Quelle différence entre dBµV/m et dBµV ?

Les dBµV/m mesurent un champ dans l’espace, en microvolts induits par mètre d’antenne. Les dBµV mesurent une tension sur un connecteur, en général sur 50 Ω. Le pont entre les deux est le facteur d’antenne : V (dBµV) = E (dBµV/m) − AF (dB/m). Sans facteur d’antenne, les deux chiffres ne sont pas comparables.

Pourquoi la puissance reçue dépend-elle de la fréquence à champ constant ?

Parce que la surface de captation de l’antenne en dépend. La surface équivalente vaut Ae = G·λ^2 / (4π) et diminue, à gain fixe, comme le carré de la fréquence. Un champ de 1 mV/m délivre −57,2 dBm à une antenne isotrope à 100 MHz, mais seulement −92,5 dBm à 5,8 GHz. Le champ est identique. L’antenne en intercepte simplement moins.

Qu’est-ce qu’un facteur d’antenne ?

Le rapport entre l’intensité de champ au niveau de l’antenne et la tension qu’elle délivre au récepteur, en dB par mètre. Les antennes de mesure CEM sont livrées avec une table de facteurs d’antenne étalonnée. La mesure vaut alors lecture du récepteur plus facteur d’antenne plus pertes de câble. Pour une antenne sans perte : AF = 20·log10(9,73 / (λ·√(G))).

Ces formules valent-elles près de l’antenne ?

Non. Elles supposent une onde plane, donc le champ lointain : au-delà d’environ 2D^2 / λ pour une ouverture de dimension D, et à quelques longueurs d’onde au minimum. En champ proche, E et H ne sont plus liés par Z₀. La densité de puissance ne s’y déduit pas du seul champ électrique. Elle doit être mesurée séparément.

Quels champs les limites d’exposition autorisent-elles ?

Aux États-Unis, le 47 CFR § 1.1310 plafonne l’exposition du public à 27,5 V/m (0,2 mW/cm²) entre 30 et 300 MHz, et l’exposition professionnelle à 61,4 V/m (1,0 mW/cm²). Saisissez ces valeurs ici et les affichages de densité de puissance retrouvent exactement les chiffres du tableau.

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Convertisseur d’intensité de champ

L’intensité de champ est le champ électrique porté par une onde radio, en volts par mètre ou en dBµV/m. Ce convertisseur en tire la densité de puissance en W/m² ou mW/cm², puis la puissance qu’une antenne de réception délivre sur une entrée 50 Ω, en dBm. Cette étape exige la fréquence, car une longueur d’onde plus grande capte plus d’énergie.

Intensité de champ ou densité de puissance

Unité saisie

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Fréquence

Fixe la longueur d’onde, donc la surface équivalente de l’antenne.

Gain de l’antenne de réception

dBi

0 dBi correspond à une antenne isotrope, un dipôle demi-onde vaut 2,15 dBi.

Intensité de champ E

60,0 dBµV/m

= 1 mV/m

Puissance reçue

−57,2 dBm

= 1,9 nW sur 50 Ω

Densité de puissance S

2,65e−9 W/m²

= 2,65e−10 mW/cm²

Densité de puissance S, dB

−85,8 dBW/m²

référence 1 W/m²

Facteur d’antenne

10,2 dB/m

à soustraire des dBµV/m pour obtenir des dBµV sur 50 Ω

Surface équivalente

0,715 m²

λ = 3 m

Une onde plane arrive de la gauche vers l’antenne de réception. La sinusoïde est le champ électrique, la zone en pointillés la surface que l’antenne capte réellement. Les trois cases du bas reprennent les valeurs des résultats : le champ saisi, la densité de puissance après division par Z₀, puis la puissance sur l’entrée 50 Ω après multiplication par cette surface. Amplitude, longueur d’onde et surface suivent les réglages, mais restent un croquis.

Valable en champ lointain, pour une onde plane en espace libre. L’antenne de réception est supposée sans perte, adaptée à 50 Ω et alignée sur l’onde. Près d’un émetteur, à l’intérieur ou sur un site réfléchissant, E et H ne sont plus liés par Z₀. Une mesure réelle demande alors le facteur d’antenne étalonné et les pertes de câble.

Niveaux de référence

dBµV/m	Intensité de champ E	Densité de puissance S	Ce que représente ce niveau
0,0	1 µV/m	2,65e−15	Point de référence de l’échelle dBµV/m : 1 µV/m
54,0	501 µV/m	6,67e−10	FM stéréo, champ minimal utilisable en zone rurale (UIT-R BS.412)
60,0	1 mV/m	2,65e−9	1 mV/m, l’exemple de calcul ci-dessous
66,0	2 mV/m	1,06e−8	FM stéréo, champ minimal utilisable en zone urbaine (UIT-R BS.412)
120,0	1 V/m	0,00265	Exactement 1 V/m, ce qui fait de 120 dBµV/m un repère commode
148,8	27,5 V/m	2,01	Limite d’exposition FCC pour le public, 30–300 MHz (0,2 mW/cm²)
155,8	61,4 V/m	10	Limite d’exposition FCC en milieu professionnel, 30–300 MHz (1,0 mW/cm²)

La densité de puissance découle du seul champ, S = E² / Z₀. Les niveaux de planification FM sont des médianes mesurées à 10 m au-dessus du sol. Les limites FCC sont moyennées sur 30 minutes pour le public et sur 6 minutes en milieu professionnel.

Comment ça marche

01
Lire le champ en volts par mètre

L’intensité de champ s’exprime en dB au-dessus d’un microvolt par mètre : E (V/m) = 10^E_dB/20 · 10⁻⁶. Ainsi 60 dBµV/m valent 1 mV/m, et 20 dB de plus correspondent à un facteur dix en volts par mètre.
02
Diviser par l’impédance du vide

En champ lointain, l’onde est localement plane et Z₀ = 376,73 Ω lie E et H. La densité de puissance découle donc du seul champ : S = E² / Z₀. C’est ce calcul qui transforme 27,5 V/m en 0,2 mW/cm².
03
Multiplier par la surface équivalente

Une antenne intercepte une surface, pas une longueur. Sa surface équivalente vaut A_e = G·λ² / (4π), d’où P = S · A_e. À champ égal, dix fois la fréquence donne cent fois moins de puissance.
04
Ou passer directement par le facteur d’antenne

Les récepteurs de mesure sautent l’étape intermédiaire. Le facteur d’antenne AF = 20·log₁₀(9,73 / (λ·G)) convertit le champ en tension aux bornes en une seule soustraction, et sur 50 Ω : P (dBm) = E (dBµV/m) − AF − 107.

Formules

Densité de puissance à partir du champ

S = E²Z₀

S — densité de puissance, W/m²
E — intensité du champ électrique, V/m (valeur efficace)
Z₀ — impédance du vide, 376,73 Ω (l’approximation classique 120π donne 376,99)

Puissance délivrée au récepteur

P = S · A_e = E²Z₀ · G · λ²4π

P — puissance sur un récepteur adapté, W
A_e — surface équivalente, m²
G — gain de l’antenne de réception, linéaire (G = 10^{G_dBi / 10})
λ — longueur d’onde, m (λ = c / f)

Facteur d’antenne et raccourci 50 Ω

AF = 20·log₁₀ 9,73λ·G P_dBm = E_dBµV/m − AF − 107

AF — facteur d’antenne, dB/m
9,73 = 4π · Z₀ / 50
107 ≈ 120 − 10·log₁₀(20), le décalage dBµV vers dBm sur 50 Ω

Exemple de calcul

60 dBµV/m à 100 MHz sur une antenne isotrope

E = 60 dBµV/m = 10^60/20 · 10⁻⁶ V/m = 1 mV/m
S = E² / Z₀ = 10⁻⁶ / 376,73 = 2,65×10⁻⁹ W/m² = 2,65×10⁻¹⁰ mW/cm²
λ = c / f = 2,998 m, donc A_e = 1 · 2,998² / (4π) = 0,715 m²
P = S · A_e = 2,65×10⁻⁹ · 0,715 = 1,90×10⁻⁹ W = −57,2 dBm
AF = 20·log₁₀(9,73 / 2,998) = 10,2 dB/m
vérification par le raccourci 50 Ω : 60 − 10,2 − 107 = −57,2 dBm

FAQ

Quelle différence entre dBµV/m et dBµV ?: Les dBµV/m mesurent un champ dans l’espace, en microvolts induits par mètre d’antenne. Les dBµV mesurent une tension sur un connecteur, en général sur 50 Ω. Le pont entre les deux est le facteur d’antenne : V (dBµV) = E (dBµV/m) − AF (dB/m). Sans facteur d’antenne, les deux chiffres ne sont pas comparables.
Pourquoi la puissance reçue dépend-elle de la fréquence à champ constant ?: Parce que la surface de captation de l’antenne en dépend. La surface équivalente vaut A_e = G·λ² / (4π) et diminue, à gain fixe, comme le carré de la fréquence. Un champ de 1 mV/m délivre −57,2 dBm à une antenne isotrope à 100 MHz, mais seulement −92,5 dBm à 5,8 GHz. Le champ est identique. L’antenne en intercepte simplement moins.
Qu’est-ce qu’un facteur d’antenne ?: Le rapport entre l’intensité de champ au niveau de l’antenne et la tension qu’elle délivre au récepteur, en dB par mètre. Les antennes de mesure CEM sont livrées avec une table de facteurs d’antenne étalonnée. La mesure vaut alors lecture du récepteur plus facteur d’antenne plus pertes de câble. Pour une antenne sans perte : AF = 20·log₁₀(9,73 / (λ·G)).
Ces formules valent-elles près de l’antenne ?: Non. Elles supposent une onde plane, donc le champ lointain : au-delà d’environ 2D² / λ pour une ouverture de dimension D, et à quelques longueurs d’onde au minimum. En champ proche, E et H ne sont plus liés par Z₀. La densité de puissance ne s’y déduit pas du seul champ électrique. Elle doit être mesurée séparément.
Quels champs les limites d’exposition autorisent-elles ?: Aux États-Unis, le 47 CFR § 1.1310 plafonne l’exposition du public à 27,5 V/m (0,2 mW/cm²) entre 30 et 300 MHz, et l’exposition professionnelle à 61,4 V/m (1,0 mW/cm²). Saisissez ces valeurs ici et les affichages de densité de puissance retrouvent exactement les chiffres du tableau.

Une intensité de champ ne vaut que pour un endroit précis. Waveshed calcule la couverture sur de vraies données d’altitude, pour voir où un émetteur fournit encore le niveau voulu. Gratuitement, dans votre navigateur.

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Diagrammes d’antenne & le panneau capteur — le gain est une direction, pas un chiffre unique. Le diagramme décide de ce que voit vraiment le récepteur

Sources & lectures complémentaires

ITU-R Recommendation P.525 — Calculation of free-space attenuation ↗ — relie puissance rayonnée, intensité de champ et densité de flux de puissance en espace libre
ITU-R Recommendation BS.412 — Planning standards for terrestrial FM sound broadcasting at VHF ↗ — les champs utilisables en dBµV/m repris dans le tableau de référence
47 CFR § 1.1310 — Radiofrequency radiation exposure limits ↗ — tableau FCC en V/m, A/m et mW/cm², la vérification croisée de ce convertisseur
Antenna factor — Wikipedia ↗ — démonstration de AF = 9,73 / (λ·√G) pour une charge de 50 Ω

Convertisseur d’intensité de champ

Niveaux de référence

Comment ça marche

Lire le champ en volts par mètre

Diviser par l’impédance du vide

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