Leistungsdichte (Power Density)

Die Leistungsdichte (Power Density) ist eine physikalische Größe, die angibt, wie viel Leistung pro Flächeneinheit übertragen oder empfangen wird. Sie wird üblicherweise in Watt pro Quadratmeter (W/m²) angegeben und ist von zentraler Bedeutung für die Bewertung der elektromagnetischen Feldexposition, der Signalstärke und des Energieübergangs in Hochfrequenzsystemen.

Formeln zur Leistungsdichte

Allgemeine Definition:

S = P / A

mit:

• S: Leistungsdichte (W/m²)

• P: Gesamtleistung (W)

• A: Fläche, über die sich die Leistung verteilt (m²)

Elektromagnetische Felder:

Im Freiraum steht die Leistungsdichte auch in Beziehung zur elektrischen Feldstärke:

S = E² / η

mit:

• E: elektrische Feldstärke (V/m)

• η: Wellenwiderstand des freien Raums (ca. 377 Ohm)

Diese Formel gilt für ebene Wellen in einem verlustfreien Medium.

Beispielrechnungen

• Funkübertragung:
  P = 100 W, A = 10 m² → S = 100 / 10 = 10 W/m²

• EMF-Exposition:
  E = 100 V/m → S = 100² / 377 ≈ 26,5 W/m²

Anwendungsbereiche

• Elektromagnetische Sicherheit: Überprüfung der Einhaltung von Grenzwerten für die Exposition von Personen (öffentlich und beruflich)

• Drahtlose Kommunikation: Abschätzung von Empfangsleistung und effektiver Strahlungsleistung (EIRP)

• Antennentechnik: Bewertung der Strahlungseigenschaften und des Wirkungsgrads

• Satelliten- und Radarsysteme: Bestimmung der am Empfänger ankommenden Signalstärke

• Medizintechnik: Bewertung der Exposition in bildgebenden oder therapeutischen Systemen

• Thermisches Management: Überwachung der Energieverteilung in Hochleistungsbauteilen