dBi – energetický zisk izotropní antény

dBi - zisk antény („G”) vyjádřený v jednotce dBi nás informuje o tom, o jakou hodnotu v decibelech je zisk antény větší ve vztahu k hypotetické izotropní anténě za předpokladu, že je do obou antén přiváděn identický výkon.

Ve skutečnosti jde jen o teoretickou hodnotu, protože izotropní anténa ve skutečnosti neexistuje a nelze ji ani zkonstruovat, ani vytvořit. Lze jí jen vypočítat nebo si ji teoreticky představit.

Odkud se vzalo označení izotropní? Izotropie, izotropní z řeckého „isos“, tedy rovný, stejný, a „trópos“ - návrat, otočka. Ve vědě tento název označuje vlastnosti těles vykazujících identické, rovnoměrné vlastnosti ve všech směrech.

Tedy teoreticky je izotropní anténa nekonečně malý bod ve vakuu, vyzařující ideálně rovnoměrně (izotropně) v každém směru prostoru, bez odrazů a ztrát (její charakteristikou vyzařování je koule).

Obrázky níže nám pomohou představit si izotropní anténu:

jako bod v prostoru

jako vyzařující bod v prostoru

Pro výpočet energetického zisku izotropní antény používáme vzorec:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – energetický zisk izotropní antény vyjádřený v decibelech
(G) – kolikrát silněji anténa vysílá (přijímá) než izotropní anténa (na lineární stupnici)

Po převedení získáme praktický vzorec:

Příklad. Vypočítáme, o kolik silněji anténa se ziskem 17 dBi přijímá (vysílá) signál než izotropní anténa.

Tedy anténa se ziskem 17 dBi přijímá (vysílá) signál 50.11krát silněji než izotropní anténa.

Izotropní anténa má zisk = 0 dBi

Nezapomínejte, že polovlnový dipól má teoretický zisk o 2,15 dB větší ve vztahu k izotropní anténě (protože intenzita pole dipólu je v daném směru o 2,15 dB, tedy 1,64x, větší než u izotropní antény):

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

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

Příklad. Disponujeme anténou se ziskem 8 dBi. Vypočítáme, kolik bude stanovit zisk této antény ve vztahu k polovlnovému dipólu:

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

Jednotka dBi a označení izotropní anténa se používá při výpočtu E.I.R.P.. Jde o velmi důležitý parametr používaný při navrhování a vypočítávání parametrů Wi-Fi sítí, satelitních spojení apod.

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - ekvivalentní, zástupný výkon izotropního vyzařování ze své definice označuje „výkon, který by musela vyzářit hypotetická izotropní anténa, aby bylo dosaženo stejné úrovně signálu ve směru maximálního vyzařování dané antény“.

Podle v Polsku a v Evropské unii platných předpisů příslušné nařízení definuje maximální výkon, s nímž lze vysílat v daném rozpětí Wi-Fi frekvence (překročení tohoto výkonu znamená porušení zákona):

Pro nepřekročení hraničních hodnot E.I.R.P. je třeba zohlednit:

Mějme na paměti, že výrobci přístupových bodů (Access Points) často uvádějí výkon vysílače v E.I.R.P. To znamená, že zařízení je shodné s předpisy pouze s připojenou nebo zabudovanou anténou. Pokud se rozhodneme sami vystavět Wi-Fi síť, musíme sami provést jednoduché výpočty a zkontrolovat, jestli se pohybujeme v hranicích zákonných výkonů.

Pro rozvody skládající se z vysílače (např. bezdrátového routeru), kabelu a antény E.I.R.P. počítáme s pomocí vzorce:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – výkon vysílače vyjádřený v dBm
l – délka kabelu uvedená v metrech
Tk – útlum 1 metru kabelu při pracovní frekvenci vysílače
Gi - energetický zisk izotropní antény vyjádřený v decibelech

Zjednodušeně:

E.I.R.P. = výkon vysílače (dBm) + zisk antény (dBi) – útlum kabelu (dB) – útlum konektorů (dB)

Pro zjednodušení výpočtu přijímáme útlum jednoho konektoru = 0,5 dB

Příklad. Tvoříme WiFi síť v pásmu 2,4 GHz a máme:

Vypočteme:

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

Pokud v tomto případě např. použijeme anténu se ziskem 13 dBi:

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

Nezapomínejte, že ne každý přístupový bod má možnost snížení výstupního výkonu. Musíme si uvědomit, že mnohem lepší je použití antény s větším ziskem a vysílače s menším výkonem, než antény s menším ziskem a vysílače s vyšším výkonem. Protože zařízení pracuje nejen ve vysílacím, ale i v přijímacím režimu, je zde důležitá také citlivost přijímače.