TopТехнический словарьдБи – усиление изотропной антенны

дБи – коэффициент усиления антенны (“G”), выраженный в единицах дБи, сообщает нам на сколько значение коэффициента усиления антенны в децибелах больше по сравнению с гипотетичной изотропной антенной, если предположить, что на две антенны подавали одинаковую мощность.

 

На самом деле это только теоретическое значение, поскольку изотропная антенна не существует в реальностии, ее не можно и не сконтструктировать и не построить. Это можно только вычислить или представить теоретически.

 

Откуда взялся термин изотропная? Изотропия, изотропная с греческого “isos”, то-есть равный, одинаковый, и, “tropos”, то-есть возвращение, вращение. В науке это название определяет характеристики тел, показывающих одинаковые, однородные свойства во всех направлениях.

 

Таким образом, теоретическая изотропная антенна бесконечно малая точка в вакууме, излучающая совершенно однородно (изотропно) в любом пространственном направлении, без отражений и потерь ( характеристическое излучение является сферой).

 

Следующие рисунки помогут нам представить себе изотропную антенну:

 

как точка в пространстве

 

как излучающаяся точка в пространстве

 

Для расчета энергетического выиграша изотропной антенны используем формулу:

 

G(dBi) – коэффициент усиления изотропной антенны, выраженный в децибелах
(G) – сколько раз сильнее антенна принимает (передает) от изотропной антенны ( в линейном масштабе)

 

После преобразования имеем классический пример:

 

Пример. Подсчитываем, на сколько антенна с коэффициентом усиления антенны от 17 дБи получает (передает) сигнал сильнее от изотропной антенны.

 

Так, антенна с коэффициентом усиления 17дБи принимает (передает) сигнал 50,11 сильнее от изотропной антенны.

 

Изотропная антенна имеет коэффициент усиления = 0 дБи

 

Обратите внимание, что полуволновой диполь имеет теоретическое усиление на 2,15 дБ больше по сравнению с изотропной антенной (поскольку напряженность поля диполя в данном направлении на 2,15 дБ больше. то-есть в 1,64 раза больше, чем изотропная антенна):

 

G(dBi) = G(dBd) + 2.15 dB

 

G(дБи) – коэффициент усиления антенны “полуволновый диполь”

 

Пример. У нас есть усиление антенны 8 дБи. Подсчитываем выигрыш при усилению этой антенны по отношению к полуволновому диполю:

 

G(dBd) = G(dBi) – 2.15 = 8 dBi – 2.15 = 5.85 dBd

 

Блок дБи и определение изотропной антенны используется при расчете E.I.R.P. Это очень важный параметр, используемый при проектировании и подсчете параметров Wi-Fi сетей, спутниковых каналов связи и т.д.

 

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) – эквивалентная заменяющая мощность, излучающаяся изотропно означает определение “мощность, которую должна излучать гипотетическая изотропная антенна, чтобы получить тот же уровень сигнала в направлении максимального излучения данной антенны”.

 

В соответствии с положениями, действующими в Польше и Европейском Союзе, соответствующее Положение определяет максимальную мощность, с которой можна передавать в данном диапазоне частот Wi-Fi (превышение этой мощности означает нарушение закона):

 
  • 2400,0 – 2483,5 МГц (диапазон 2,4 ГГц) – мощность не может превышать 100 mW E.I.R.P. (20 dBm),
  • 5150 – 5350 МГц (диапазон 5 ГГц)- мощность не может превышать 200 mW E.I.R.P. (23 dBm) – разрешается использовать оборудование только внутри помещения,
  • 5725 – 5875 МГц (диапазон 5 ГГц) – мощность не может превышать 1000 mW E.I.R.P. (30 dBm). 

    • Чтобы не превышать пределов E.I.R.P., необходимо учитывать :

     
  • выходную мощность передатчика ( например сетевой адаптер, пункт доступа),
  • тип кабеля, его длина и затухание для частоты работы и ослабление разъемов,
  • коэффициент усиления антенны. 

    • Помните, что производители точек доступа (Access Points) часто подают мощность передатчика в E.I.R.P. Это означает, что устройство соответствует правилам только и исключительно с присоединенной или встроенной антенной. Если решаемся самостоятельно создавать приложения Wi-Fi, мы должны сами выполнить простые расчеты и проверить, находимся ли мы в пределах мощности, разрешенных юридически.

     

    Для приложений, состоящих из передатчика, (например, беспроводного маршрутизатора), кабеля и антенны E.I.R.P. вычисляем по следующей формуле:

     

    E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

     

    P – мощность передатчика, выраженная в дБм
    l – длина кабеля подана в метрах
    Tк затухание 1 м кабеля для частоты работы передатчика
    Gi – коэффициент усиления изотропной антенны, выраженный в децибелах

     

    Короче говоря:

     

    E.I.R.P. = мощность передатчика (dBm) + усиление антенны (dBi) – ослабление кабеля (dB) – ослабление разъемов (дБ)

     

    Для упрощения расчетов принимаем затухание одного разъемa = 0,5 дБ

     

    Пример. Строим сеть Wi-Fi в диапазоне 2,4 ГГц и имеем:

     
  • точка доступа мощностью 16 дБм,
  • aвсенаправленную антенну с коэффициентом усиления 8 дБи,
  • 8 метров кабеля TRI-LAN-240 (затухание для 2,4 ГГц -это 0,4 дБ/метр) или 8 х0,4 дБ = 3,2 дБ,
  • два разъема – подавление + 2 х 0,5 дБ = 1 дБ. 

    • Подсчитываем:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (находимся в законодательстве -мощность меньше, чем 20 дБм).

     

    Если, например, применяем в этом случае коэффициент усиления антенны 13 дБи:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (т.е. o 4,8 дБм слишком много!)

     

    Имейте в виду, что не каждая точка доступа способна уменьшить выходную мощность. Вы должны понимать, что гораздо лучше использовать антенну с более высоким коэффициентом усиления и передатчика с меньшей мощностью, чем антенну с меньшим коэффициентом усиления и передатчик с более высокой мощностью. Потому, что устройство работает не только в режиме передачи, но и приема и важным здесь является также чувствительность приемника.