EIRPを計算し、FCC、ETSI、およびISMの規制制限内にとどまる方法

EIRPが思っている以上に重要な理由

RF システムを設計し、優れたアンテナを選んだら、すべてがベンチで機能するようになりました。すると誰かがこう尋ねます。*「私たちは準拠していますか？」* そして突然、FCC Part 15.247 や ETSI EN 300 328 を調べて、自分の実効放射電力が合法かどうかを調べようとしているのです。

実際には、規制機関はトランスミッタの出力電力を単独では気にしません。自由空間に実際に何が放射されているかが気になります。つまり、PA出力とアンテナの遠方界の間のゲインと損失のあらゆるdBを考慮に入れるということです。そこでEIRPとERPの出番です。

それでは、数学を分解して実際の例を見ていき、コンプライアンスマージンをすばやく判断する方法、または使用できる最大アンテナゲインを算出する方法を示しましょう。

EIRP と ERP の違い:定義を明確にしましょう

これらの 2 つの用語は混同されがちで、混同すると 2.15 dB のマージンがかかる可能性があります。これは、限界に達したときには問題になります。

EIRP (実効等方性放射電力) とは、最大ゲインの方向で実際のアンテナと同じピーク電力密度を得るために、等方性アンテナから放射される必要のある総電力です。

「MATHBLOCK_0」

ERP (有効放射電力) は、等方性放熱器の代わりに半波長ダイポールを基準として使用します。ダイポールのゲインは 2.15 dBi なので、

「マスブロック_1」

または同等の方法で:

「マスブロック_2」

ここで、「MATHINLINE_7」(dBd) はダイポールに対するゲインです。ほとんどのデータシートはゲインを dBi 単位で指定しているため、通常は最初の形式の方が便利です。

キーポイント: FCC Part 15 の制限は EIRP (等方性を参照) で規定されていますが、古い規制や放送規格の中には ERP を使用しているものもあります。規制機関がどの基準を要求しているかを必ず確認してください。

実際に使用された例:FCC パート 15 に基づく 2.4 GHz Wi-Fi アクセスポイント

米国市場向けに 2.4 GHz アクセスポイントを設計しているとしましょう。FCC パート 15.247 では、2.4 GHz ISM 帯域の周波数ホッピングシステムおよびデジタル変調システムの最大 EIRP が「MATHINLINE_8」(4 W) に設定されています。

お使いのシステムは次のとおりです。

-送信電力: ラジオ IC 出力の「MATHINLINE_9」(100 mW) -ケーブルとコネクタの損失:「MATHINLINE_10」(ショートピグテール + U.FL コネクタ + SMA バルクヘッド) -アンテナゲイン:「MATHINLINE_11」(控えめなパネルアンテナ)

ステップ 1 — EIRP の計算:

「マスブロック_3」

ステップ 2 — ERP の計算:

「MATHBLOCK_4」

ステップ 3 — 規制マージンの決定:

「MATHBLOCK_5」

9.5 dB の余裕があるので、FCC の制限を十分に満たしています。そこは居心地が良い場所です。

ステップ 4 — アンテナゲインの最大許容値を求める:

限界まで高めたい場合 (ポイントツーポイントリンクなど)、合法的に使用できる最大のアンテナはどれですか?

「MATHBLOCK_6」

そのため、最大18.5 dBiのアンテナ（小さなディッシュパネルでも高ゲインのセクターパネルでも）を使用しても、コンプライアンスを維持できます。

さまざまな規制制度への対応

国際市場向けに設計する場合、興味深い点は次のとおりです。同じハードウェアでも、ある地域では合法でも、別の地域ではまったく準拠していない場合があります。

同じシステム (「MATHINLINE_12」、「MATHINLINE_13」、「MATHINLINE_14」、EIRP = 26.5 dBm) をさまざまな規制のもとで考えてみます。

\ * 同じ電力バジェットの仮説上の 433 MHz バージョンを仮定します。

ETSI コンプライアンスのためには、TX 電力を「MATHINLINE_15」に下げるか、「MATHINLINE_16」アンテナ (単純な PCB アンテナなど) に下げる必要があります。433 MHz の ISM 帯域では、「MATHINLINE_17」の最大アンテナ利得、あるいはもっと現実的に言えば、はるかに低い TX 電力を見ていることになります。

これはまさに、アンテナや RF フロントエンドアーキテクチャに着手する前に、設計の早い段階で行う必要がある分析です。認定ラボで制限値を 6 dB 超えていることに気付くのは、費用のかかる教訓です。

よくある落とし穴

ケーブルの損失を忘れることはあなたに有利に働きます。 送信機とアンテナの間の損失は、EIRPを低下させます。つまり、ケーブルの配線が長くなったり、コネクタが増えたりすると、実際には高ゲインのアンテナ用のスペースを確保できます。直感に反するように聞こえますが、これは正当な設計レバーです。受信感度も低下するので、避けられるのであれば、意図的に損失を追加しないでください。

dBi と dBi がわかりにくい「ゲインが 6 dB」のアンテナは、「MATHINLINE_18」や「MATHINLINE_19」(「MATHINLINE_20」) の場合があります。この 2.15 dB の差は、限界を超える可能性があります。必ず基準値を確認してください。 アンテナゲインの許容誤差は無視してください アンテナのデータシートに「MATHINLINE_21」と記載されている場合、最悪の場合の EIRP 計算では「MATHINLINE_22」を使用する必要があります。認証機関は最悪のケースで試験を行います。 TX 電力許容誤差は考慮されていません 同様に、無線の出力電力が温度によって「MATHINLINE_23」だけ変動する可能性がある場合は、上限値を使用してください。

試してみてください

コンプライアンスが危機に瀕しているときは、ナプキンの裏側でこの計算をしないでください。[EIRP/ERP 規制計算ツールを開く] (https://rftools.io/calculators/antenna/eirp-calculator/) で TX 電力、ケーブル損失、アンテナゲインを差し込むと、EIRP、ERP、規制マージン、FCC、ETSI、ISM の制限に対する最大許容アンテナゲインがすぐにわかります。これは、テストチャンバーの近くに着く前に RF チェーンの健全性をチェックする最速の方法です。