TopTeknisk ordlistedBi – energetisk gevinst for en isotropisk antenne

dBi – energetisk gevinst for en isotropisk antenne

dBi - antennens gevinst („G”) uttrykt i dBi definerer hvor mange desibeler antennens gevinst er større fra en hypotetisk isotropisk antenne, dersom det tilføres identisk kraft til begge antennene.

 

Egentlig er det bare en teoretisk verdi, for en isotropisk antenne ikke eksisterer i virkeligheten og man kan hverken konstruere eller produsere den. Verdiene kan kun beregnes eller framstilles på en teoretisk måte.

 

Hvor kommer begrepet isotropisk fra? Isotropi kommer fra gresk S ”isos”, dvs. jevn og lik og ”trópos”, dvs. rotasjon. I vitenskaplige sammenhenger brukes begrepet for å definere trekk av gjenstander med identiske, jevne egenskaper i samtlige retninger.

 

Altså den teoretiske isotropiske antenne er et uendelig lite punkt i vakuum uten refleksjoner og tap (det er kulen som karakteriserer strålingskarakteristikken).

 

Figurene nederst gjør det enklere å forestille seg isotropisk antenne:

 

som et punkt i vakuum

 

som et strålende punkt i vakuum

 

For å beregne elektrisk gevinst av isotropisk antenne bruker vi følgende formel:

 

G(dBi) = 10log(G)

 

G(dBi) – energetisk gevinst av isotropisk antenne i desibeler
(G) – hvor mange ganger antennen sender (mottar) i forhold til isotropisk antenne (i lineær skala)

 

Etter transformasjon får man en praktisk formel:

 

Eksempel. La oss beregne hvor mye sterke signaler mottar (sender) antenne med gevinst på 17 dBi i forhold til isotropisk antenne.

 

Antenne med gevinst på 17 dBi mottar (sender) altså signal 50.11 ganger sterkere enn isotropisk antenne.

 

Gevinsten av isotropisk antenne ligger på = 0 dBi

 

Man skal være oppmerksom på at halvbølgedipolen har en teoretisk forsterkning på 2,15 dB mer sammenlignet med den isotrope antennen (fordi feltstyrken til dipolen i en gitt retning er 2,15 dB større eller 1,64 ganger større enn den isotrop antenne):

 

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

 

G(dBd) - antennens energetiske gevinst ”halvbølget dipol”

 

Eksempel. Vi har en antenne med gevinst på 8 dBi. La oss sjekke hvor stor gevinst den har i forhold til halvbølget dipol:

 

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

 

dBi enheten og isotropisk antenne er brukt ved beregning av E.I.R.P. Dette er en veldig viktig parameter brukt ved design og beregning av parametere på Wi-Fi, satelittforbindelser o.l.

 

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - likestilt erstatningseffekt isotropisk strålet betyr ifølge definisjonen ”effekt som en hypotetisk isotropisk antenne måtte produsere for å oppnå samme signalnivå på antennens maksimale strålingsretning”.

 

I henhold til gjeldende forskrifter i Polen og EU finnes det forordning som definerer maksimal effekt i et gitt Wi-Fi frekvensområde (man bryter lov ved å overskride denne verdien):

 

  • 2400,0 – 2483,5 MHz (bånd 2,4 GHz) - effekten skal ikke overskride 100 mW E.I.R.P. (20 dBm),
  • 5150 – 5350 MHz (bånd 5 GHz) - effekten skal ikke overskride 200 mW E.I.R.P. (23 dBm) - det er tillatt med kun innendørs bruk av innretninger,
  • 5725 – 5875 MHz (bånd 5 GHz) - effekten skal ikke overskride 1000 mW E.I.R.P. (30 dBm).

     

  • For å ikke overskride grenseverdier E.I.R.P., skal man ivareta:

     

  • senderens utgangseffekt (f.eks. nettkort, tilgangspunkt),
  • type ledning, dens lengde og demping for arbeidsfrekvens og demping av koblinger
  • antennens energetiske gevinst. 

  • Det er viktig å påpeke at produsenter av tilgangspunkter (Access Points) ofte oppgir senderens effekt i E.I.R.P. Dette betyr at enheten fyller krav i forskriftene kun med vedlagt eller innbygd antenne. Dersom vi satser på selvstendig utforming av Wi-Fi applikasjon, er det nødvendig med enkle beregninger slik tillatte grenseverdier ikke blir overskredet.

     

    For applikajson som består av sender (f.eks. trådløs router), kabel og antenne E.I.R.P. regner vi ut ved å bruke følgende formel:

     

    E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

     

    P – senderens effekt i dBm
    l – lengde på ledningen i meter
    Tk – dempning av 1 meter ledning for senderens arbeidsfrekvens
    Gi - energetisk gevinst av isotropisk antenne i desibeler

     

    Enkelt sagt:

     

    E.I.R.P. = senderens effekt (dBm) + antennens gevinst (dBi) – dempning av kabel (dB) – dempning av koblinger (dB)

     

    For å gjøre saken enklere kan vi anta dempning av en kobling ligger på = 0,5 dB

     

    Eksempel. Vi bygger Wi-Fi nettverk i bånd 2,4 GHz og da får vi:

     

  • tilgangspunkt med effekt på 16 dBm,
  • rundstrålende antenne med gevinst på 8 dBi,
  • 8 meter av ledning TRI-LAN-240 (dempning for 2,4 GHz to 0,4 dB / meter), dvs. 8 x 0,4 dB = 3,2 dB,
  • to koblinger - altså dempning + 2 x 0,5 dB = 1 dB.

     

  • Slik regnes det ut:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (altså kravene i forskiftene er fylt - effekten er mindre enn 20 dBm).

     

    Dersom vi f.eks. bruker antenne med gevinst på 13 dBi:

     

    E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (dvs. o 4,8 dBm for mye!)

     

    Det er viktig å påpeke at ikke alle tilgangspunkter kan forminske utgangseffekt. Det er da mye bedre å bruke antenne med større gevinst og sender med mindre effekt enn antenne med mindre gevinst og sender med større effekt. Siden enhetene arbeider både i sende- og mottakermodus er det viktig med mottakerens følsomhet.