Forum: HF, Funk und Felder Verständnis Einheit dB µV/m/Hz


von Martin (Gast)


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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.

von Marek N. (Gast)


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Martin schrieb:
> was das MHz jetzt soll.

Bandbreite

Martin schrieb:
> wird in dem Artikel

welchem?

von Wolfgang (Gast)


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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?

von Sven B. (scummos)


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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.

von dfIas (Gast)


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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.

von Sven B. (scummos)


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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?

von dfIas (Gast)


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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.

von dfIas (Gast)


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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.

von dfIas (Gast)


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Setze Wurzel fürs Quadrat ...

von Achim S. (Gast)


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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.

von dfIas (Gast)


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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.

von Sven B. (scummos)


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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.

von GHz-Nerd (Gast)


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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.

von Martin (Gast)


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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

von Achim S. (Gast)


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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.

von GHz-Nerd (Gast)


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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.

von Achim S. (Gast)


Angehängte Dateien:

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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.

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