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RF 電力密度計算ツール

EIRP と距離から RF 電力密度 (W/m²)、電界強度 (V/m)、および磁界強度 (A/m) を計算します。EMF ばく露や安全性解析に役立ちます。

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公式

S=EIRP4πd2,E=S⋅ηS = \frac{EIRP}{4\pi d^2}, \quad E = \sqrt{S \cdot \eta}
S— 電力密度 (W/m²)
EIRP— 等価等方放射電力 (W)
d— アンテナからの距離 (m)
E— 電界強度 (V/m)
η— 自由空間波インピーダンス (~377Ω) (Ω)

仕組み

RF電力密度は、放射源から特定の距離における電磁界強度を測定します。EMCのエンジニア、安全コンプライアンス担当者、アンテナ・システム設計者は、このパラメータを使用して規制上の曝露制限を確認し、電界強度を計算します。電力密度 S = EIRP/(4 pi d^2) は逆二乗の法則に従い、IEEE C95.1-2019およびFCC OET速報65に従ってW/m^2またはmW/cm^2で表されます。

1 W (30 dBm) の等方性電源から 1 メートル離れたところでの電力密度は 0.08 mW/cm^2 (0.8 W/m^2) です。電界 E = 平方メートル (S * 377) ここで 377 オームは自由空間のインピーダンス、磁界 H = E/377。2.4 GHzでの制御されていない（公衆）曝露に対するFCCの制限は1.0mW/cm^2ですが、職業上の制限は5.0mW/cm^2です。2.4GHzの36dBm（4W）EIRP WiFiアクセスポイントは、11cmの距離で公共の制限に達します。

近傍界効果では、アンテナの約 2*D^2/Lambda (D = 最大次元) 以内の計算が複雑になります。ITU-T K.52とIEEE C95.1は、リアクティブフィールドが優勢で電力密度が重要でない場合に近接場評価を行うための方法を提供します。この距離を超えると遠方界近似 (平面波) が適用され、S は 1/r^2 ほど減少します。

計算例

問題：送信電力が 43 dBm（20 W）、ゲインが 1900 MHz で 18 dBi のセルラー基地局セクターアンテナの RF 安全コンプライアンス距離を求めます。

FCC OET 速報第65号に基づく解決策： 1.EIRP の計算:43 + 18 = 16 dBm = 1259 W 2.1900 MHzでのFCCの公衆曝露限度:f/1500 = 1.27 mW/cm^2 = 12.7 W/m^2 3.コンプライアンス距離を求めると次のようになります。S = EIRP/ (4*pi*d^2) d = sqrt (EIRP/ (4*pi*s)) = sqrt (1259/ (4*pi*12.7)) = 2.81 m (軸上) 4.アンテナパターンを考慮してください。セクターアンテナの水平ビーム幅は 65 度です。 -軸上:2.81 m 除外ゾーン -軸外45度 (通常は -6 dB): 距離が 2.81/平方メートル (4) = 1.41 m に短縮 5.ニアフィールド境界:2*d^2/ラムダ = 2* (0.5) ^2/0.158 = 3.2 m コンプライアンス距離 (2.81 m) は近傍界内です。正確な評価には IEEE C95.1 近接場法を使用してください 6.職業制限 (5 倍高い): 軸上 1.26 m — タワー作業員はメンテナンス中もこの距離を維持する必要があります

3 m における電界:E = 平方メートル (12.7 × 377) = 69 V/m (上限が 61.4 V/m 未満では 4 m の距離が必要)

実践的なヒント

  • ✓制御対象 (職業) および制御されていない (公共) 暴露限度の両方の安全距離を計算 — FCCの管理下限度は5倍高く、トレーニングを受けることで作業者の距離を縮めることができます
  • ✓アンテナアレイの場合、寄与するすべての素子からのEIRPを合計すると、異なる方向を指す4つの36 dBmセクターを組み合わせると、地上レベルでの合計露出量は42 dBmになります。
  • ✓RFサーベイメーター（IEEE C95.3に従って校正済み）を使用して、計算されたコンプライアンス距離を現場で検証します。建物や地面からの反射により、局所的な電界強度が3〜6 dB増加する可能性があります

よくある間違い

  • ✗計算前にdBmをリニアワットに変換し忘れると、30dBmは30Wではなく1W、変換に失敗すると電力密度の計算で30倍の誤差が生じる
  • ✗アンテナの2*D^2/Lambda以内の近傍界領域で遠方界式を使用すると、無効磁界が支配的になり、電力密度の式では実際の露出量を最大6dB過小評価します。
  • ✗アンテナの指向性パターンを無視すると、軸上の電力密度は等方性仮定のゲイン倍になります。20 dBiのアンテナでは、メインビームに100倍の電力が集中します
  • ✗電力密度と間違った周波数制限値の比較 — FCCの制限値は周波数によって異なります。制御されていない露出では、30〜300 MHzで0.2 mW/cm^2、1500〜100,000MHzで1.0 mW/cm^2

よくある質問

等価等方性放射電力 = 送信電力+アンテナゲイン (単位:dB)。EIRP は、等方性アンテナが実際の指向性アンテナと同じピーク電界強度を得るために必要な電力を表します。規制上の目的（FCC、ETSI）では、EIRP はスペクトル放射制限値と RF 被曝コンプライアンス距離の両方を決定します。20 dBi アンテナを搭載した 1 W のトランスミッタは 100 W の EIRP を生成します。これは、軸上の 100 W 等方性光源と同等の電界強度です。
FCC OET-65は、2つの露出層を定義しています。非制御（一般公開）：1500MHz以上で1.0mW/cm^2、それ以下のf/1500でスケーリングします。住宅地、公共スペース、意識のない人に適用されます。管理対象 (職業): 1500 MHz以上で5.0 mW/cm^2 — 作業者は RF ハザードに関するトレーニングを受けており、曝露時間を制限できるため、5 倍高くなります。ICNIRPのガイドラインも同様ですが、使用する周波数ブレークポイントが異なります。平均時間が 30 分 (制御なし) または 6 分 (制御なし) を超えると、制限を超える短時間のエクスカーションが可能になります。
標準的な 2.4 GHz AP: 20 dBm (100 mW) の電力、5 dBi アンテナ = 25 dBi (316 mW) の EIRP。FCC の制限:1.0 mW/cm^2。安全距離:d = 平方メートル (0.316/ (4*pi*0.001)) = 1.6 cm。実際には、20 cm での露出は制限値を 0.006 mW/cm^2 — 167 倍下回っています。許容される最大値が 36 dBm の EIRP（4 W）で、安全距離は 11 cm です。WiFi AP を通常の設置距離（2 メートル以上）に配置すると、露出は制限の 0.01% 未満になります。WiFi の健康への影響に関する懸念は、露出分析では裏付けられていません。
自由空間 (ファーフィールド) では、E = sqrt (S * 377) V/m。ここで、S は W/m^2 単位の電力密度、377 オームは自由空間インピーダンスです。例:S = 1 mW/cm^2 = 10 W/m^2 の出力は E = sqrt (10 * 377) = 61.4 V/m。磁場 H = E/377 = 0.163 A/m。安全コンプライアンスのため、一部の規制では、電力密度ではなく電界制限 (FCCの公衆曝露では1500+ MHzで61.4 V/m) が指定されています。これらはS = E^2/377と同等です。
5G ミリ波（24-39 GHz）には、大気吸収率が高い（24 GHzで0.5 dB/km、2 GHzで0.01 dB/km）、皮膚への浸透が浅い（30 GHzで1 mm未満、900 MHzで22 mm）、ビームが狭くなるなど、さまざまな露出特性があります。30 GHz での FCC の制限値:1.0 mW/cm^2 (低周波数と同じ)。ビームフォーミングにより、露出は動的に変化します。IEEE C95.1-2019では、ミリ波周波数で4 cm^2を超える空間平均化が規定されています。< 1% of limits at user distances (>研究によると、一般的な 5G の露出は電話アンテナから 10 cm 離れていることが示されています）。

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