Elektrische Feldstärke
Die elektrische Feldstärke E beschreibt, wie stark ein elektrisches Feld an einem Ort ist. Physikalisch ist sie die Kraft, die das Feld auf eine Ladung ausübt, geteilt durch diese Ladung. Die Einheit ist Volt pro Meter (V/m).
Anschaulich ist sie das Spannungsgefälle: Liegen 230 Volt zwischen zwei Platten im Abstand von einem Zentimeter, herrscht dazwischen eine Feldstärke von 23 000 V/m, also 23 kV/m.
Größenordnungen
| Situation | Feldstärke |
|---|---|
| Empfangsfeldstärke eines Rundfunksenders, Versorgungsgrenze | Mikro- bis Millivolt pro Meter |
| Mobilfunk an öffentlichen Orten, typisch | Bruchteile von 1 V/m bis wenige V/m |
| Grenzwert Mobilfunk ab 2 GHz | 61 V/m |
| natürliches Feld der Atmosphäre bei schönem Wetter | rund 100 V/m |
| unter einer Höchstspannungsleitung | bis einige kV/m |
| Grenzwert Stromnetz, 50 Hz | 5 kV/m |
| Durchschlag in trockener Luft | rund 3 MV/m (3 kV/mm) |
Die Spanne reicht über mehr als zwölf Zehnerpotenzen. Deshalb rechnet die Funktechnik oft logarithmisch.
Feldstärke im Funk: dBµV/m
Für Empfangsfeldstärken ist die Einheit Dezibel bezogen auf ein Mikrovolt pro Meter üblich:
E in dBµV/m = 20 · log₁₀ (E / 1 µV/m)
| Feldstärke | dBµV/m |
|---|---|
| 1 µV/m | 0 |
| 1 mV/m | 60 |
| 1 V/m | 120 |
| 61 V/m | rund 156 |
Der Faktor 20 statt 10 kommt daher, dass die Feldstärke eine Amplitudengröße ist; die Leistung wächst mit ihrem Quadrat. Versorgungskarten für Rundfunk und Planungswerte im Mobilfunk arbeiten mit dBµV/m, das Datenblatt eines Empfängers dagegen meist mit dBm am Antenneneingang.
Feldstärke im Strahlenschutz
Im Strahlenschutz ist die elektrische Feldstärke die wichtigste Messgröße. Die Verordnung über elektromagnetische Felder setzt ihre Grenzwerte in V/m, für Hochfrequenz als Effektivwert, gemittelt über sechs Minuten.
Im Fernfeld einer Antenne hängen elektrische Feldstärke, magnetische Feldstärke und Leistungsflussdichte fest zusammen. Aus einer Größe folgen die anderen:
- H = E / 377 Ω
- S = E² / 377 Ω
Die Feldstärke nimmt im Fernfeld umgekehrt proportional zur Entfernung ab, die Leistungsflussdichte mit dem Quadrat. Doppelter Abstand halbiert die Feldstärke und viertelt die Leistung.
Messberichte geben häufig die Grenzwertausschöpfung an. Für Mobilfunk ist sie das Quadrat des Feldstärkeverhältnisses: Ein Zehntel des Feldstärke-Grenzwerts entspricht 1 Prozent Ausschöpfung.
Effektivwert und Spitzenwert
Bei Wechselfeldern unterscheidet man den Effektivwert vom Spitzenwert. Bei einer Sinusschwingung ist der Spitzenwert das √2-fache, rund das 1,41-fache, des Effektivwerts. Grenzwerte gelten als Effektivwert. Für gepulste Signale, etwa Radar, begrenzt die 26. BImSchV zusätzlich den Spitzenwert.
Abgrenzung
Magnetische Feldstärke und Flussdichte. Das magnetische Feld wird in A/m oder als Flussdichte in µT angegeben. Bei Stromleitungen sind elektrisches und magnetisches Feld unabhängig voneinander und werden getrennt gemessen.
Spannung. Die Spannung in Volt liegt zwischen zwei Punkten an. Die Feldstärke beschreibt, wie steil sie über eine Strecke abfällt.
Signalpegel. Pegel in dBm oder dBµV beziehen sich auf Leistung oder Spannung an einem Anschluss, nicht auf das Feld im Raum.