Utstrålad effekt: ERP och EIRP

När en sändare ansluts till en antenn är det inte sändarens uteffekt som avgör hur starkt signalen blir i den andra änden. Kabeln tar en del, antennen koncentrerar resten åt vissa håll. Därför anger regelverk och datablad den effekt som strålas ut i riktningen mot mottagaren, som e.r.p. eller e.i.r.p. Den här artikeln visar vad måtten betyder, hur du räknar mellan dem och hur de används i Post- och telestyrelsens (PTS) föreskrifter.

Varför räcker inte sändarens uteffekt?#

Två sändare med exakt samma uteffekt kan ge mycket olika signal hos mottagaren. Den ena ger 5 W till en liten stavantenn, den andra 5 W till en antenn som samlar all effekt i en smal stråle mot mottagaren. I den riktningen verkar den andra sändaren många gånger starkare. För en störd granne eller en annan radiotjänst är det den utstrålade effekten i riktningen mot dem som spelar roll, inte siffran på sändarens display.

Av det skälet har radioreglering ett mått som tar med allt som händer mellan sändarens utgång och luften: förluster i kabel, kontakter och filter, och antennens förstärkning i riktningen. Måttet jämför det med en referensantenn. Vilken referens man väljer ger de två måtten ERP och EIRP.

Referensantenner: dipol och isotrop#

En isotrop antenn strålar lika mycket åt alla håll och används som referens för förstärkning i dBi. Den finns bara som tankeexempel, men gör beräkningarna enkla: effekttätheten på avståndet $d$ från en isotrop antenn med effekten $P$ är $P/(4\pi d^2)$. Se Antennparametrar.

En halvvågsdipol är en verklig antenn som är enkel att bygga och mäta. Den har förstärkningen 2,15 dBi i sina huvudriktningar, vilket är faktorn 1,64. Förstärkning relativt dipolen anges i dBd. PTS föreskrifter definierar sambandet dBd = dBi − 2,15.¹ Figur 1 visar de två referenserna.

Definitionerna lyder, med egna ord:

Effektivt utstrålad effekt (e.r.p.)

Den effekt som tillförs antennen, multiplicerad med antennens förstärkning i en given riktning relativt en halvvågsdipol.

Ekvivalent isotropiskt utstrålad effekt (e.i.r.p.)

Den effekt som tillförs antennen, multiplicerad med antennens förstärkning i en given riktning relativt en isotrop antenn.

Båda definitionerna finns i PTS föreskrifter¹ och i ITU-R:s rekommendation BS.561². Eftersom referenserna skiljer sig med faktorn 1,64 gäller alltid

Samma tillägg 2,15 dB gäller i dBm, eftersom båda storheterna är effekter med samma referens. Läs om enheterna i Decibel och logaritmiska enheter.

Från sändare till strålning: effektkedjan#

Utstrålad effekt beräknas bäst i decibel, där förluster och vinster bara adderas. Effekten som når antennens ingång är sändarens uteffekt minus förlusterna på vägen:

Sedan adderas antennens förstärkning i riktningen:

Kabelns förlust beror på kabeltyp, längd och frekvens, se Matarledningar, koaxialkabel och kontakter. Om antennen är missanpassad reflekteras en del av effekten tillbaka, och då är det den tillförda effekten som räknas, alltså framåtgående minus återgående effekt. Hur stor den förlusten blir visas i SVF och impedansanpassning.

Omvänd räkning: hur mycket får sändaren ge?#

När en gräns är given räknar man bakifrån. Gränsen blir ett tak för summan av sändareffekt och antennvinst minus förluster.

Riktningen avgör#

e.r.p. och e.i.r.p. är inte bara tal utan beror på riktningen. Definitionen säger ”i en given riktning”, och om inget annat anges avses riktningen med högst förstärkning, alltså antennens huvudlob. I andra riktningar är utstrålad effekt lägre, enligt antennens strålningsdiagram. En Yagi med 9 dBd och fram/back-förhållandet 20 dB ger i huvudriktningen 447 W ERP i exemplet ovan, men bara 4,5 W rakt bakåt.

Vid planering av ett frekvensband eller en radiolänk används därför diagram över e.i.r.p. i alla riktningar, och vid samordning mellan länder eller system kan gränsen gälla i en viss sektor, till exempel mot en landsgräns. Är antennen vågrätt polariserad räknas ERP för den polarisationen; sändare med blandad polarisation anger ibland horisontell och vertikal ERP separat.

Toppeffekt och medeleffekt#

Effekt är inte alltid konstant. En SSB-sändare skickar bara ut effekt när du pratar, och effekten varierar snabbt med rösten. Regler och mätare måste därför ange vilken effekt som avses.

Toppeffekt (p.e.p., peak envelope power) är den medeleffekt som sändaren ger under en radiofrekvent period vid toppen av modulationens envelop. Det är den effekt som begränsar slutstegets belastning och räknas för SSB. Medeleffekt är effekten medelvärdesbildad över en längre tid. R.m.s. är effektivvärdet (se Spänning, ström, effekt och impedans). Alla tre definieras i PTS föreskrifter.¹

För olika sändningsformer ser sambanden ut så här:

• CW och FM har konstant envelop, så toppeffekt och medeleffekt är lika stora (för CW medan nyckeln är nere).
• AM med bärvågseffekten $P_b$ och modulationsgrad $m$: medeleffekten är $P_b(1+m^2/2)$ och toppeffekten $P_b(1+m{)}^2$. Vid $m=1$ blir det $\mathrm{1,5}{P}_b$ respektive $4P_b$. En AM-sändare på 10 W bärvåg har alltså 40 W p.e.p.
• SSB har medeleffekt som för vanligt tal ofta ligger 6–10 dB under p.e.p., beroende på rösten och på om talprocessor används.
• OFDM (Wi-Fi, 4G, 5G) har stor skillnad mellan topp och medelvärde, ofta 8–12 dB.
• Pulsade system som TDMA och duty cycle-begränsade enheter har en medeleffekt som beror på hur stor del av tiden de sänder.

För enheter där antennen är inbyggd och det inte finns någon kontakt att mäta på används total utstrålad effekt (t.r.p., total radiated power). Den är den utstrålade effekten integrerad över alla riktningar, alltså effekten som verkligen lämnar apparaten. Sambandet till e.i.r.p. är att e.i.r.p. i en riktning är t.r.p. gånger antennens direktivitet i den riktningen. Mobiltelefoner och Bluetooth-enheter mäts ofta så.

Effektgränser i tillståndsfri radio#

Tillståndsfri radio bygger på att PTS har undantagit vissa sändare från tillståndsplikt, om de följer villkor i frekvensområde, effekt och användning. Effektgränsen är i många fall angiven som e.r.p. eller e.i.r.p. i stället för som uteffekt. Anledningen är den som beskrevs inledningsvis: det är den utstrålade effekten som avgör störrisken.

Tabell 1. Några effektgränser, per oktober 2026, och motsvarande värde i det andra måttet. De gäller de angivna frekvensområdena och villkoren i föreskrifterna. Kontrollera alltid gällande villkor hos PTS.

Andra referenser: e.m.r.p. och fältstyrka#

För rundradio på lång- och mellanvåg används en tredje referens, e.m.r.p. (effective monopole radiated power). Den jämför med en kort lodrät monopol över en perfekt ledande jord, och ITU-R BS.561 definierar den för just dessa band.² En sådan monopol har förstärkningen 3, alltså 4,77 dBi,⁴ så för e.m.r.p. gäller

En mellanvågssändare med 1 kW e.m.r.p. har alltså 3 kW e.i.r.p. och ca 1,83 kW e.r.p. Det är viktigt att veta vilket mått en uppgift avser när man jämför sändare.

med $E$ i V/m, effekten i W och $d$ i m. I decibelform, för 1 kW e.r.p. på 1 km, blir fältstyrkan 106,9 dBµV/m, vilket är ett vanligt referensvärde i rundradioplanering. På 10 km är fältstyrkan 20 dB lägre i fri rymd, och 1 kW ERP ger då 86,9 dBµV/m. Verkliga värden blir lägre på grund av terräng och markdämpning. Sambandet används i Fri rymd-dämpning och länkbudget, och för att bedöma exponering nära antenner i Exponering, gränsvärden och mätning av fält.