Leistungsflussdichte
Die Leistungsflussdichte S gibt an, wie viel Leistung eine elektromagnetische Welle durch eine Fläche senkrecht zur Ausbreitungsrichtung trägt. Die Einheit ist Watt pro Quadratmeter (W/m²). Im Strahlenschutz und im Funk heißt sie auch Strahlungsdichte oder, englisch, power density.
Wie sie mit der Entfernung abnimmt
Ein Sender, der gleichmäßig in alle Richtungen strahlt, verteilt seine Leistung auf eine Kugeloberfläche. Deren Fläche wächst mit dem Quadrat des Radius:
S = EIRP / (4π · r²)
Die äquivalente isotrope Strahlungsleistung (EIRP) setzt dabei den Antennengewinn in Hauptstrahlrichtung schon ein. Doppelter Abstand bedeutet ein Viertel der Leistungsflussdichte, zehnfacher Abstand ein Hundertstel.
| EIRP | 10 m | 50 m | 100 m |
|---|---|---|---|
| 1000 W | 0,80 W/m² | 0,032 W/m² | 0,008 W/m² |
| 0,1 W (WLAN-Router) | 0,08 mW/m² | 3,2 µW/m² | 0,8 µW/m² |
Die Werte gelten in Hauptstrahlrichtung und ohne Dämpfung durch Wände. Neben oder unter einer Sektorantenne ist die Leistungsflussdichte deutlich kleiner.
Umrechnung in Feldstärke
Im Fernfeld sind Leistungsflussdichte und elektrische Feldstärke über den Feldwellenwiderstand des freien Raums von rund 377 Ohm verknüpft:
S = E² / 377 Ω und E = √(377 Ω · S)
| Feldstärke | Leistungsflussdichte |
|---|---|
| 61 V/m (Grenzwert ab 2 GHz) | 9,87 W/m² |
| 41,25 V/m (Grenzwert 900 MHz) | 4,51 W/m² |
| 6,1 V/m | 0,099 W/m² |
| 1 V/m | 2,65 mW/m² |
| 0,1 V/m | 26,5 µW/m² |
Im Nahfeld einer Antenne gilt diese Umrechnung nicht. Dort müssen elektrisches und magnetisches Feld getrennt bestimmt werden.
Einheiten
Neben W/m² sind kleinere Einheiten üblich, je nach Quelle:
| Einheit | in W/m² | Verwendung |
|---|---|---|
| W/m² | 1 | Grenzwerte, Behörden |
| mW/m² | 0,001 | Messberichte |
| µW/m² | 0,000 001 | Messgeräte für Laien, Baubiologie |
| µW/cm² | 0,01 | ältere und US-amerikanische Literatur |
Beim Vergleich von Messwerten sind diese Einheiten die häufigste Fehlerquelle: 1 µW/cm² sind 10 000 µW/m².
Zum Vergleich: Sonnenlicht
Sonnenlicht erreicht an einem klaren Tag am Boden rund 1000 W/m², also etwa das Hundertfache des Mobilfunk-Grenzwerts. Der Vergleich zeigt die Größenordnung der Energie, aber keine Gleichwertigkeit der Wirkung: Licht wird an der Hautoberfläche aufgenommen, Mobilfunkfelder dringen je nach Frequenz einige Millimeter bis Zentimeter ein.
Abgrenzung
Leistungsdichte im Rechenzentrum. Die Leistungsdichte gibt dort die elektrische Leistung je Rack oder Quadratmeter an. Gleiches Wort, andere Sache.
Spektrale Leistungsdichte. Leistung je Frequenzbereich, etwa in dBm/Hz. Wichtig für Rauschen und Störungen, nicht für den Strahlenschutz.
Spezifische Absorptionsrate. Die im Körper aufgenommene Leistung je Kilogramm. Die Leistungsflussdichte beschreibt, was ankommt, die SAR, was davon im Gewebe bleibt.