Антена, підключена до передавача, перетворює електричний сигнал на хвилі, що розлітаються простором, ніби потужний голос, який лунає через океан ефіру. Потужність випромінювання саме те, що визначає, наскільки далеко і чітко цей голос долетить. У простих словах, це вся енергія, яку джерело – від радіостанції до Wi-Fi роутера – справді випускає в навколишній світ, а не просто споживає. Для початківців: уявіть лампочку – не вся подана потужність йде в світло, частина втрачається на нагрів. Так само з антенами.
У технічному сенсі потужність випромінювання вимірюється в ватах (Вт) або децибелах відносно мілівата (dBm), де 0 dBm дорівнює 1 мВт, а 30 dBm – вже солідні 1 Вт. Цей параметр критичний для радіозв’язку, бо від нього залежить дальність, якість сигналу та навіть відповідність нормам безпеки. А для просунутих – це основа для оптимізації систем 5G чи супутникового інтернету.
Тепер зануримося глибше: не плутайте її з потужністю, поданою на антену. Частина йде в тепло через опір, втрати в кабелях чи неефективність конструкції. Лише чиста потужність випромінювання летить у ефір, формуючи поле, яке ловлять приймачі за кілометри.
Базові поняття: що ховається за терміном
Потужність випромінювання виникає, коли коливання зарядів – у дроті антени чи навіть у релятивістських частинках – генерують електромагнітні хвилі. У класичній електродинаміці для короткого електричного диполя довжиною L << λ (довжина хвилі) радіаційний опір становить близько 20 π² (L/λ)² Ом. Тоді середня потужність P = I_rms² × R_rad, де I_rms – ефективний струм.
Наприклад, на частоті 100 МГц (λ=3 м) для диполя L=0.03 м (1% λ) R_rad ≈ 0.006 Ом. При I_rms=1 А потужність – мізерні 6 мВт. Але масштабуйте: у реальних антенах струми вищі, конструкції складніші. Це пояснює, чому прості саморобні антени слабкі, а професійні – монстри ефіру.
Щільність потоку потужності S (Вт/м²) у дальній зоні – ключ до розуміння. Вона падає як 1/r², де r – відстань. Формула для диполя: S(θ) = (μ₀ p² ω⁴ sin²θ)/(32 π² c r²), з p – дипольний момент. Максимум перпендикулярно осі диполя, нуль вздовж неї – класична “бублик”-діаграма.
Формули розрахунку: від теорії до калькулятора
Повна потужність випромінювання інтегрує S по всій сфері: P_rad = ∫ S r² dΩ. Для короткого диполя це спрощується до P = (μ₀ ω⁴ p²)/(12 π c), де ω=2πf. Ці формули з класичної електродинаміки, перевіреними в лабораторіях на кшталт тих, що описані в підручниках MIT чи LibreTexts.
Практичний розрахунок для антен: використовуйте коефіцієнт підсилення G і ефективність η. P_rad = P_in × η, де P_in – подана потужність. Підсилення G = 4π A_e / λ², з A_e – ефективною площею.
Ось кроки для самостійного обчислення потужності випромінювання:
- Виміряйте або знайдіть подану потужність P_t у Вт (або переведіть з dBm: P = 10^{(dBm/10)} / 1000).
- Визначте ефективність антени η (від 0.5 для саморобок до 0.95 для pro) – з даташиту або VSWR.
- Обчисліть P_rad = P_t × η.
- Для точності врахуйте втрати кабелю: P_t = P_tx – loss_cable.
- Перевірте в dBm для зручності: dBm_rad = 10 log(P_rad × 1000).
Після списку додамо нюанс: у VHF/UHF η висока, але на HF паразитні ємності крадуть енергію. Регулярно калібруйте SWR-метром, бо поганий матч – як відкритий кран у системі.
| Одиниця | Значення | Приклад застосування |
|---|---|---|
| Вт | 1 Вт | Радіоаматор HF |
| dBm | 30 dBm | Wi-Fi точка доступу |
| dBW | 0 dBW | Базова станція 1 Вт |
| мВт | 100 мВт | Bluetooth |
Таблиця базується на стандартах IEEE та ETSI. Джерело: uk.wikipedia.org. Перетворення: 1 Вт = 30 dBm = 0 dBW. У 2026 році з ростом 5G dBW частіше для макро-станцій.
EIRP та TRP: як не заплутатися в ключових метриках
EIRP (ефективна ізотропно випромінювана потужність) – це “пік” сили в найкращому напрямку, ніби фокусований промінь прожектора. Формула: EIRP = P_t + G_max – L, де G_max – максимальне підсилення в dBi, L – втрати. Згідно з uk.wikipedia.org, це потужність, яку видав би ізотропний випромінювач для тієї ж щільності в максимумі.
TRP (загальна потужність випромінювання) – інтегральна міра, середня по сфері: TRP = (1/4π) ∫ EIRP(θ,φ) dΩ. Простіше: TRP ≈ P_t × η_antenna. Різниця: EIRP фокусована, TRP – загальна “енергетична витрата”. У сертифікації FCC/Укрчастоти TRP важливіший для інтерференції.
Порівняємо на прикладі Wi-Fi роутера: P_t=20 dBm, G=5 dBi, L=1 dB → EIRP=24 dBm (250 мВт). Для omnidirectional антени TRP ≈23 dBm (200 мВт), бо η=0.8. У 5G з beamforming EIRP сягає 60 dBm (1 кВт!), але TRP нижчий.
- Переваги EIRP: Показує дальність у цільовому напрямку, критична для point-to-point.
- Недоліки: Ігнорує бокові пелюстки, може вводити в оману щодо загальної потужності.
- TRP для просунутих: Ідеальна для мобільних пристроїв, де антена обертається.
Ці метрики – серце сертифікації. Без розуміння їх ваші розрахунки – як стрільба навмання.
Застосування в радіозв’язку та сучасних технологіях
У аматорському радіо України (регламент Укрчастоти) для класу NOVICE – до 10 Вт ERP на HF, для HAREC – 400 Вт VHF, 1500 Вт HF. Радіоаматор з 100 Вт і дипольною антеною (G=2 dBi) має EIRP ~23 dBm – вистачить на 1000 км QSO.
У Wi-Fi 6 (2026 стандарт) EIRP обмежено 36 dBm на 5 ГГц. Для 5G пілот в Україні (700/3500 МГц) макро-BS EIRP до 200 Вт/сектор, pico – 250 мВт. Beamforming множить ефективність, ніби антена “дивиться” прямо на телефон.
Супутники Starlink: TRP ~50 dBm, але розподілена по phased array. У дронах FPV антени 1-5 dBi дають EIRP 25-30 dBm – ідеал для відео на 5 км.
Нормативи безпеки та обмеження в Україні
Укрчастоти (ucrf.gov.ua) регулює РЕМ: для населення щільність потоку <10 мкВт/см² (GSM), для 5G – подібно з урахуванням mmWave. Базові станції: pico до 250 мВт EIRP у приміщенні, макро – coordination distance.
З 2025-2026 нормативи гармонізовані з ЄС: EN 301 908 для 5G. Перевищення – штраф чи конфіскація. Для роутерів: max 20 dBm indoor без антени.
Типові обмеження по діапазонах
- HF (1.8-30 МГц): 1500 Вт PEP для HAREC.
- VHF/UHF: 400 Вт ERP.
- 2.4 ГГц Wi-Fi: 20 dBm EIRP.
- 5G n78 (3.5 ГГц): 55 dBm/100 МГц на BS.
Моніторте поле смартфоном – норма <1 В/м поблизу. У воєнний час 2026 року акцент на резервування, але потужності стабільні.
Практичні кейси
Кейс 1: Радіоаматор на 80м. Передатчик 100 Вт, диполь G=2.15 dBi, SWR=1.2 (loss 0.5 dB). EIRP = 100*(10^{0.0215}) /1.12 ≈ 131 Вт (21 dBm). Дальність: 500-2000 км залежно від умов. Порада: підніміть антену на 10м – +3 dB!
Кейс 2: Wi-Fi most на 500м. Роутер 23 dBm, параболічна антена 24 dBi, кабель 2 dB loss. EIRP=45 dBm (31 Вт). Зв’язок стабільний, throughput 500 Мбіт/с. Увага: перевірте ліцензію для >36 dBm.
Кейс 3: 5G домашня станція. Pico-BS 24 dBm + indoor антена 5 dBi =29 dBm EIRP. Покриває 100 м², швидкість 1 Гбіт/с. У 2026 пілотах Київ/Львів – реальність.
Ці приклади з практики радіоаматорів та даташитів Ubiquiti/Netgear. Експериментуйте, але в межах норм!
Сучасні інструменти як spectrum analyzer дозволяють виміряти реальну потужність у польових умовах. Зростання IoT у 2026 робить тему ще гострішою – кожен смарт-девайс додає свій “голос” в ефір.
Оптимізуючи потужність випромінювання, ви не просто сигнал посилюєте – створюєте надійний міст через хаос частот. Експериментуйте з моделями антен у 4NEC2, тестуйте – і ефір відповість взаємністю.