TopGlosar tehnicdBi - câștigul antenei (radiator izotrop)

dBi - câștigul antenei (radiator izotrop)

dBi - câștigul "G", exprimat în unități dBi reprezintă raportul dintre puterea radiată de antena în cauză și cea a unei antene ideale (radiator izotrop) într-un punct situat pe direcția principală de radiație, în care se obține aceeași intensitate de câmp electromagnetic, atunci când ambele antene sunt alimentate de surse identice.

 

De fapt, aceasta este doar o valoare teoretică deoarece antena izotropă este o antenă ideală, nu există în realitate, nu poate fi fabricată. Este folosită doar în teorie, la calcule matematice.

 

De unde provine termenul de izotrop? Din grecescul "isos" ce înseamnă egal, identic la care s-a adăugat sufixul "tropos" - cale, drum, direcție. În literatura tehnică definește un corp/mediu ce are aceleași proprietăți pe toată suprafața, în tot volumul și în toate direcțiile.

 

Așadar antena izotropă reprezintă un punct geometric amplsat în vid ce radiază uniform, având aceleași proprietăți de radiație în toate direcțiile, caracteristica de radiație (sau caracteristica de directivitate) fiind o sferă . Din moment ce este o antenă ideală, ea este considerată a fii fără pierderi.

 

Următoarele două imagini clarifică conceptul de antenă izotropă.

 

ca punct geometric în spațiul tridimensional

 

ca punct geometric radiant, în spațiul tridimensional

 

Pentru a calcula câștigul unei antene raportat la cel al antenei izotrope

 

G(dBi) = 10log(G)

 

G(dBi) - câștigul în decibeli al antenei izotrope
(G) - de câte ori mai puternic o antenă transmite (recepționează) față de o antenă izotropă (pe o scară liniară)

 

După transformare, avem o formulă de calcul practică:

 

Exemplu. Să calculăm de câte ori este mai puternică o antenă de 17 dBi față de antena ideală ?

 

Asta înseamnă că o antenă de 17 dBi este de 50.11 ori mai puternică decât antena izotropă.

 

Antena izotropă are un câștig de 0 dBi

 

Rețineți că un dipol cu jumătate de undă are un câștig teoretic cu 2,15 dB mai mare decât o antenă izotropă (deoarece intensitatea câmpului dipolului într-o anumită direcție este de 2,15 dB, adică de 1,64 ori mai mare decât o antenă izotropă):

 

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

 

G(dBd) câștigul unei antene dipol în λ/2

 

Exemplu. Se dă o antenă cu câștig de 8 dBi. Să se calculeze care va fii câștigul acesteia raportat la dipolul λ/2

 

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

 

Mărimea dBi și termenul de "antenă izotropică" sunt folosiți în calculul E.I.R.P.. Acesta este un parametru important folosit adesea la proiectarea rețelelor WiFi, conexiuni satelit, rețele GSM, etc.

 

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - este puterea radiată de o antenă ideală, fără pierderi, astfel încât nivelul de semnal este identic cu cel al unei antene date, măsurat pe direcția lobului principal.

 

Atât în Polonia cât și pe întreg teritoriul Uniunii Europene sunt în vigoare norme ce reglementează nivelul maxim de putere al unui transmițător Wi-Fi, intr-o anumită gamă de frecvențe.

 

  • 2400,0 – 2483,5 MHz (banda de 2.4 GHz) – puterea nu poate depășii 100 mW E.I.R.P. (20 dBm),
  • 5150 – 5350 MHz (banda de 5 GHz) – puterea nu poate depășii 200 mW E.I.R.P. (23 dBm) – doar pentru echipamentele de interior ,
  • 5725 – 5875 MHz (banda de 5 GHz) – puterea nu poate depășii 1000 mW E.I.R.P. (30 dBm).

     

  • Pentru a nu depășii valorile limită ale E.I.R.P. trebuie ținut cont de:

     

  • Puterea transmițătorului (i.e placa de rețea, Punct de Acces WiFi)
  • tipul de cablu, lungimea și atenuarea la frecvența de lucru și atenuarea mufelor,
  • câștigul antenei 

  • Este cunoscut faptul că producătorii de AP-uri (Puncte de Acces WiFI) / (Access Points) indică, de cele mai multe ori, puterea transmițătorului în valori E.I.R.P. Asta înseamnă că echipamentul va corespunde normelor în vigoare doar dacă este folosit cu antenele (interne și/sau externe) cu care a fost cumpărat. Dacă dorim să le schimbam pentru obține o distanță de lucru mai mare, suntem responsabili să verificăm dacă puterea finală emisă de aparat este sub nivelul maxim admis de lege.

     

    În cazul unei instalații compuse din transmițător (ex. Router wireless), cablu și antenă, valoarea E.I.R.P. se calculează cu formula:

     

    E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

     

    P - puterea trasmițătorului exprimată în dBm
    l - lungimea cablului în metrii
    Tk - atenuarea cablului pe o distanță de 1 metru, la frecvența de lucru a transmițătorului
    Gi - câștigul antenei izotropice exprimat în decibeli

     

    În termeni simplificați:

     

    E.I.R.P. = puterea transmițătorului (dBm) + câștigul antenei (dBi) – atenuarea cablului (dB) - atenuarea conectorilor(dB)

     

    Pentru a simplifica calculul, presupunem că atenuarea unui conector este 0,5 dB

     

    Exemplu: La o rețea WiFi în banda de 2,4 GHz avem:

     

  • AP de 16 dBm,
  • antenă cu câștig de 8 dBi,
  • 8 metri de cablu TRI-LAN-240 (atenuare de 0,4 dB/m în 2,4 GHz), adică 8 x 0,4 dB = 3,2 dB,
  • doi conectori - atenuare totală de 2 x 0,5 = 1dB.

     

  • Calculăm:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (ne încadrăm în normele în vigoare – emitem sub 20 dBm).

     

    Dacă, în acest caz schimbăm antena cu una cu câștig de 13 dBi:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (depășim cu 4,8 dBm! limita admisă)

     

    Trebuie ținut cont de faptul că nu oricărui Punct de Acces WiFi i se poate reduce, din software, puterea la ieșire. Este recomandată împerecherea unui antene de câștig ridicat cu un trasmițător de putere mică și nu vice-versa. Asta deoarece echipamentul funcționează în regim duplex, trasmite dar și recepționează iar în acest caz este foarte importantă sensibilitatea receptorului.