dBi – gain d'antenne isotrope

dBi - gain d'antenne („G”) exprimé en dBi nous informe à quelle valeur en décibels le gain d’antenne est supérieur à une antenne isotrope hypothétique en supposant que la puissance identique est fournie aux deux antennes.

En fait, c’est seulement une valeur théorique car en réalité, l'antenne isotrope n'existe pas et il est impossible de la construire. On ne peut que la calculer ou l'imaginer en théorie.

D'où vient le terme l'isotrope ? L’isotropie, isotrope du mot grec "isos" – égal, identique, et „trópos” – le retour, la rotation. En science, ce terme définit les caractéristiques des corps qui présentent des propriétés identiques et uniformes dans toutes les directions.

Ainsi, l'antenne isotrope théorique est un point infiniment petit dans le vide qui rayonne de manière parfaitement uniforme (isotrope) dans toute direction spatiale, sans reflets et pertes (son rayonnement caractéristique est une sphère).

Les figures ci-dessous nous aident à nous imaginer une antenne isotrope :

comme un point spatial

comme un point rayonnant dans l'espace

Pour calculer le gain d'antenne isotrope il faut utiliser la formule suivante :

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – gain d'antenne isotrope exprimé en débiles
(G) – combien de fois l'antenne émet (reçoit) plus forte que l'antenne isotrope (en échelle linéaire)

Après la transformation nous obtenons une formule pratique :

Exemple. A quel point l'antenne dont le gain est de 17 dBi est plus forte en recevant (en émettant) le signal que l'antenne isotrope.

Alors, l'antenne dont le gain est de 17 dBi reçoit (émet) le signal 50.11 fois plus fort que l'antenne isotrope.

Le gain de l'antenne isotrope est de = 0 dBi

Ne pas oublier qu'un dipôle demi-onde a un gain théorique de 2,15 dB supérieur à celui d'une antenne isotrope (car le champ du dipôle dans une direction donnée est de 2,15 dB, soit 1,64 fois plus élevé que celui d'une antenne isotrope) :

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

G(dBd) - gain d'antenne „doublet demi-onde”

Exemple. Nous avons une antenne dont le gain est de 8 dBi. Nous calculons quel sera le gain de cette antenne par rapport au doublet demi-onde:

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

L’unité dBi et le terme l’antenne isotrope sont utilisés pour calculer E.I.R.P. C’est un paramètre très important utilisé dans la conception et le calcul des paramètres des réseaux Wi-Fi, des liaisons satellite, etc.

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - la puissance isotrope rayonnée équivalente c'est « la puissance qu'il faudrait appliquer à une antenne isotrope hypothétique pour obtenir le même niveau du signal dans la direction du rayonnement maximal d’une antenne donnée ».

Conformément à la réglementation en vigueur en Pologne et dans l'Union européenne un règlement approprié définit la puissance maximale pour émettre dans une gamme donnée de fréquences de Wi-Fi (un dépassement de cette puissance est une infraction):

Pour ne pas dépasser les valeurs limites E.I.R.P., il faut prendre en compte:

N'oublions pas que les fabricants des points d'accès (Access Points) indiquent souvant la puissance d'un émetteur en E.I.R.P. Cela veut dire que le dispositif n'est conforme à la réglementation en vigueur que lorsqu'il a une antenne fixée ou intégrée. Si nous décidons de construire nous-mêmes l'application Wi-Fi, nous devons faire des calculs simples et vérifier si nous sommes dans la gamme de puissance autorisée par la loi.

En cas d'application composée d'un émetteur (p.ex. routeur sans fil), d'un câble et d'une antenne E.I.R.P. nous calculons selon la formule:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – puissance de l'émetteur exprimée en dBm
l – longueur du câble exprimée en mètres
Tk – atténuation de 1 mètre de câble pour la fréquence de fonctionnement de l'émetteur
Gi - gain de l'antenne isotrope exprimé en décibels

En bref:

E.I.R.P. = puissance de l'émetteur (dBm) + gain d'antenne (dBi) – atténuation du câble (dB) – atténuation des connecteurs (dB)

Pour simplifier les calculs nous admettons l'atténuation d'un connecteur = 0,5 dB

Exemple. Nous construisons un réseau Wi-Fi en bande 2,4 GHz et nous avons:

Nous calculons:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (donc nous respectons la réglementation - puissance inférieure à 20 dBm).

Si p.ex. nous utilisons ici une antenne dont le gain est de 13 dBi:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (donc de 4,8 dBm c'est trop!)

Il ne faut pas oublier que chaque point d’accès a une possibilité de réduire la puissance de sortie. Il faut se rendre compte qu’il est bien mieux d’utiliser une antenne à gain plus élevé et un émetteur à puissance moindre par rapport à l’antenne à gain plus faible ainsi qu’un émetteur à puissance plus élevée. Cela réuslute du fait que les dispositifs ne fonctionnent pas seulement en mode d'émission, mais aussi en celui de réception ; ainsi, la sensibilité du récepteur est ici aussi important.