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Re: Begriffsbestimmung EIRP und ERP von Franz Hornauer
streetmaster01 - 20.09.2006, 16:34Begriffsbestimmung EIRP und ERP von Franz Hornauer
Quelle: DFA http://www.deutsche-funk-allianz.de/Technik/EIRP_ERP/ERP-EIRP.html
Begriffsbestimmung EIRP und ERP
von Franz Hornauer
Interessante Missdeutungen zum Thema Strahlungsleistungen finden sich insbesonders in Kommentarbeiträgen. Die Begriffe EIRP und ERP werden - sogar bei Wikipedia - nicht korrekt erklärt. Dies führt in der Folge zu fatalen Betätigungen, wobei CB-Funker durch staatliche Stellen kriminalisiert werden.
(HF) Beim Lesen einiger Kommentarbeiträge in Foren zum Thema Strahlungsleistungen im CB-Funk stösst der Leser auf interessante Missdeutungen. In der Folge werden bei solchen Meinungskundgaben häufig Fehlinterpretationen mit letztlich fatalen Folgerungen getätigt. Die Begriffe EIRP und ERP werden - sogar bei Wikipedia - nicht korrekt erklärt. Denn EIRP steht nicht für Effective Isotropic Radiatet Power und ERP steht auch nicht für Effective Radiated Power.
Eine Wirkungsgleichsetzung der an der Antennenbuchse eingespeisten effektiven Hochfrequenzleistung mit der von der Antenne abgestrahlten Hochfrequenzleistung ist nicht möglich.
Die effektiv von der Antenne tatsächlich abgestrahlte Wirkleistung ist immer deutlich kleiner, als die ihr an der Antennenbuchse zugeführte HF-Wirkleistung. 4 Watt HF-Speiseleistung dürfen daher z.B. nicht mit 4 Watt effektiv von der Antenne abgestrahlter Hochfrequenzleistung gleichgesetzt werden.
Seitdem die frühere RegTP, die seit kurzem in "Bundesnetzagentur" (BNetzA) umbenannt worden ist, die Begriffe EIRP und ERP in ihre Bestimmungen zur Regulierung auch des CB-Funks aufgenommen hat, ist für alle CB-Funker die genaue Kenntnis dieser Begriffe für die Beurteilung der von der eigenen Antennenanlage abgestrahlten Strahlungsleistung von Nöten. Diese von der Antenne abgestrahlte Strahlungsleistung ist um den Antennengewinn höher, als die derselben Antenne an deren Antennenbuchse zugeführte, effektive Hochfrequenzleistung. Die der Antenne an ihrer Antennenbuchse zugeführte Hochfrequenzleistung ist bei optimaler Antennenanpassung und damit einem SWR von 1:1 eine reine Wirkleistung, die zum Teil in der Antenne in Wärme gewandelt und zum anderen Teil zur Stärke des von der Antenne abgestrahlten elektromagnetischen Feldes beiträgt. Von Strahlungsleistung spricht man also erst in dem Moment, wo ein vom Antennenstrahler erzeugtes elektromagnetisches Feld, bestehend aus elektrischem Feld und magnetischem Feld den Strahler umgibt.
Ist dieser die Hochfrequenz in den Raum abstrahlende Strahler eine unendlich kleine, kugelförmige Antenne, so wird dieses Gebilde mit der Bezeichnung Isotroper Strahler bedacht. Einen isotropen Strahler kann man in der Praxis nicht aufbauen. Er dient dem Zweck, für Berechnungen eine wirklich punktförmige Strahlungsquelle zu haben, die in alle Raumrichtungen ein gleichstarkes Strahlungsfeld erzeugt. Damit ist der isotrope Strahler eine rein virtuelle Antenne - aber mathematische Bezugsantenne. In der praktischen Antennentechnik ist die Standardbezugsantenne der Lambda-Halbe-Dipol. Dieser besteht aus zwei lambdaviertel langen Strahlern, welche in der Mitte mit Hochfrequenzenergie gespeist werden. Im einfachsten Falle besteht dieser Antennendipol also aus zwei gespannten Drähten mit je knapp Lambda/4tel mechanischer Drahtlänge. Die Drähte sind einige Prozent kürzer als die Lambda/4tel-Länge, welche zur benutzten Sendefrequenz gehört, weil sich elektromagnetische Wellen in gestreckten Leitern etwas langsamer ausbreiten als im freien Raum. Dieser Lambda/2-Dipol strahlt nun die eingespeiste Hochfrequenzleistung keinesfalls in alle Raumrichtungen gleich stark ab, sondern erzeugt in gedachter Verlängerung der Strahler die kleinste Feldstärke. Betrachtet man diesen Lambda/2-Dipol daher von der Seite, wo man den Strahler nur als Punkt sieht, so entsteht um diesen Strahler herum in dieser Polarisationsrichtung ein kreisrundes, gleichmässiges Strahlungsfeld. Betrachtet man den Strahler dagegen von vorne oder hinten, so daß man die Gesamtlänge der beiden Lambda/4tel-Hälften des Lambda/2-Dipols sieht, so strahlt er in dieser Polarisationsrichtung nach vorne und hinten gleichstark und die Strahlungsintensität in alle anderen Winkelrichtungen in dieser Polarisationsrichtung nimmt ab.
Der Lambda-Halbe-Dipol ist die Referenzantenne, auf die sich alle Antennenvergleiche beziehen.
Der isotrope Strahler hingegen erzeugt bei gleicher Speiseleistung eine um den Faktor 1,64 kleinere Strahlungsdichte des elektromagnetischen Feldes als der Lambda-Halbe-Dipol in seinen beiden Hauptstrahlrichtungen erzeugt. Das entspricht einem Strahlungspegelunterschied von 2,15 dB. Nun muß man zur Beurteilung der Sachlage wissen, dass im Bereich direkt um den Antennenstrahler bis zum Abstand von Lambda/2*3,14 (bei Frequenzen > 16,9 MHz) hauptsächlich nur Blindleistung und eben kaum Wirkleistung, welche für die Informationsübertragung übertragen werden muß, auftritt. Diesen Bereich nennt man das reaktive Nahfeld. Hier ist die elektrische mit der magnetischen Feldkomponente noch nicht in einer festen Phasenbeziehung. Auf Grund dieser Tatsache tritt im reaktiven Nahfeld eine deutlich höhere Funkfelddämpfung als im Fernfeld auf und die Feldkomponenten sind noch nicht über den Freiraumwellenwiderstand von 377 Ohm miteinander verknüpft. Entfernt man sich langsam weiter vom Antennenstrahler, so geht das reaktive Nahfeld kontinuierlich in das Nahfeld der Antenne, welches bei sehr tiefen Frequenzen bis ca. 4 Wellenlängen lang sein kann, aber bei CB-Frequenzen ca. 2 Wellenlängen ab Strahler lang ist, über. Erst im daran anschließenden Fernfeld hat das elektrische Feld mit dem magnetischen Feld eine feste Phasenbeziehung und beide Feldkomponenten werden linear gedämpft, was insgesamt eine quadratische Schwächung der Strahlungsdichte des Feldes zur Folge hat. Übertragen werden soll mittels Hochfrequenzübertragung von einem Ort A zu einem Ort B die Nutzinformation, das sind die der Hochfrequenzschwingung aufmodulierte Sprache oder Daten.
Zur Übertragung der Nutzinformationen trägt aber ausschließlich die über den freien Raum zum Empfänger übertragene Wirkleistung bei. Vom Antennenstrahler bis zum Ende des Nahfeldes wird dabei aufgrund des hauptsächlichen Blindleistungstransportes im reaktiven Nahfeld die Strahlungsdichte somit bis zum Beginn des Fernfeldes bereits um 32,5 dB gedämpft. 33 dB wäre eine Leistungsflussdichteveränderung um den Faktor 2000. Betrachten wir die Sache für den CB-Funker anschaulicher: Dieser sei auf Sendung auf dem CB-Kanal 4, welchem die Frequenz 27,005 MHz zugeordnet ist. Aus dieser Frequenz resultiert eine Wellenlänge von 11,11 m. Das reaktive Nahfeld endet damit bei etwa 1,77 m Abstand vom Strahler. Alle elektrisch leitfähigen Gebilde, welche sich in diesem Bereich befinden, werden das Strahlungsfeld sehr stark beeinflussen. Bereits im Abstand von ca. 20 m ist die Strahlungsdichte des Hochfrequenzfeldes auf ein Eintausendachthundertstel gesunken (Nahfeld/Fernfeldgrenze). Erst von da an bei weiterer Entfernung vom Antennenstrahler nimmt die Strahlungsdichte quadratisch mit Verdoppelung der Entfernung ab. Aus den beschriebenen Gegebenheiten leiten sich folgende Fakten ab: 1. Die der Antenne an ihrer Antennenbuchse zugeführte Hochfrequenzleistung ist nur dann eine reine Wirkleistung (Effektivleistung), wenn die Bedingung der Leistungsanpassung an der Antennenbuchse an die Speiseleitung erfüllt (SWR 1:1) ist. 2. Nur der Lambda/2-Dipol erzeugt die äquivalente, gleichgrosse Strahlungsleistung, welche ihm an seiner Antennenbuchse als Wirkleistung (effektive Leistung) zugeführt wird. Denn er ist als Bezugsgrösse und damit Referenz definiert. 4 Watt ERP ist aufgrund dieser Definition ungleich 4 Watt Wirkleistung (effektive Leistung).
Diese von der Bezugsantenne Lambda-Halbe-Dipol abgestrahlte Hochfrequenzleistung, welche aber in jedem Falle kleiner als die zugeführte Effektivleistung=Wirkleistung ist, wird daher mit EQUIVALENT RADIATED POWER oder auf Deutsch mit äquivalenter (also der Speiseleistung am Antenneneingang auf durch den Lambda-Halbe-Dipol bezogenen Wandlung in HF-Strahlung entsprechenden) Strahlungsleistung bezeichnet.
ERP = Equivalent Radiated Power
Logischerweise ist - weil beim isotropen Strahler die Strahlungsunterschiede zwischen der realen Bezugsantenne bereits mit einem festen Faktor berücksichtigt sind, dann:
EIRP = Equivalent Isotropic Radiated Power
Um es also ganz deutlich zu formulieren: 4 Watt ERP haben keinesfalls dieselbe Wärmewirkung wie 4 Watt effektive HF-Leistung, also HF-Wirkleistung. Damit haben die Beamten der Fernmeldeverwaltung und die mit wenig Sachkunde behafteten Abgeordneten im Deutschen Bundestag mit der Einführung der 10 Watt EIRP-Regelung für die Erforderlichkeit einer Standortbescheinigung, aber auch mit der Benennung von 4 Watt ERP im Frequenznutzungsplan weit über das notwendige Mass von sinnvollen Regulierungen hinaus tatsächlich reguliert. Das gilt es auf sinnvolle Werte zu korrigieren.
Für den CB-Funker wurde durch die Hintertür der technischen Regulierung (deren Feinheiten oftmals sogar Fachleute nicht gleich erkennen) die lange zuvor erlaubte Verwendung von beliebigen Antennen ohne tatsächlicher Erfordernis gekappt. So wurde elegant der Bestandsschutz umgangen. Jetzt darf der CB-Funker noch nicht mal mehr eine Lambda5/8tel Antenne aufbauen, denn damit kommt er wegen deren Antennengewinn gegenüber der Lambda-Halbe-Antenne bereits deutlich über 4 Watt ERP und meistens auch über 10 Watt EIRP. Betrachtet man die Sicherheitsabstände, welche sich aus der Standortbescheinigung beispielsweise bei einer normalen 5/8tel CB-Antenne ergeben, dann wird deutlicher, was gemeint ist: Unsere Antenne sei mit 4 Watt an ihrer Antennenbuchse versorgt und habe einen Antennengewinn von 3,5 dBd = 5,65 dBi. Diesen erzielt sie nur dann, wenn das Nahfeld frei von Hindernissen ist (elektrisch leitfähige Gebilde).
Weil der Erdboden elektrisch gesehen nichts anderes als die Parallelschaltung von unendlich vielen, mehr oder weniger hochohmigen Widerständen ist, ergibt sich für den Erdboden ein gegen null Ohm gehender Leiter. Damit muß unser Antennenstrahler auch vom Boden zuallermindestens eine Wellenlänge entfernt sein. Der 5/8-Strahler ist 6,80 m lang und beginnt am Ende des Masten montiert bei 11 m über Grund. Nun zur Rechnung: 4 Watt Speiseleistung an der Antenne bei einem Antennengewinn von 3,5 dBd ergeben 8,9 Watt ERP (Equivalent Radiated Power) oder 14,6 Watt EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power). Damit verstösst der heutige CB-Funker, der seit 1983 absolut nichts an seiner seit damals zulässigen Funkanlage verändert hat, aufgrund der sinnfreien neueren Regulierung gemäss Frequenznutzungsplan gegen die neuen Auflagen und wird durch die staatlichen Regelungen zum illegalen Objekt der staatlichen Begierde.
Der CB-Funker wurde also durch staatliche Organe kriminalisiert.
Auch braucht dieser CB-Funker nun eine Standortbescheinigung, deren Sinn in diesem Falle schwer bezweifelt werden muss. Aber eben auch mal schnell die Sicherheitsabstände, welche sich aus der 26. BImSCHV ergeben, errechnet: Der Personenschutzgrenzwert liegt beim 10 m Amateurfunkband (frequenzmässig knapp oberhalb der CB-Funkfrequenzen) bei 27,5 V/m. Daraus errechnen sich bei unseren 14,6 W EIRP gerade mal 0,76 m Abstand vom Strahler. Wie soll ein Mensch jemals so nahe an den Antennenstrahler heran und damit in die fiktive Gefahrenzone kommen, wenn letzterer am Mast 11 m über Grund montiert ist?
Wäre die selbe Antenne meinetwegen direkt 1 m über Grund montiert, würde sie keinen Antennengewinn mehr erzielen können, da ein Großteil des Feldes vom Erdboden absorbiert werden würde. Hinzu kommt, daß bei den Personengrenzwerten ja bereits ein großer Sicherheitsfaktor enthalten ist, bevor die Schwelle der Feldstärke erreicht werden könnte, wo eventuell erste negativ zu bewertende Beeinflussungen der Gesundheit zu befürchten wären.
Es ist dementsprechend festzuhalten: Standortbescheinigung im CB-Funk bei Strahlungsleistungen kleiner 100 Watt ist mit Sicherheit grober Unfug und damit als reine Verwaltungsschickane zu Geldeintreiberzwecken erkennbar. Nutzen absolut Null, Gefahrenpotential nicht vorhanden.
Nehmen wir mal an, dieselbe Antenne dürfte mit so grosser Speiseleistung versorgt werden, dass sie eine Strahlungsleistung von 100 Watt EIRP erreicht. Jetzt wäre der Sicherheitsabstand nach Standortbescheinigung mit gerade einmal 1,99 m ab Strahler zu beziffern. Das ist immer noch für den Verwaltungsaufwand und dem damit beabsichtigten Zweck absolut unsinnig. Denn niemand - auch nicht in anderen Frequenzbereichen - errichtet Sendeantennen so, dass im Hauptstrahlungsfeld ständig Personen herumtanzen und Abschattungen verursachen. Bei 1000 Watt EIRP an der CB-Antenne schliesslich würde der Sicherheitsabstand vom Antennenstrahler 6,30 m betragen. Eine Person würde auch dann, selbst wenn diese 3 m hoch wäre, immer noch nicht in den fiktiven Gefahrenbereich der Hochfrequenzstrahlung unserer Antenne kommen.
Folglich kann der CB-Funk im 27 MHz-Bereich vollkommen von der Standortbescheinigungspflicht ausgenommen werden, da auch die grössten Richtantennen ihre Wirkung (Antennengewinn) nur bei fachgerechtem Aufbau - also in entsprechender Höhe - erreichen können. 5 Element-Yagis (sind bei CB-Frequenzen Monsterantennen) erreichen max. so um die 12 dBi Antennengewinn. Mit 4 Watt gespeist kommen die erzielbaren Strahlungsleistungen auf noch nicht mal 50 Watt ERP und bleiben unter 100 Watt EIRP. Auch die 4 Watt ERP im Frequenznutzungsplan sind ersatzlos zu streichen. Denn derselbe Regelungstatbestand ist schon mit den Vorschriften, welchen die zugelassenen CB-Funkgeräte entsprechen müssen, komplett "erschlagen".
Die heutigen Herzschrittmacher sind bei weitem störungsunempfindlicher, also noch die Modelle von vor 10 Jahren. Die Feldstärkewerte, bei welchen erste Störungen der HSM auf CB-Frequenzen beobachtet werden konnten, liegen bei knapp 100 V/m. Damit liegen diese Werte deutlich über dem Personenschutzgrenzwert von 27,5 V/m, der seinerseits weit zur sicheren Seite nach unten festgelegt ist. Weitere Übertreibungen von Grenzwerten nach unten hin bringen nicht ein Promille mehr Sicherheit, aber viel mehr vor allen Dingen absolut unsinnigen Verwaltungsaufwand. Wenn es mit Deutschland wieder aufwärts gehen soll, muss bei derartigen Regelungstatbeständen kräftig entrümpelt werden.
Veröffentlichung honorarfrei - Belegexemplar erbeten
(Dieser Beitrag ist, als Erstveröffentlichung, auf http://www.cb-radio.de/index.php?option=com_content&task=view&id=147&Itemid=65 erschienen.)
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