無線通信におけるERPの理解：定義、法的制限、主要影響要因

ERPは主に、インターカム、IFB、IEMなどで外部アンテナを使用するシステムに適用されます。例えば、FCCはこのERPデータを用いてシステムが合法的に動作しているか判断します。ERPはまた、電波が空間にどう放射されるか理解するのに役立ちます。米国のFM放送サービスの最大ERPは、FMゾーンIIで100,000ワット、人口密集ゾーンで50,000ワットです。ただし、正確な制限はライセンスクラスとHAAT（平均地上高アンテナ高度）に依存します。ここではERP無線と、信号強度および送信機出力電力との関係について議論します。

ERPの定義

すべての電磁波伝送システムにおいて、実効放射電力（ERP）は、SI単位ワットで測定される無線周波数エネルギーの理論的測定単位です。主に通信システムで扱われます。システム利得を加算し、システム損失を減算することで計算できます。

ERPはEffective Radiated Power（実効放射電力）/ Equivalent Radiated Power（等価放射電力）を意味します。IEEE定義によれば、ERPは無線送信機が放出する指向性無線周波数電力です。言い換えれば、半波長ダイポールアンテナから放射される電力が、実際の送信アンテナの最も強力なビーム方向において、遠方の受信点で同じ放射強度を与える値です。

ERPでは、送信機出力電力と、アンテナがその電力を特定方向に指向する能力を測定します。これは、アンテナ入力電力と、与えられた方向でのアンテナ利得の積です。方向が指定されない場合は、最大利得方向を取ります。放送業界では、ERPを用いて放送局のリスナーが受信エリアで体験するおおよその電力を計算します。

同じことを測定する代替パラメータとして、実効等方性放射電力（EIRP）があります。ERPとEIRPの違いは1つだけです。ERPでは実際のアンテナを半波長ダイポールアンテナと比較し、EIRPでは理論的な等方性放射体（半波長ダイポール）と比較します。半波長ダイポールアンテナの利得は等方性放射体比で1.64倍であるため、

EIRP(W) = 1.64 × ERP(W)

画像：ラジオ局

送信機出力電力との関係

送信機出力電力がERPに与える影響を理解しましょう。

法令によれば、無免許の超高周波マイクシステムとインイヤーモニター送信機の出力制限は50mWです。信号チェーンでは、送信出力が第1ステップです。さらに、信号は様々な物理デバイスとインターフェースを通過します。これらにはケーブル、アンプ、コネクタ、アンテナが含まれます。これらすべてが空間に放射される電磁波電力に影響を与えます。

したがって、ERPを計算すると：

ERP = 最大送信機出力電力 + アンテナ利得 − 減衰 − ケーブル損失とコネクタ損失

送信機には回路とアンプがあり、これらが信号を出力接続へ押し出します。IEM送信機が50mWで動作しアンテナがない場合、出力は約50mWになります。同軸ケーブルを通過すると信号が弱まります。ケーブル損失量は3要因に依存します：

• 第1に、送信周波数
• 第2に、ケーブルの長さ（フィート）
• 第3に、ケーブルの同軸タイプ

これらすべての変数は予測可能です。さらに、コネクタをしっかり締めることでコネクタ損失を最小化できます。しかし、わずかな損失は防げません。

アンテナのERPへの影響はアンテナ利得に依存します。アンテナは送信機のエネルギーを狭い領域に集中させるレンズのようなものです。したがって、ERPは空間を通過するにつれて強化されます。高利得アンテナは望遠レンズのように働きERPを増大させます。一方、低利得アンテナはERPを増大させません。

アンテナのERPへの影響はかなり劇的です。

例で理解しましょう。50mW出力のIEM送信機に9dBd CPビームを接続すると、ERPに劇的な変化が見られます。ERPは約390mWになり、集中した無線波ビームとして空間を飛びます。ただし、接続とケーブルで信号はわずかに弱まります。

画像：オーディオ波とマイクロフォン

FCC規則パート74によれば、無免許・有免許ユーザーともに、超高周波帯（470〜698MHz）で送信機に適切な利得のアンテナを使用できます。有免許のアンテナ入力電力が250mWを超えず、無免許が50mWを超えない限り、ERP放射に関する規則はありません。ただし、有免許サービスに干渉する構成を使用すると責任を問われる可能性があります。

2.4GHz帯では、出力上限は1ワット、ERPは4ワットです。したがって、2.4GHz送信機に高利得アンテナを接続する際は注意が必要です。

信号強度との関係

画像：ベクトル音波のセット

信号が見通し線内を伝播する場合（マルチパスなし）、EIRPまたはERPから無線信号の信号強度Sを計算できます。この信号強度は、アンテナから距離rにおけるメインローブ軸上のものです。信号強度はワット/平方メートルの電力フラックス密度としても示されます。等方性アンテナがアンテナ球面上に等しい電力フラックス密度を放射するため、

S(r) = EIRP / 球の表面積

ここで、EIRP = ERP × 1.64

電波が地面を伝播する場合（中波・長波放送での間接パスや空中波）、信号は弱まります。弱まり具合は通過する地形に依存します。その結果、上記式は無効になります。

結論

リピーターシステムを確立するにはERPが必要です。アンテナの実効放射電力を知ることで、リピーターのカバレッジエリアを管理できます。マイクシステムや送信機の設置でお困りなら、お気軽にご相談ください。あなたの計画をサポートする高品質ケーブルアセンブリも提供しています。