ボクにもわかる地上デジタル - 地デジ基礎編 - 電界強度の変換

              (作成:2004年04月)      地デジTopへ戻る
              (更新:2005年09月、他)

アンテナ実効長

  空間に電位差を生じさせることで、電圧に比例した電界が放射されます。
  この時、アンテナの軸に直角な方向に放射される電界強度[V/m]は以下の
  ようになり、電圧Ve[V]に対する電解の比例定数をアンテナ実効長le[m]と
  呼んでいます。

        (電界強度)E=(印加電圧)Ve/(実効長)le

                ダイポールアンテナの実効長 le=λ/π

  一方、開放端電圧Veと負荷端電圧Vtの関係(こちら)、及び、
  電力がV^2/Rで表せることから以下のようになります。

   有効電力P= Vt^2/R = Ve^2/4R = (Ele)^2/4R
                        ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄

電界強度から電圧への変換(1) dBuV/m→開放端dBuV

  電界強度と開放端電圧の関係式より、

    0dBuV/m → 20*log(le) dBuV
        = 20*log( 300/FREQ/PI() ) dBuV
                          (FREQ=周波数[MHz])
    FREQ=500MHzの時、

    0dBuV/m → 20*LOG( 300/500/PI() )
        = -14.4 dBuV


電界強度から電圧への変換(2) dBuV/m→負荷端dBuV

    FREQ=500MHzの時、

    0dBuV/m → 20*LOG( 300/500/PI()/2 )
        = -20.4 dBuV

電界強度から電力への変換 dBuV/m→dBm

  ダイポールアンテナで受けた場合のアンテナインピーダンスは、73.13Ω
  です。ここで有効電力Pの式より、

    0dBuV/m → 10*log((Ele)^2/4R*1000) [dBm]
        = 20*log( 300/FREQ/PI() ) - 10*log(4*73.13) -90[dBm]

                          (FREQ=周波数[MHz])
    FREQ=500MHzの時、

    0dBuV/m → 20*LOG( 300/500/PI() ) - 10*LOG(4*73.13) -90
        = -129.0 dBm

  となります。インピーダンス変換で電圧は変化しますが電力は変化しない
  ので、73Ωでも75Ωでも50Ωでも値は変化しません。

変換表

  以上の計算式を基に、使いやすい変換表を作成しました。

電界強度から電圧、電力への変換表
ダイポールアンテナ(2.14dBi)で受信した場合
電界強度 dBuV/m 0.0 20.4 14.4 129.0
負荷端電圧 dBuV -20.4 0.0 -6.0 108.6
開放端電圧 dBuV -14.4 6.0 0.0 114.7
電力 dBm -129.0 -108.6 -114.7 0.0

                            無断コピー禁止
計算表
電界強度 dBuV/m
負荷端電圧 dBuV
開放端電圧 dBuV
電力 dBm
条件:FREQ=MHz Gain=dBi
                            無断コピー禁止

微弱電波(微弱無線によるワンセグ再送信アンテナ)

  室内などの地上デジタル放送の電波が届かない場所で、ワンセグ等の受信を
  行いたい場合に、壁面のテレビコンセントにアンテナを接続して、受信する
  方法があります。しかし、この場合のアンテナは送信アンテナとして作用し
  てしまいますので、微弱な電波でなければなりません。(電波法違反になる)
  送信アンテナからの出力が微弱な場合は、微弱無線局として「免許無しに」
  電波を出力することが出来、そのレベルは送信アンテナから3mの距離で、
  35μV/mと定められています。ここで、微弱電波をダイポールアンテナ
  で受信した場合の電力変換を行うと、以下のようになります。

     微弱無線局の電界強度 = 35μV/m (規制値)
    微弱無線局の電力許容値 = 20*log(35)−129−6−5-10*log(13/6)
                = −112.5dBm (換算した上限値)

                   -129:電界強度→電力
                   −6:尖頭値→平均値
                   −5:1MHz測定時の補正値(規則)
                   13/6:1MHzあたりのセグメント数

  残念ながら、送信アンテナから3m離れた場所での電波強度−112.5dBm
  では、ワンセグ受信機であっても受信できない微弱な電力です。しかし、
  ワンセグ受信機を送信アンテナに近づけると受信する電波強度を高めること
  が出来ます。たとえば、1mの距離であれば、受信強度は−103dBmと
  なるので、ワンセグ受信機のアンテナを伸ばした状態であれば受信が可能に
  なります。(機種にもよります。)

  したがって、テレビコンセントと送信アンテナの間にアッテネーターを挿入
  して、受信距離が1mを超えないように調整することで、微弱な電波を送信
  することが出来るようになります。

  ┏━━━━━━━━┓ ┏━━━━━━┓ ▽・‥…‥・▽┏━━━━┓
  ┃テレビコンセント┠─┨アッテネータ┠─┘ 1m以内 └┨ワンセグ┃
  ┗━━━━━━━━┛ ┗━━━━━━┛送信      ┗━━━━┛
                    アンテナ

  送信出力を測定できる場合は、−80dBm以下の出力であれば、送信する
  ことが出来ます。
  (送信アンテナ、受信アンテナともにダイポールアンテナを使用し、これら
   の距離を3mとすると、電波損失は33.3dBとなります。)

    微弱無線局の出力許容値 = −112.5dBm+33.3dB (470MHz)
                ≒ −80dBm

  送信アンテナを接続する前に、
UHFチェッカーを使って、送信出力を確認
  しておきます。テレビコンセントから7波が出力されている場合の規制値は、
  以下のとおり、ボリューム(感度)を最大にした状態でLED点灯が3個以下
  でなければなりません。

    チェッカ7波入力時電圧 = -80+10*log(7×13)+108.6
                ≒ 49 dBuV
                → 3点灯以下(VOL=最大時)

  御注意
  全放送チャンネルが1mの距離で受信できないようにアッテネーターを調整
  してください。また、アンテナの向き、受信機の位置等によっては、例え、
  1m以下で受信できなかったとしても、電力許容値を超過している場合があ
  りますので、例えば、80cmや60cm程度の距離にした方が安全です。
  特に、USBタイプのワンセグチューナーの場合は、30cmの距離で受信
  できないように調整してください。

   ※ 上記情報は、電波法を十分に理解の上、自己責任で御利用ください。
   ※ 電波を送信する機器は無線局であり、電波法の規制を受けます。
   ※ 調整等を誤ると、周囲に迷惑をかけるだけでなく、違法行為となり、
     1年以下の懲役、または、100万円以下の罰金の対象となります。
   ※ 掲載情報に誤りがあったとしても、当方は何ら責任を負いません。

  室内ブースターや、屋根の上にブースターが設置されている場合、マンショ
  ンなどの共同受信設備や、CATVなどの場合は、電波法の規制を受けるの
  で、アッテネーターによる調整が必要です。しかし、何処にもブースターが
  設置されていない場合は、電波法の規制を受けないと解釈しています。

電波法などの規制

  前述のとおり、微弱無線局は3mの離距離における電波強度が35μV/m未満と
  定められています。デシベルに変換すると約30.88dBμV/mです。
  一方、国際規格CISPRや一般財団法人VCCI協会が定めるコンピュータ機器等
  が放射する妨害電波の強度は、上記と比較して緩く設定されています。
  例えばオフィス用の機器であれば1GHz〜3GHzについては最大76dBμV/mまで
  認められており、連続でも56dBμV/mの妨害波の放射を許容しています。

             56dBμV/m
            ┏━━━━┓
            ┃電子機器┃
       31dBμV/m ┃放射強度┃
      ┏━━━━┓┃(OA機器)┃
      ┃微弱電波┃┃    ┃
      ┃    ┃┃    ┃
      ┃    ┃┃    ┃

  これは、無線機器を取り扱う際の重要なポイントです。
  パソコンは56dBμV/mの妨害電波の放射しても良いのに、無線機は31dBμV/m
  までしか許容されておらず、しかも違反された場合は懲役刑が課せられると
  いう非常に厳しくなっているのです。
  一見、矛盾した規制のようにも感じられますが、無線機は電波を利用するた
  めに電波の放射を目的としている機器であるのに対し、コンピュータ機器は
  意図せずに電磁波が漏れているという、考え方に違いがあります。
  もしコンピュータ機器の規制を無線機と同レベルにしてしまうと、こういっ
  た機器の商用化が技術やコスト的に困難になり、かえって著しく社会へ悪影
  響をもたらしてしまいます。
  将来的には電波と同レベルの規制にすべきでしょうが、これも一つの電波の
  共用利用のあり方です。もちろんコンピュータ機器が許容されているからと
  言って自ら電波を利用する機器が本来あるべき規制値を緩和するということ
  にはなりません。

  ところでコンピュータ機器であっても、WiFiのような電波を送信する機能が
  含まれる場合は、無線機としての規制値を受けます。多くの場合は、無線機
  をミニPCIボード等のモジュールとして規制を満足させ、それをコンピュータ
  機器に組み込むことで、コンピュータ全体としては無線機としての規制を逃
  れようとします。
  ところが、コンピュータが妨害波を発することで、無線モジュールの通信性
  能が低下してしまうので、WiFi性能を発揮させるためには、妨害電波を低減
  させることが必要になるのです。これはコンピュータの製造メーカーによっ
  て大きく対応状況が異なります。価格だけを追求するメーカーと、品質や性
  能を重視するメーカーとの間で、内部の電磁波対策が大きく異なり、価格差
  が埋まらない要因の一つとなっていると思います。

関連ページ

  基礎編 - デシベル    デシベル[dB] 電力[dBm]
  基礎編 - デシベルの変換 開放端電圧 dBμV→dBm
  基礎編 - 公式と定数   光速 透磁率 誘電率 VSWR 反射係数

地デジTopへ戻る