Cómo calcular el EIRP y mantenerse dentro de los límites reglamentarios de la FCC, el ETSI y el ISM

Por qué el EIRP es más importante de lo que cree

Ha diseñado su sistema de radiofrecuencia, ha elegido una buena antena y todo funciona a la perfección. Entonces alguien pregunta: * «¿Cumplimos con las normas?» * Y de repente estás indagando en la parte 15.247 de la FCC o en la norma ETSI EN 300 328 intentando averiguar si tu potencia radiada efectiva es legal.

La realidad es que los organismos reguladores no se preocupan por la potencia de salida de su transmisor de forma aislada. Se preocupan por lo que realmente se irradia al espacio libre, y eso significa tener en cuenta cada dB de ganancia y pérdida entre la salida de PA y el campo lejano de la antena. Ahí es donde entran en juego el EIRP y el ERP.

Analicemos los cálculos matemáticos, veamos un ejemplo real y le mostremos cómo determinar rápidamente su margen de cumplimiento o calcular la ganancia máxima de antena que puede usar.

EIRP frente a ERP: aclarar las definiciones

Estos dos términos suelen confundirse y mezclarlos puede costarle un margen de 2,15 dB, lo que es importante cuando se está en el límite.

EIRP (potencia radiada isotrópica efectiva) es la potencia total que necesitaría irradiar una antena isótropa para producir la misma densidad de potencia máxima que la antena real en la dirección de máxima ganancia:El ERP (potencia radiada efectiva) utiliza un dipolo de media onda como referencia en lugar de un radiador isótropo. Dado que un dipolo tiene una ganancia de 2,15 dBi:O de forma equivalente:donde$G_{antenna}$en dBd es la ganancia relativa a un dipolo. La mayoría de las hojas de datos especifican la ganancia en dBi, por lo que la primera forma suele ser más cómoda. Punto clave: Los límites de la Parte 15 de la FCC se especifican en el EIRP (con referencia a isótropo), mientras que algunos reglamentos y estándares de transmisión más antiguos utilizan el ERP. Compruebe siempre qué referencia requiere su organismo regulador.

Un ejemplo práctico: punto de acceso Wi-Fi de 2,4 GHz según la sección 15 de la FCC

Supongamos que está diseñando un punto de acceso de 2,4 GHz para el mercado estadounidense. El artículo 15.247 de la FCC permite un EIRP máximo de$36 \text{ dBm}$(4 W) para sistemas con saltos de frecuencia y modulados digitalmente en la banda ISM de 2,4 GHz.

Este es su sistema:

• Potencia TX: $20 \text{ dBm}$(100 mW) en la salida IC de la radio
• Pérdidas de cable y conector: $2.5 \text{ dB}$(conector en espiral corto, conector U.FL y mamparo SMA)
• Ganancia de antena: $9 \text{ dBi}$(una modesta antena de panel)

Paso 1: calcular el EIRP: Paso 2: Calcular el ERP: Paso 3: Determinar el margen regulatorio: Estás dentro del límite de la FCC, con 9,5 dB de sobra. Es un lugar cómodo en el que estar. Paso 4: encuentre la ganancia de antena máxima permitida:

Si quisieras llegar al límite (por ejemplo, para un enlace punto a punto), ¿cuál es la antena más grande que podrías usar legalmente?

Por lo tanto, puede utilizar una antena de hasta 18,5 dBi (una antena parabólica pequeña o un panel sectorial de alta ganancia) y seguir cumpliendo con la normativa.

Cómo navegar por diferentes regímenes regulatorios

Aquí es donde las cosas se ponen interesantes si estás diseñando para los mercados internacionales. El mismo hardware puede ser legal en una región y totalmente incompatible en otra.

Considere el mismo sistema ($P_{TX} = 20 \text{ dBm}$,$L_{cable} = 2.5 \text{ dB}$,$G = 9 \text{ dBi}$, EIRP = 26,5 dBm) con diferentes normativas:

\ * Suponiendo una versión hipotética de 433 MHz con el mismo presupuesto de potencia.

Para cumplir con la ETSI, tendrías que reducir la potencia TX a$13.5 \text{ dBm}$o usar una antena$2.5 \text{ dBi}$(como una simple antena de PCB). Para la banda ISM de 433 MHz, lo que buscas es una ganancia máxima de antena de$7.5 \text{ dBi}$o, siendo más realistas, una potencia TX mucho menor.

Este es exactamente el tipo de análisis que hay que realizar al principio de un diseño, antes de decidirse por una arquitectura frontal de antena o RF. Descubrir que estás 6 dB por encima del límite en el laboratorio de certificación es una lección cara.

Dificultades comunes

Olvidar la pérdida del cable juega a tu favor. Las pérdidas entre el transmisor y la antena reducen tu EIRP. Esto significa que los tendidos de cable más largos o los conectores adicionales ofrecen espacio para una antena de mayor ganancia. Suena contradictorio, pero es una palanca de diseño legítima: no añadas pérdidas a propósito si puedes evitarlas, ya que también degrada la sensibilidad de la recepción.

Confunde dBi y dB. Una antena con «ganancia de 6 dB» podría ser$6 \text{ dBi}$o$6 \text{ dBd}$($= 8.15 \text{ dBi}$). Esa diferencia de 2,15 dB puede llevarte a sobrepasar un límite. Confirme siempre la referencia. Ignorar las tolerancias de ganancia de la antena. Si la hoja de datos de la antena dice$9 \pm 1 \text{ dBi}$, el cálculo del EIRP más desfavorable debería utilizar$10 \text{ dBi}$. Los organismos de certificación evalúan el peor de los casos. Sin tener en cuenta la tolerancia de potencia TX. Del mismo modo, si la potencia de salida de la radio puede variar en$\pm 1.5 \text{ dB}$con respecto a la temperatura, utilice el límite superior.

Pruébalo

No hagas estos cálculos en el dorso de una servilleta cuando el cumplimiento esté en juego. [Abra la calculadora reguladora del EIRP y el ERP] (https://rftools.io/calculators/antenna/eirp-calculator/) para conectar la alimentación TX, las pérdidas de cable y la ganancia de antena, y ver al instante su EIRP, su ERP, el margen reglamentario y la ganancia de antena máxima permitida para los límites de la FCC, el ETSI y el ISM. Es la forma más rápida de comprobar el estado de su cadena de radiofrecuencia antes de acercarse a una cámara de pruebas.