!! !!! !"
= 0,33 m
Así, el área cercana se calcula como sigue 0,33 m * 10 = 3,3 m.
Aquí, se ve que una medición directamente en un móvil de 900MHz tendrá como resultado falsos valores de medición.
Dentro del área cercana, sería necesario medir separadamente los campos E y H. Fuera de esta área, ambos tipos de campo están acoplados entre sí, de modo que es suficiente conocer una de las intensidades de campo para poder inferir la otra.
11.6. Cálcula de la densidad de potencia [W/m²] a partir de la potencia [dBm]
Sólo cuando se conoce la frecuencia del emisor, es posible convertir dBm en W/m². Además, es necesario conocer la ganancia de la antena receptora usada. Se usa la siguiente fórmula:
𝑆 = !" !!"!!,! !" !""" ∗ !∗ ! !,!"#$%² = !,!!!!"#"$ !""" * !",!"" !,!""# = 0,00000408 W/m² = 4,08 µW/m²
12. Tablas y Valores límite