EIRPを理解する方法は？
等価等方放射電力（EIRP）の概念を紹介しました。これまで、これを使用して、10Wの出力電力で20dBiのゲインを持つ指向性アンテナから放射される100mの距離でのRF電力密度を計算しました。EIRPは60dBm（1kW）なので、逆二乗の法則1kW / 4pi100 ^ 2を使用すると、約7.9mW / m ^ 2になります。間違いがないかわからないので、間違っていたら訂正してください。でも、本当は正しかったという前提で、疑問が生じました。
EIRPが、（少なくとも後者でカバーされる領域で）指向性アンテナによって生成されるのと同じ信号強度をもたらす仮想の等方性放射体を表すと想定される場合、アンテナに近い電力密度を測定するとどうなりますか？上記と同じ計算を実行しますが、1mの場合、1kW / 4pi1 ^ 2になり、約79W / m ^ 2になります。さて、近接場放射やその他の状況の影響を無視すると、なぜ電力密度がそれほど高いのでしょうか。
これは私がゲインを本当に理解していないことの良い証拠だと思いますが、それは等方性ソースからのものと同じパワーであり、ビームに焦点を合わせただけではそれをカットしません。100％効率の等方性アンテナに1Wを入力すると、すべての方向で合計1Wの出力電力が得られると想定しています。これをポイント/小さな領域に集中させると、1Wにどんどん近づきますが、決してその上。私はどこが間違っていますか？
編集：答えがわかったので、誤解を明確にするのが賢明だと思います。上記の質問の混乱は、入力電力よりも高い電力密度を得ることができるという事実から生じています。もちろん、これは物理法則に違反しません。これは、より高いパワーではなく、m ^ 2よりも小さくなる領域であるため、密度が増加するためです。
回答
「指向性」アンテナを使用している場合、可能なすべての到着方向にゲインが関連付けられています。単純な問題を実行する場合、単一の値がゲインとして引用され、通常はアンテナのピークゲインであり、ターゲットがこの方向にあると想定されます。これは通常、ボアサイトです。
一般に、アンテナのゲインは通常、球面角度の関数です\$\theta\$および\$\phi\$、\$G(\theta,\phi)\$。前述のように、アンテナのゲイン\$G_0\$通常、ボアサイトで引用されます、または\$G(0,0) = G_0\$。
ゲインは、すべての方向に均等に電力を放射する等方性放射体と比較した場合、このアンテナが特定の方向に電力を集中するのにどれだけ優れているかを覚えておいてください。
距離での電力密度\$R\$送信電力のある放射アンテナから\$P_t\$とゲイン\$G\$ によって与えられます
$$S_r = \frac{P_tG}{4{\pi}R^2}$$
ここでは、方向があいまいです。私たちが知っているのは、ある一般的な方向から、アンテナのゲイン値が\であるということだけです。$G\$。
あなたの場合、電力密度の計算は正しいです
$$S_r = \frac{P_tG}{4{\pi}R^2} = \frac{10(100)}{4{\pi}(100)^2} = 7.95 \space \frac{mW}{m^2}$$
繰り返しますが、EIRPの値は正しいです。等方性ラジエーターで同じ結果を得たい場合は、\を設定する必要があります。$G = 1\$（または0 dB）。したがって、1kWまたは30dBの送信電力が必要です。
$$S_r = \frac{P_t}{4{\pi}R^2} = \frac{1000}{4{\pi}(100)^2} = 7.95 \space \frac{mW}{m^2}$$
つまり、低ゲインアンテナの場合、必要な距離で同じ電力密度を取得するには、送信電力を増やして補償する必要があります。
すでに計算したように、1kWの送信電力で1m離れた等方性ラジエーターは
$$S_r = \frac{1000}{4{\pi}(1)^2} = 79.5 \space \frac{W}{m^2}$$
あなたの誤解は、総送信電力が電力密度とどのように関係しているかにあると思います。1 kWを送信しますが、その電力はますます大きな球形領域に分散されます。これが、100mに対して1mの距離では電力が十分に分散されていないため、近づくにつれて電力密度が増加する理由です。これは、分母が半径\を持つ球の表面と見なすことができる上記の式によって明確に見られます。$R\$。
指向性アンテナを導入すると、アンテナが特定の方向により多くの電力を集中させるが、他の方向には集中しないため、送信電力の合計はすべての方向に不均等に分配されます。あなたの目標は、正確に指し示す必要があるという犠牲を払って、特定の場所にできるだけ多くの送信電力を供給することです。等方性のアンテナを使用すると、電力がより均等に分散されますが、同じ結果を得るには、入力電力をどれだけ増やす必要があるかをブーストする必要があります。
100％効率の等方性アンテナに1Wを入力すると、すべての方向で合計1Wの出力電力が得られると想定しています。これをポイント/小さな領域に集中させると、1Wにどんどん近づきますが、決してその上。私はどこが間違っていますか？
等方性アンテナでは、合計1ワットが全方向に分散されるため、1ワット全体を収集するには、受信アンテナが送信アンテナを完全に囲む必要があります。集束アンテナを使用すると、より小さな領域で収集できます。
したがって、1ワットを超えることは決してできないのは事実ですが、（理論的には、十分に狭いビームと十分に大きい受信アンテナを使用して）無限の距離でその1ワットを収集できます。このようにして、ボイジャー1号は、わずか22ワットの送信機電力で、220億キロメートル離れた場所から地球に信号を送り返すことができます。
放物面鏡または八木によってエネルギーが実際に集中している場合、メインローブのエネルギー密度は高くなりますが、ボアサイトから少し外れてモデル化（または測定）すると、エネルギー密度ははるかに低くなります。
あなたの例では--- 79ワット/平方メートル---ピークエネルギー密度は、水平軸と垂直軸の両方で、ボアサイトの周囲+ -10度または+ -20度にのみ存在します。
1メートルの距離では、+-10度はわずか+ -15センチメートルです。XとYの両方で、面積は（（2 * 15）*（2 * 15））または900 cm ^ 2ですが、1平方メートルあたり10,000 cm ^ 2です。
このエネルギーはどこから来るのですか？各軸で他の（360-（2 * 10））または340度を飢えさせることから。
これらの他の領域は、0.1ワット/メートル^ 2または0.01ワット/メートル^ 2になります。
一般に、オフボアサイトの応答は弱いほど良いです。特にRange ^ 4の問題で動作するレーダーシステムの場合、side_lobesにより妨害装置が問題になる可能性があります。