dBi – ενεργειακή απολαβή ισοτροπικής κεραίας

dBi - απολαβή κεραίας ("G") που εκφράζεται σε μονάδα dBi και μας πληροφορεί για την αξία που η απολαβή της κεραίας σε ντεσιμπέλ είναι μεγαλύτερη σε σύγκριση με την υποθετική ισοτροπική κεραία, λαμβάνοντας υπόψιν ότι και οι δύο κεραίες τροφοδοτούνται με την ίδια ισχύ.

Είναι γεγονός ότι αυτή είναι μόνο μία θεωρητική τιμή, αφού η ισοτροπική κεραία δεν υπάρχει στην πραγματικότητα και δεν μπορεί ούτε να σχεδιαστεί, ούτε και να κατασκευαστεί. Μπορεί μόνο να υπολογιστεί και να ισχύσει θεωρητικά.

Από που προκύπτει ο όρος ισοτροπική; H λέξη ισοτροπία, ισοτροπική προέρχεται από τις λέξεις "ίσος" και "τρόπος". Στην επιστήμη ο όρος αυτός καθορίζει τα χαρακτηριστικά των σωμάτων που αποδείχνουν πανομοιότυπες και ομοιόμορφες ιδιότητες σε όλες τις κατευθύνσεις.

Δηλαδή, η θεωρητική ισοτροπική κεραία υποδεικνύει ένα απείρως μικρό σημείο στο κενό, το οποίο ακτινοβολεί απόλυτα ομοιόμορφα (ισοτροπικά) προς κάθε κατεύθυνση, χωρίς αντανακλάσεις και απώλειες (το διάγραμμα ακτινοβολίας του σχηματίζει μία σφαίρα).

Τα παρακάτω σχήματα θα μας βοηθήσουν να φανταστούμε την ισοτροπική κεραία:

ως σημείο στο χώρο

ως ακτινοβόλο σημείο στο χώρο

Για τον υπολογισμό της ενεργειακής απολαβής της ισοτροπικής κεραίας εφαρμόζουμε τον τύπο:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – ενεργειακή απολαβή ισοτροπικής κεραίας που εκφράζεται σε ντεσιμπέλ
(G) – πόσες φορές ισχυρότερα μια κεραία λαμβάνει (εκπέμπει) από μια ισοτροπική κεραία (σε γραμμική κλίμακα)

Μετά την μετατροπή έχουμε τον πρακτικό τύπο:

Παράδειγμα. Ας υπολογίσουμε κατά πόσο μία κεραία με απολαβή 17 dBi λαμβάνει (εκπέμπει) σήμα ισχυρότερα από την ισοτροπική κεραία.

Δηλαδή η κεραία με απολαβή 17 dBi λαμβάνει (εκπέμπει) σήμα 50.11 φορές ισχυρότερο από την ισοτροπική κεραία.

Η ισοτροπική κεραία έχει απολαβή = 0 dBi

Θα πρέπει να θυμάστε, ότι το δίπολο μισού κύματος έχει θεωρητική απολαβή 2.15 dB μεγαλύτερη από μία ισοτροπική κεραία (επειδή η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου του διπόλου σε μία δεδομένη κατεύθυνση είναι μεγαλύτερη κατά 2.15 dB δηλαδή 1.64 από την ισοτροπική κεραία):

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

G(dBd) - ενεργειακή απολαβή "μισού κύματος διπολικής" κεραίας

Παράδειγμα. Έχουμε μια κεραία με απολαβή 8 dBi. Ας υπολογίσουμε πόση θα είναι η απολαβή αυτή της κεραίας σε σχέση με ένα δίπολο μισού κύματος:

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

Η μονάδα dBi καθώς και ο όρος ισοτροπική κεραία χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του E.I.R.P.. Αυτή είναι μία πολύ σημαντική παράμετρος η οποία χρησιμοποιείται κατά τον σχεδιασμό και τον υπολογισμό των παραμέτρων στα δίκτυα Wi-Fi, στις δορυφορικές συνδέσεις κλπ.

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - η ισοδύναμη, ισότροπα ακτινοβολούμενη ισχύς υποδηλώνει από τον ορισμό της "την ισχύ που θα πρέπει να ακτινοβολεί μία υποθετική ισοτροπική κεραία, έτσι ώστε να λαμβάνει το ίδιο ακριβώς επίπεδο σήματος στην κατεύθυνση της μέγιστης ακτινοβολίας μιας συγκεκριμένης κεραίας".

Σύμφωνα με τις διατάξεις που ισχύουν στην Πολωνία και στην Ευρωπαϊκή Ένωση, υπάρχει σχετικός κανονισμός που ορίζει την μέγιστη ισχύ με την οποία επιτρέπεται η μετάδοση, σε ένα εύρος συχνότητας Wi-Fi (η υπέρβαση αυτής της ισχύος υποδηλώνει παραβίαση του νόμου):

Για να μην υπερβούν οι οριακές τιμές E.I.R.P., θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν τα εξής:

Ας θυμηθούμε ότι οι κατασκευαστές σημείων πρόσβασης (Access Points) δηλώνουν συχνά την ισχύ του πομπού σε E.I.R.P. Αυτό σημαίνει ότι η συσκευή συμμορφώνεται με τους κανονισμούς αποκλειστικά και μόνο με την συνδεδεμένη ή ενσωματωμένη κεραία. Εάν αποφασίσουμε να δημιουργήσουμε από μόνοι μας μία εφαρμογή Wi-Fi, θα πρέπει να εκτελέσουμε απλούς υπολογισμούς και να ελέγξουμε αν βρισκόμαστε εντός των επιτρεπόμενων από το νόμο ορίων.

Για εφαρμογές που αποτελούνται από πομπό (π.χ. ασύρματο router), καλώδιο και κεραία E.I.R.P. υπολογίζουμε εφαρμόζοντας τον τύπο:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – ισχύς του πομπού εκφραζόμενη σε dBm
l μήκος καλωδίου σε μέτρα
Tk – εξασθένηση καλωδίου 1 μέτρου στη συχνότητα λειτουργίας του πομπού
Gi - ενεργειακή απολαβή ισοτροπικής κεραίας που εκφράζεται σε ντεσιμπέλ

Με απλά λόγια:

E.I.R.P. = ισχύς πομπού (dBm) + απολαβή κεραίας (dBi) – εξασθένηση καλωδίου (dB) – εξασθένηση συνδετήρων (dB)

Για την διευκόλυνση των υπολογισμών ας υποθέσουμε ότι η εξασθένηση ενός συνδετήρα είναι = 0,5 dB

Παράδειγμα. Δημιουργούμε ένα Wi-Fi δίκτυο σε ζώνη 2,4 GHz και έχουμε:

Υπολογίζουμε:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (δηλαδή βρισκόμαστε εντός ορίων βάση νομοθεσίας - η ισχύς πρέπει να είναι μικρότερη από 20 dBm).

Αν π.χ. εφαρμόσουμε σε αυτή την περίπτωση κεραία με απολαβή 13 dBi:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (δηλαδή κατά 4,8 dBm περισσότερο!)

Να θυμάστε ότι δεν έχει κάθε σημείο πρόσβασης δυνατότητα μείωσης της ισχύος εξόδου. Θα πρέπει να συνειδητοποιήσουμε ότι είναι πολύ καλύτερο να χρησιμοποιούμε μια κεραία με μεγαλύτερη απολαβή και έναν πομπό μικρότερης ισχύος παρά μία κεραία με χαμηλή απολαβή και έναν πομπό μεγαλύτερης ισχύος. Αυτό ισχύει επειδή οι συσκευές λειτουργούν όχι μόνο σε λειτουργία μετάδοσης, αλλά και σε λήψης ενώ εδώ είναι σημαντική επίσης και η ευαισθησία του δέκτη.