dBi – energetický zisk izotropnej antény

dBi - zisk antény („G”) vyjadrený v jednotke dBi nás informuje o tom, o akú hodnotu v decibeloch je zisk antény väčší vo vzťahu k hypotetickej izotropnej anténe za predpokladu, že je do oboch antén privádzaný identický výkon.

V skutočnosti ide len o teoretickú hodnotu, pretože izotropná anténa v skutočnosti neexistuje a nemožno ju ani skonštruovať, ani vytvoriť. Možno ju len vypočítať alebo si ju teoreticky predstaviť.

Odkiaľ sa vzalo označenie izotropná? Izotropia, izotropný z gréckeho „isos“, teda rovný, rovnaký, a „trópos“ - návrat, otočka. Vo vede tento názov označuje vlastnosti telies vykazujúcich identické, rovnomerné vlastnosti vo všetkých smeroch.

Teda teoreticky je izotropná anténa nekonečne malý bod vo vákuu, vyžarujúci ideálne rovnomerne (izotropne) v každom smere priestoru, bez odrazov a strát (jej charakteristikou vyžarovania je guľa).

Obrázky nižšie nám pomôžu predstaviť si izotropnú anténu:

ako bod v priestore

ako vyžarujúci bod v priestore

Na výpočet energetického zisku izotropnej antény používame vzorec:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – energetický zisk izotropnej antény vyjadrený v decibeloch
(G) – koľkokrát silnejšia anténa vysiela (prijíma) než izotropná anténa (na lineárnej stupnici)

Po prevedení získame praktický vzorec:

Príklad. Vypočítame, o koľko silnejšia anténa so ziskom 17 dBi prijíma (vysiela) signál než izotropná anténa.

Teda anténa so ziskom 17 dBi prijíma (vysiela) signál 50.11krát silnejšie než izotropná anténa.

Izotropná anténa má zisk = 0 dBi

Nezabúdajte, že polvlnový dipól má teoretický zisk o 2,15 dB väčší vo vzťahu k izotropnej anténe (pretože intenzita poľa dipólu je v danom smere o 2,15 dB, teda 1,64x, väčšia než pri izotropnej anténe):

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

G(dBd) - energetický zisk antény „polvlnový dipól“

Príklad. Disponujeme anténou so ziskom 8 dBi. Vypočítame, koľko bude činiť zisk tejto antény vo vzťahu k polvlnovému dipólu:

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

Jednotka dBi a označenie izotropná anténa sa používa pri výpočte E.I.R.P.. Ide o veľmi dôležitý parameter používaný pri navrhovaní a vypočítavaní parametrov Wi-Fi sietí, satelitných spojení apod.

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - ekvivalentný, zástupný výkon izotropného vyžarovania zo svojej definície označuje „výkon, ktorý by musela vyžiariť hypotetická izotropná anténa, aby bolo dosiahnuté rovnakej úrovne signálu v smere maximálneho vyžarovania danej antény“.

Podľa v Poľsku a v Európskej únii platných predpisov príslušné nariadenie definuje maximálny výkon, s ktorým možno vysielať v danom rozpätí Wi-Fi frekvencie (prekročenie tohto výkonu znamená porušenie zákona):

Na neprekročenie hraničných hodnôt E.I.R.P. je potrebné zohľadniť:

Majme na pamäti, že výrobcovia prístupových bodov (Access Points) často uvádzajú výkon vysielača v E.I.R.P. To znamená, že zariadenie je zhodné s predpismi iba s pripojenou alebo zabudovanou anténou. Pokiaľ sa rozhodneme sami vystavať Wi-Fi sieť, musíme sami spraviť jednoduché výpočty a skontrolovať, či sa pohybujeme v hraniciach zákonných výkonov.

Pre rozvody skladajúce sa z vysielača (napr. bezdrôtového routera), kábla a antény E.I.R.P. počítame s pomocou vzorca:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – výkon vysielača vyjadrený v dBm
l – dĺžka kábla uvedená v metroch
Tk – útlm 1 metra kábla pri pracovnej frekvencii vysielača
Gi - energetický zisk izotropnej antény vyjadrený v decibeloch

Zjednodušene:

E.I.R.P. = výkon vysielača (dBm) + zisk antény (dBi) – útlm kábla (dB) – útlm konektorov (dB)

Na zjednodušenie výpočtu prijímame útlm jedného konektora = 0,5 dB

Príklad. Tvoríme WiFi sieť v pásme 2,4 GHz a máme:

Vypočítame:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (pohybujeme sa teda v rámci predpisov - výkon je nižší než 20 dBm).

Pokiaľ v tomto prípade napr. použijeme anténu so ziskom 13 dBi:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (teda o 4,8 dBm viac, než je povolené!)

Nezabúdajte, že nie každý prístupový bod má možnosť zníženia výstupného výkonu. Musíme si uvedomiť, že omnoho lepšie je použitie antény s väčším ziskom a vysielača s menším výkonom, než antény s menším ziskom a vysielača s vyšším výkonom. Pretože zariadenie pracuje nielen vo vysielacom, ale aj v prijímacom režime, je tu dôležitá tiež citlivosť prijímača.