Hallo zusammen,
ich bin im Zusammenhang mit Antennemessung auf die Einheit [dB µV/m/MHz]
gestoßen und habe etwas Verständnisprobleme was das MHz jetzt soll.
Die Einheit für die elektrische Feldstärke [dB µV/m] ist mir klar.
Worauf bezieht sich jetzt die MHz.
Zudem wird in dem Artikel einfach [dB µV/m/Hz]in [dB µV/m/MHz]
umgerechnet indem man 60dB addiert. Es handelt sich doch aber um
Spannungen und es müssten 120 dB sein also (20 *log(1*10E6))
Wäre über Hilfe, Links und Antworten dankbar.
Martin schrieb:> Zudem wird in dem Artikel einfach [dB µV/m/Hz]in [dB µV/m/MHz]> umgerechnet indem man 60dB addiert. Es handelt sich doch aber um> Spannungen und es müssten 120 dB sein also (20 *log(1*10E6))
Wie kommst du drauf?
Das "/Hz" bzw. "/MHz" beschreibt eine spektrale Dichte, d.h. die
Feldstärke folgt aus der Integration über einen Frequenzbereich.
Mega bedeutet 10^6, d.h. bei gegebener Rauschleistungsdichte, entspricht
das dem 6-Fachen 10er-Logarithmus der Leistung oder eben 60dB.
Wie kommst du auf 120dB?
Martin schrieb:> Zudem wird in dem Artikel einfach [dB µV/m/Hz]in [dB µV/m/MHz]> umgerechnet indem man 60dB addiert. Es handelt sich doch aber um> Spannungen und es müssten 120 dB sein also (20 *log(1*10E6))
Nein, weil sich die Amplituden der Spannungen nur mit der Wurzel
addieren, also zwei unkorrelierte Signale gleicher Ampitude
zusammengezählt gibt die doppelte Energie, aber nur sqrt(2) mal die
Spannung. Dann passt es wieder, dass das "verdoppeln der Signalstärke"
+3 dB entspricht. Das zumindest unter der Annahme, dass sich deine etwas
verwirrend formulierte Frage auf dieses Problem bezieht.
dBµV wird ohne Leerzeichen geschrieben und bildet eine eigenständige
Einheit, nämlich eine (absolute) Spannung, dBµV/m analog eine absolute
Feldstärke. Eine Umrechnung z. B. in dBV oder dBV/m würde das
quadratische Verhalten schon berücksichtigen. Für die hier angegebene
Einheit existiert aber keine physikalische Bedeutung. Feldstärke pro
Frequenz macht nicht wirklich Sinn. Es ist eine rein mathematisch
verwendete Kunsteinheit zur Bestimmung eines Frequenzgangs im Bereich
EMV. Es müssten dann noch Bandgrenzen angegeben werden, zwischen denen
der Kurvenverlauf (ggf. ein Feldstärkelimit zum Personenschutz) gebildet
wird. In diesem Fall darf bei höherer Frequenz die zulässige Feldstärke
linear ansteigen. Wie gesagt, nur innerhalb eines Frequenzbereiches. Im
Anschluss nach unten und oben können auch lineare Grenzwerte folgen. Auf
diese Weise werden im logarithmischen Maßstab Polygonzüge entwickelt,
die irgendwie wieder Sinn ergeben - zumindest angenähert.
dfIas schrieb:> Für die hier angegebene> Einheit existiert aber keine physikalische Bedeutung.
Hö, wieso? Die physikalische Bedeutung ist die Dichte der Feldstärke in
Abhängigkeit von der Frequenz. Ein Haufen physikalischer Größen sind
Dichten ...
Wo ist jetzt die Grenzlinie von "hat physikalische Bedeutung", nach der
"Feldstärke" eine physikalische Bedeutung hat und "Dichte der
Feldstärke" plötzlich nicht mehr?
Ich sehe gerade, dass es um Antennenmessung geht. Steht denn das dB dort
tatsächlich getrennt vom µV/m/MHz? Ansonsten hätte ich auch dort ein
dBµV als absoluten Spannungswert erwartet. Das MHz unterscheidet vom Hz
dann um den Faktor 10^6 - halt das M.
Hat mit den EMV-Specs. dann vermutlich nichts zu tun, obwohl ich von
dort diese Einheit pro Frequenz kenne.
Sven B. schrieb:> dfIas schrieb:> Hö, wieso? Die physikalische Bedeutung ist die Dichte der Feldstärke in> Abhängigkeit von der Frequenz. Ein Haufen physikalischer Größen sind> Dichten ...
Hmm, eine Leistungsdichte macht aber eher Sinn, halt weil die Spannung
quadratisch eingeht. Da wären wir bei dem Ausgangsproblem.
Sven B. schrieb:> Hö, wieso? Die physikalische Bedeutung ist die Dichte der Feldstärke in> Abhängigkeit von der Frequenz. Ein Haufen physikalischer Größen sind> Dichten ...
Das stimmt imho, ebenso wie ich auch deine obige Erklärung für die 60dB
(statt 120dB) für richtig halte. Allerdings sollte imho dann
folgerichtig auch die "spektrale Feldstärkedichte" in db µV/m/Hz^0,5
angegeben sein.
Die Angabe in diesem Link
https://earth.esa.int/web/eoportal/satellite-missions/i/isee
könnte man so interpretieren. Auch z.B. Rauschspannungsdichten bei OPVs
werden in nV/Wurzel(Hz) angegeben.
Es wäre tatsächlich nett, wenn der TO verraten würde, welchen Aufsatz er
gelesen hat.
dfIas schrieb:> dBµV wird ohne Leerzeichen geschrieben und bildet eine eigenständige> Einheit, nämlich eine (absolute) Spannung, dBµV/m analog eine absolute> Feldstärke. Eine Umrechnung z. B. in dBV oder dBV/m würde das> quadratische Verhalten schon berücksichtigen.
Die dafür relevante DIN 5493 meint dazu, dass dBµV/m eine falsche
Schreibweise ist und dBµV als Synonym für dB erlaubt ist (nicht als
eigene Einheit). Die bevorzugte Schreibweise wäre danach, die Bezugsröße
als Index ans L zu hängen (nicht an die Einheit dB). Erlaubt ist nach
Norm auch die Schreibweise dB (µV/m) - aber mit Leerzeichen zwischen dB
und der Klammer. Aber ich gebe dir Recht, dass da viele, nicht
Norm-konforme Schreibweisen in der Welt unterwegs sind.
Ja, mit "db µV/m/Hz^0,5" würde ich auch mitgehen. Das ganze Problem mit
diesen dB-Ausdrücken ist nur, dass in Kopplung mit egal was für einer
weiteren Einheit auch immer, sich neue absolute Größen ergeben und sie
bei der Verhältnisbildung (rechnerisch Differenzenbildung) auf ein
nacktes dB zurückfallen. Hier werden oft falsche Angaben, wie "um 20
dBµV verringert statt um 20 dB verringert", gemacht.
Als Kunsteinheit (ich bleibe mal bei diesem Ausdruck) machte aber ein
dBµV/m/MHz schon Sinn, z. B. bei der Beschreibung des Frequenzverhaltens
einer Antenne mit einer gewissen Messanordnung. Hier müsste nur ein
Gültigkeitsfrequenzbereich mit angegeben sein. Und es wäre irgendwie
auch keine Feldstärkedichte, da wir hier bestimmt kein unbestimmtes
Integral anwenden können.
Achim S. schrieb:> Allerdings sollte imho dann> folgerichtig auch die "spektrale Feldstärkedichte" in db µV/m/Hz^0,5> angegeben sein.
Das ist natürlich absolut richtig, das habe ich übersehen.
Sven B. schrieb:> Allerdings sollte imho dann folgerichtig auch die "spektrale> Feldstärkedichte" in db µV/m/Hz^0,5 angegeben sein.
Nein. Sobald man mit dB zu tun hat rechnet man automatisch implizit mit
Leistungen bzw Leistungsvergleiche.
dBµV/m/Hz heisst ganz einfach 1µV/m bei 1 Hz Bandbreite die
Referenzgrösse darstellt (0dB).
wenn du nun die Bandbreite verdoppelst sind das 3dB mehr, wenn du die
Feldstärke verdoppelst 6dB mehr usw.
Danke erstmal an alle Antworten, ich glaube so langsam habe ich ein
Verständis dafür entwickelt.
dBµV/m => elektrische Feldstärke (rein physikalische Größe)
dBµV/m/Hz => elektrische Feldstärke bei 1Hz Bandbreite.
Ehr gebräulich bei EMV Anforderungen insbesondere wenn
man bedenkt, dass man mit einem Spektrum Analysator
die Feldstärke misst und dabei natürlich eine gewisse
Bandbreite einstellt.
Mit der /Hz Angabe stellt man dann sicher, dass man den
gemessenen Wert normieren kann.
Bsp.
Anforderung E = 50 dBµV/m/Hz (für den Bereich 250 MHz -300 MHz)
Messung mit Spectrum Analyser ergibt z.B. eine Feldstärke E= 70 dBµV/m
bei einer RBW=1MHz
Man hat das Limit jetzt aber nicht überschritten sondern muss den
Messwert noch normieren (10*log(10^6)=60dB)
=> E=10 dBµV/m/Hz
GHz-Nerd schrieb:> dBµV/m/Hz heisst ganz einfach 1µV/m bei 1 Hz Bandbreite die> Referenzgrösse darstellt (0dB).
Du meinst also im Endeffekt, die Division /m in der Einheit der
Bezugsgröße ist eine "wirkliche" Division: man kann die Feldstärke mit
einer Länge in Meter multiplizieren und erhält eine Spannung.
Aber die Division /Hz ist dabei nur eine symbolische Angabe: man darf
den Wert nicht mit der Bandbreite in Hz multiplizieren. Sondern man
"weiß" einfach, dass die Bandbreite nur in der Wurzel eingeht,
multipliziert mit dem richtigen (Wurzel)Wert und ignoriert, dass die
Einheiten dabei nicht aufgehen.
Das finde ich eine recht willkürliche Festlegung. Klar gibt die Rechnung
so den richtigne Zahlenwert (weil es grade so zurecht gelegt wurde).
Aber ich bleibe dabei, dass bei dieser Interpretation der physikalischen
Größe die Einheit µV/m/Hz^0,5 angemessen wäre. Damit geht die Rechnung
vollstänig auf - mit korrektem Zahlenwert und korrekter Einheit, ganz
ohne irgendwelche impliziten Annahmen, dass die Division /Hz nicht
"wörtlich zu nehmen" ist.
Martin schrieb:> ich glaube so langsam habe ich ein> Verständis dafür entwickelt.
Es würde die Diskussion ausgesprochen bereichern, wenn du doch endlich
verraten würdest, in welchem Zusammenhang du auf diese Einheit gestoßen
bist. Wenn du den Artikel nicht verlinken oder hochladen kannst, dann
sollte zumindest eine Aussage möglich sein, um was es in dem Artikel
geht und für welche physikalische Größe diese Einheit verwendet wurde.
Achim S. schrieb:> Aber die Division /Hz ist dabei nur eine symbolische Angabe: man darf> den Wert nicht mit der Bandbreite in Hz multiplizieren. Sondern man> "weiß" einfach, dass die Bandbreite nur in der Wurzel eingeht,> multipliziert mit dem richtigen (Wurzel)Wert und ignoriert, dass die> Einheiten dabei nicht aufgehen.
Nicht ganz... da es bei dB um Leistungen geht, ist /Hz schon richtig.
Doppelte Bandbreite = doppelte Leistung.
Es ist vielmehr beim V/m Teil so, dass man wissen muss, dass die
Leistung quadratisch mit der Feldstärke eingeht. Dh doppelte Feldstärke
= vierfache Leistung.
Bevor man mit dB rechnet muss man grundsätzlich alles in
Leistungsgrössen umrechnen. Ganz am Schluss kannst du dies dann wieder
nicht leistungsproportionale Grössen (wie zb die Spannung) umrechnen.
GHz-Nerd schrieb:> da es bei dB um Leistungen geht, ist /Hz
da steht aber nicht "Leistung pro Hz" sondern "Feldstärke pro Hz". Und
beim Umrechnen vom einen zum anderen wird quadriert. Deswegen würde aus
dem /Hz^0,5 bei der Feldstärke ein /Hz bei der Leistung werden - genau
wie es bei der Leistung dann sein muss. Ohne irgendwelche impliziten
Annahmen geht die Rechnung auch für die Einheit perfekt auf.
GHz-Nerd schrieb:> Bevor man mit dB rechnet muss man grundsätzlich alles in> Leistungsgrössen umrechnen.
Selbst da bin ich leider nicht deiner Meinung. Ich verstehe gut, woher
diese Ansicht kommt. Und dass sie weit verbreitet ist. Und dass die
Vorsilbe "dezi" beim dezibel halt zum Faktor 10 (bei der Leistungsgröße)
passt aber nicht zum Faktor 20 (bei der Feldgröße).
Aber ich persönlich halte mich bei der Interpretation des dB an das, was
in den offiziellen Übereinkünften (nationale und internationale Normen)
vereinbart ist. Dort wird das dB völlig gleichwertig für Leistungsgrößen
wie für Feldgrößen behandelt wird (früher hießen sie Feldgrößen,
inzwischen offiziell umbenannt in "Leistungswurzelgrößen"). Es gibt dort
keinerlei Bevorzugung der Leistungsgrößen gegenüber den Feldgrößen - man
kann Feldgrößen mit dB rechnen ohne dabei irgendwie einen Bezug zum
Leistungsbereich herstellen zu müssen.
Mir ist schon auch klar, dass im HF-Bereich fast immer die Leistung
betrachtet wird. Dort hat man auch den Vorteil definierter Impedanzen,
so dass die Umrechnung von Feldgröße in Leistungsgröße immer klar ist.
Aber das ist nicht überall so, und trotzdem wird auch in diesen anderen
Bereich korrekt mit dB für Feldgrößen gerechnet.
Als Beispiel dafür habe ich zwei Angaben aus dem Datenblatt eines OPV
angehängt. Wie willst du das Power Supply Rejection Ratio und den closed
loop gain eines OPV sinnvoll in Leistungsgrößen umrechnen, bloß weil Sie
in dB angegeben sind?
Der closed loop gain ist für die Feldgröße Spannung eindeutig definiert.
Ihn in eine Leistungsverstärkung umzurechnen klappt nicht, weil die
Eingangsleistung des OPV fast beliebig klein sein kann und weil man für
die Ausgangsleistung willkürlich Lastwiderstände annehmen müsste. Die
Auftragung für Leistungsgrößen wäre also willkürlich mit ggf. abstrusen
Zahlenwerten. Die Auftragung der Feldgröße in dB beschreibt dagegen auf
sinnvolle Weise eine charakteristische Eigenschaft dieses Bausteins -
und ist vollständig in Übereinstimmung mit der gültigen Norm.
Bei der Fragestellung des TO gehen wir ja wohl alle davon aus, dass es
sich wahrscheinlich um eine spektrale Dichtefunktion handelt.
Dann kann man gleichwertig deine Betrachtung nehmen (zum Umrechnen in
Leistungsgröße erst quadrieren und dann über die Bandbreite
integrieren), Oder man die Herangehensweise von Sven nehmen (die
Effektivwerte unkorrelierter Spannungen werden quadratisch addiert).
Beides ist korrekt und führt zum selben Ergebnis. Und in beiden Fällen
wird die betrachtete Größe erst quadriert, dann integriert und zuletzt
wieder die Wurzel gezogen. Und damit nach dem Quadrieren ein Hz im
Nenner der Einheit steht, dass durch die Integration über df
herausfällt, sollte vor dem Quadrieren eben ein Hz^0,5 im Nenner stehen.
