详解功率dBm和场强dBuv/m如何换算？

时间： 2024-02-29 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

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dBuV/m是场强，dBm是功率。dbm+db(加天线子)=dbuV/m

电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。实验表明，在电场中某一点，试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力与其所带电荷的比值是一个与试探点电荷无关的量。于是以试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力的方向为电场方向，以前述比值为大小的矢量定义为该点的电场强度，常用E表示。

如何利用频谱仪进行电场强度测试？

什么叫电场强度（Field Strength）？

电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。放入电场中某点的电荷所受静电力跟它的电荷量比值，叫作该点的电场强度。常用E表示。

实验表明，在电场中某一点，试探电荷（正电荷）在该点所受电场力与其所带电荷的比值是一个与试探点电荷无关的量，该比值定义为该点的电场强度，试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力的方向规定为电场方向。

电场强度图片

电场强度的大小取决于电场本身，或者说取决于激发电场的电荷，与电场中的受力电荷无关。

电场强度的测试简称为场强测试，场强可用来描述电子设备向外辐射量的物理量，标准单位是伏/米（V/m）。

电场强度测试方法

在测试测量领域中，有专用的场强测试仪，也有用频谱仪来测试，我们将会介绍用频谱仪完成电场强度的测试。客户在外场测试时会用到手持频谱仪，比如是德科技的手持频谱分析仪。测试场强，需要的设备和附件是频谱仪+天线。

以N9342C手持频谱分析仪为例，详细介绍场强测试步骤。

N9342C手持频谱分析仪

电场强度测试流程：

1.需要天线因子做补偿或修正测试结果
2.在仪器上更改Y轴的单位为场强单位，则场强测试显示出来。

1.天线因子或修正数据生成
1）下载软件KEYSIGHT手持频谱仪PC Software

2）创建天线因子或修正数据的文件

安装好软件之后，点击File>New>correction>Device type>Keysight HAS/N9322C进入文件编辑界面。

点击软件左下方的Add按键，会出现一个小对话框“Add Point”，在其中输入频率Frequency（Hz单位），以及Amplitude幅度增益dB。图中已经添加了5个频点，如果需要添加更多的频点和增益参数，再次点击Add来添加。

Frequency和Amplitude这两个参数其实是天线的频响参数，即频率和天线增益的关系。如果天线不是直接连接至频谱仪的输入接口，而是天线经由一个同轴电缆连接至仪器，那么这时的幅度增益参数，就是天线和电缆的两项参数的总和了。

编辑好之后，点击Save as，保存成Correction file，后缀为.COR。

2.场强测试

1）调用上面保存的correction 文件，

通过仪器的面板上按键Amptd进入，即Amptd>More1/2>Correction>Correction1>Load User，找到文件所在的路径，可以通过当前页面中的Directory进入更改路径为INT内部还是USB外部。选中好correction 文件后回到Load user 后的界面，按软按键Recall

回调之后的测试显示如下：

从上图中可以看出，文件N9342C.COR已经被成功调用，右侧软按键的Apply Corrections 自动变化On。Marker M1显示为2.005GHz,-44.39dBm，还是功率的显示。

若要显示场强测试结果，需要当前页面中右侧软按键Antenna Unit 切换成On，然后回到Amptd设置界面进入Y Axis Unit做场强单位的设置，有三种单位选择，设置您需要的单位。

场强测试结果显示如下：

从测试结果来看，场强单位是dBV/m，当前的Marker M1数值为4.54dBV/m。

其他的手持频谱仪的测试场强的思路和上述N9342C类似，只是某些操作会有些不同。

什么是天线因子？

天线因子是电场强度（V/m）和磁场强度（A/m）与测量仪器输入端电压之比。

注：天线因子与天线增益是不同的。（请参考文末天线增益计的定义以及天线增益计算公式）

电场强度单位

辐射EMI发射测量是对电场进行测量。场强经过校准，单位为 dBμV/m。场强（dBμV/m）可从下式中导出：

距离 >λ/2π 的位置可以认为是远场1。远场是指从辐射源算起，电场变成平面波的最短距离。

什么是天线增益? 天线增益越高越好吗？

天线增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比，它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

天线增益的物理含义

为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G=13dB=20的某定向天线作为发射天线时，输入功率只需100/20=5W .

换言之，某天线的增益，就其最大辐射方向上的辐射效果来说，与无方向性的理想点源相比，把输入功率放大的倍数。

在我们的“扇形覆盖天线”中，反射面把功率聚焦到一个方向进一步提高了增益。

这里，“扇形覆盖天线” 与单个对称振子相比的增益为10log(8mW/1mW) = 9dBd。

天线与对称振子相比较的增益用“dBd”表示天线与各向同性辐射器相比较的增益用“dBi”表示（3dBd=5.17dBi）

问题：天线增益越高越好吗？

答案：天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。增益越高，天线长度越长。

天线增益计算公式

1）对于一般天线增益，可用近似计算公式：

2）对于抛物面天线增益，可用近似计算公式：

3）对于直立全向天线增益，可用近似计算公式：

“ 天线主瓣宽度越窄，增益越高。”

随着更高吞吐量应用的急剧增长，无线系统需要更高的带宽和更大的网络覆盖范围。但是，频谱分配存在许多限制，因此您必须找到适合的方法来提高频谱效率和信噪比（SNR）。多路输入多路输出（MIMO）和波束赋形等多天线技术可帮助您实现分集、多路复用和天线增益，从而提高频谱效率和信噪比（SNR）。

如何测试天线增益差距？

使用Keysight信号源N5172B和频谱仪E4440A简易测试天线增益差距的方法

天线是射频通讯中进行互相通讯的关键组件，无线电设备中用来发射或接收电磁波的组件。天线需要把传输线上传播的射频信号，变换成在自由空间中传播的电磁波。可见天线对于通信系统的重要性，之前使用网络分析仪测试过433MHz天线的驻波和阻抗，通过驻波和阻抗来了解天线的反射系数，选择驻波更低的天线进行实际产品测试。长短两组天线的VSWR驻波都非常不错，大约1.2~1.3，但是实测的时候却表现完全不同的效果，短一点的天线测试传输距离很差。

驻波只是表征了天线的反射系数，不能表示增益的大小，一样的驻波下，增益越大，传输的距离就越远。一般定向天线的增益会大于全向天线，因为能量集中朝向一个方向发射。本次使用的都是全向天线，天线的增益怎么测试呢？线增益的定义为在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，这需要有OTA天线暗室进行测试，成本比较高。怎么能使用手边常用的仪器对两组天线进行一个基本的评估呢？

一般搞射频通讯的都离不开频谱分析仪（信号分析仪）、信号源、网络分析仪三大仪器，如果手边有频谱仪和信号源，就可以使用频谱仪和信号源进行简答的摸底测试。

首先，使用信号源N5172B和频谱仪进行测试，打开仪器，安装两只天线到频谱仪和信号源的接口上。设置信号源发射频率为通讯频率433MHz，设置发射功率为0dBm。

设置频谱仪的接收频率为433MHz，扫描宽度50MHz。

按下RF ON发射信号，通过信号源的天线发射信号出来，下方频谱仪的天线会感应到电磁波。因为射频信号经过空间耦合，一定会有传输的衰减，通过测试一组短的天线发现，0dBm的发射功率，频谱仪接收到的功率为-41.5dBm，衰减了41.5dB。通过-30dBm，-20dBm，-10dBm，＋10dBm多组功率测量，大约的接收功率都是衰减了41dB左右。

接下来更换另一组长一点的天线，0dBm的发射功率，频谱仪接收到的功率为-16.59dBm，衰减了大约17dB。设置-30dBm，-20dBm，-10dBm，＋10dBm多组功率测量，都是衰减了大约17dB。

由此可见，长的一组天线增益更大，虽然没有OTA天线暗室标定天线的绝对增益，但是可以摸底了解到长的一组天线比短的一组增益大41dB-17dB=24dB。

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系列,2000 X 系列,4000 X,33511B,N5166B,EDU36311A,N3300,4104A,E36234A,2022A,N7900,D3000USBB,DSOX-2WAVEGEN,N2820A,U3810,U2600,33510B,U2020 X 系列,N443XD 系列,3014G,33522B,BV9200B,EDU34450A,3498A,E36200 系列,34950A,U9428A SP8T,E36233A,CXG X,EXG,N8480 系列,L2060 X 系列,AC6903L,N2843A,RP7936A,E36100B,AC6903H,EXR,B2900B 系列,D4000PWRB,33521B,N9962A,RP7962A,EPM 系列,3000G X,1000 X 系列,P9377B,AC6804B,EXG X 系列,E4982A,DAQM905A,DAQM909A4,N9950B,N9950A,N8740A,D3000GENB,E36200A,E36103B,N6791A,E 系列,N2842A,AC6912L,B2980B 系列,AC6912H,N9951A,33520B,RP7973A,RP7961A,N2841A,N7007A,53131A,P9243A,P937XA,P937XB,E4981A,U2741A,N9323C-TG7,N9951B,34972A,E36102B,N6790A,EDU33210A 系列,E36320A,N8741A,AC6802B,RP7972A,4000 X 系列,U2000 系列,U9424A,P9240AWGA,P924XA,S254A,E3600 系列,DAQM903A,N9960A,53200 系列,E36311A,N8762A,6000X,E36105B,U7104N,N6781A,U9424C,U2000,U9424B,N2876A,U7104F,E3641A,U2060 X 系列,U7104E,EXR254A,U9428B SP8T,RP7983A,N3300 系列,N7550 系列,AC6803B,DAQM904A,N8900,U2751A,84904L,34970A,N9961A,E36104B,CXG,E36150 系列,N6792A,P 系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 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Keysight（是德科技）测试仪器分销产品选型指南（英文）

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型号- U8480,B2911A,U1272A,N8926A,34460A,N7040A,U8000,N9340B,53140,N5742A,N5766A,34905A,N9918A,N6735B,N8480,N5743A,N5767A,N1914A,3024T,3012T,U1273A,34904A,N6746B,N6734B,U3800,U1282A,N8948A,34470A,N7042A,N1913A,N5744A,N5768A,34903A,N8924A,N9916A,N9928A,34939A,N6701C,N8949A,U1271A,N8925A,N8937A,N7041A,N1912A,N9000B,N5745A,N5769A,N2819A,3022T,3034T,N6700C,34902A,N9917A,34938A,N6736B,U1600,8491A,DSOX1102G,DSOX1102A,N9320B,P-SERIES,33509B,N7020A,N1911A,N9344C,N5746A,N3302A,N2818A,34901A,34937A,U1701B,82357B,U1273AX,U2802A,N5181B,N2142A,U1281A,B2902A,4024A,N5747A,N3303A,8490G,N2805A,3032T,N6702C,U1700,N6705C,N8928A,N9342C,33519B,B2901A,N3304A,N5748A,34947A,N2804A,N8929A,N5171B,N9343C,N2140A,X-SERIES,B2912A,N3305A,U8903B,N5749A,4022A,34934A,4034A,34946A,8480D,3054T,U2702A,N3306A,U1733C,U1210,U2300,N5700,34945A,3458A,TU1453A,U2701A,B2962A,1146B,N3307A,1147B,N7026A,33600A,33612A,B2961A,N9322C,N9310A,U1731C,2002A,53200,2014A,3104T,U1610A,U2723A,33611A,2004A,U1732C,J7205A,34942A,U3606B,53210A,J7205B,U2722A,N1810UL,33622A,3102T,34941A,N8760A,2012A,2024A,U2500,U1620A,33512B,33500B,33621A,N1810TL,3004A,N6700,N6705,N8761A,N2821A,33511B,N3300,4104A,2022A,N2820A,U2600,33510B,33522B,3014T,N2843A,E36100B,33521B,N9962A,87106D,AC6804B,E4982A,DAQM905A,34950A-34959A,N6750,N9950A,N8740A,E36103B,U2020,EDUX1002A,N9951A,33520B,N7007A,83050A,N2962A,53131A,P9243A,E4981A,U2741A,34972A,E36102B,J7211B,J7211A,J7211C,E36320A,N8741A,AC6802B,DAQM903A,U1270,N9960A,E36311A,N8762A,E36105B,N6781A,U2000,E3641A,EDUX1002G,N2863B,AC6803B,DAQM904A,N8900,U1280,84904L,U2751A,34970A,N9961A,B2900,E36104B,E3640A,AC6800B,N2862B,6002A,E3600,E-SERIES,E36313A,DAQM900A,U1250,U5850,N8756A,N8732A,N8950A,AC6801B,10070D,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,E36106B,53220A,N8757A,87222D,N8733A,N8951A,87222E,N9952A,87104D,P9242A,E4980A,6004A,53132A,N6785A,N6773A,U1452A,B2980A,N6761A,N8754A,N8742A,P9241A,N2871A,53230A,N8700,N4985A-S50,U1240,N6784A,E4981A-001,E4981A-002,N8755A,U1453A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,87405B,N2894A,N5770A,8495B,87405C,34420A,E3647A,10833F,34921A-25A,10833G,10833A,10833B,4154A,10833C,10833D,N6775A,U1450A,N8736A,N6763A,U1232A,N8954A,N6751A,N8930A,N7550,N9923A,N2796A,N9935A,N2893A,N5771A,E36100,E3646A,6811C,N4985A-S30,4032A,N8737A,N6786A,N6774A,N8943A,N6762A,E5063A,10834A,N8955A,U1451A,8494G,N8931A,E3634A,U1233A,3052T,N2783B,P9371A,N2795A,N5772A,6813C,E3649A,6800C,6812C,N6753A,N8758A,U1460A,N6741B,U1242C,N8734A,U1242B,N8952A,N6777A,N8940A,N6765A,P9370A,N2891A,N2782B,EPM SERIES,53181A,N5761A,34931A-33A,34465A,E3648A,4054A,N8759A,N6764A,U1231A,U1461A,N6752A,E9320,83020A,N8735A,N8941A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,L2060,N2781B,U1240C,N9914A,82350C,N5750A,N5762A,U2063,E5810B,N8934A,N6743B,N9926A,P1912A,N8946A,N6731B,N9938A,U1252B,E3643A,E3631A,N6755A,14585A,N2792A,N2780B,U1241C,N5763A,E4980AL,N5751A,E36300,E9300,N8923A,N9915A,N8935A,N6742B,N9927A,E3630A,U1241B,4052A,U1253B,E3642A,N6766A,34908A,N6754A,N2791A,N9912A,N8738A,N9936A,U1190,U2040,N5752A,N5764A,34450A,DAQM907A,N8932A,N8944A,34907A,N8920A,E3645A,N6745B,E3633A,N6733B,L2050,N2790A,U1251B,N8739A,N9913A,N9925A,N5741A,DAQM908A,N5765A,34461A,U2053,N8945A,N6732B,N9937A,N8957A,N8921A,E3632A,E3620A,N6756A,E3644A,N6744B

选型指南 - KEYSIGHT - November 2018 PDF 英文下载

FieldFox Handheld Analyzers 4/6.5/9/14/18/26.5/32/44/50 GHz CONFIGURATION GUIDE

型号- N9962A,85056D,85052B,85032E,85096C,85052C,85032F,85052D,N9911X-41X,N996XA,N9914A,85092C,N4693A,N9911X-21X,N7553A,N9950A,R11644A,N9926A,N9938A,85521A,N992XA,N9918A,85036B,85561A,85056A,85036E,N9951A,N9935AU,N7552A,85033D,85033E,N9937AU,N9923A,N9935A,85093C,A-SERIES,K11644A,N4690B,N4690C,N4690D,85518A,85514A,N9915A,N9927A,N9961AU,85562A,Q11644A,85054B,N7551A,N9952A,85056KE01,85054D,N9912A,N995XA,N9936A,N9911X-11X,N4691B,N9911X-31X,N4691D,N7555A,N9960A,X11644A,85519A,85515A,N993XA,N9916A,85038A,N9928A,U11644A,N991XA,85056KE02,85563A,N9936AU,P11644A,N995XAU,N9938AU,N7550A,N9913A,N9925A,N4692A,N9961A,N7554A,N9910X-801,N9910X-800,N9937A,N9962AU,85520A,85564A,N9917A,N9960AU,N9910X-803,N9910X-802

用户指南 - KEYSIGHT - July 27, 2023 PDF 英文下载

【选型】Keysight（是德科技）网络分析仪产品选型指南（中文）

目录- 网络分析仪产品简介通用网络分析仪 ENA和精简系列USB矢量网络分析仪 PNA系列矢量网络分析仪多端口测试仪/射频和微波固态开关/PXI多端口网络分析仪 PNA毫米波系统手持式微波分析仪

型号- M9165B,N5221B,PNA-X,N5241B,N9914B,N5225B,N5245B,N5249B,N9950A,E5080B,E5080A,E5092A,E5072A,N9918B,N9951A,N5290A,N5242B,P916XB,P937XA,P916XA,N5234B,N5222B,M9808A,M9804A,P502XA,E5071C,E5063A,M9375A,P937XA 系列,PNA-L 系列,N9952A,N5231B,PNA 系列,P9165B,P9375A,N5247B,N5235B,N5239B,N5227B,P9370A,M9164B,P9164B,N5232B,N9913B,N5224B,P5008A,N5244B,M9019A,N529XA,PNA-X 系列,M980XA,P50XXA,P5024A,P5028A,E5061B

选型指南 - KEYSIGHT - 2020年9月11日 PDF 中文下载

【测试测量仪器合辑】直流电源分析仪、台式直流电源、数字万用表、手持频谱仪

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专题合辑发布时间 : 2017-07-10

FieldFox Handheld Analyzers 4/6.5/9/14/18/26.5/32/44/50 GHz TECHNICAL OVERVIEW

型号- N9962A,N9952A,PNA,PNA-X,N9912A,N996XA,N9914A,N9936A,N995XA,8510A,N9960A,N9950A,N9926A,N9916A,N9938A,N993XA,N9928A,N992XA,N9918A,N991XA,HP 8566B,PSA,N9951A,PXA X,N9923A,N9913A,N9935A,N9925A,PXA X-SERIES,N9961A,N9915A,N9937A,N9927A,N9917A

商品及供应商介绍 - KEYSIGHT - November 1, 2021 PDF 英文下载

Keysight（是德科技）频谱分析仪和信号分析仪选型指南

目录- Spectrum Analyzer and Signal Analyzer Product Introduction Benchtop spectrum and signal analyzers Modular Signal Analyzer Handheld Signal Analyzer Applications and Measurement Software

型号- M9393A,8560E,M9391A,N934XC,8562E,N934XB,8562EC,8561EC,8560EC,N9936A,N9914A,N9342C,859XB,N9320B,8565EC,859XC,8564EC,N9340B,8563EC,859XA,N9322C,N9344C,N991XA-233,N9040B,U2020,N993XA,N9938A,N9916A,HP8568,N9918A,HP8566,8561E,8563E,N9935A,N9913A,8565E,N9343C,X-SERIES,N9030A,N9020A,N9010A,N9000A,N9937A,N9915A,89600,N9917A,M9290A

选型指南 - KEYSIGHT - March 12, 2018 PDF 英文下载