dBi – ganancia de potencia de la antena isotrópica

dBi - la ganancia de la antena (“G”) expresada en la unidad dB indica el valor en decibelios del cual la ganancia de la antena es mayor que la de una antena isotrópica hipotética, suponiendo que a ambas antenas se suministra una potencia idéntica.

De hecho, esto es sólo un valor teórico, ya que la antena isotrópica no existe en la realidad y no puede diseñarse ni construirse. Sólo se puede calcular o imaginar en teoría.

¿De dónde viene el término “isotrópica”? Isotropía, isotrópica viene de la palabra griega “isos”, es decir, “igual”, “idéntica”, y la palabra “trópos”, es decir, “rotación”. En la ciencia este término define las características de los cuerpos que muestran propiedades idénticas y uniformes en todas las direcciones.

Es decir, la antena isotrópica teórica es un punto infinitamente pequeño en el vacío, radiante idealmente de manera uniforme (isotrópica) en cualquier dirección del espacio, sin reflejos y pérdidas (su diagrama de radiación es una esfera).

Las siguientes figuras ayudan a imaginar una antena isotrópica:

como un punto en el espacio

como un punto radiante en el espacio

Para calcular la ganancia de potencia de una antena isotrópica se utiliza la siguiente fórmula:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – ganancia de una antena isotrópica en decibelios
(G) – determina cuántas veces más fuerte transmite (recibe) la antena que una antena isotrópica (en una escala lineal)

Después de la conversión tenemos una fórmula práctica:

Ejemplo. Calculamos cuánto más fuerte es una antena con una ganancia de 17 dBi que una antena isotrópica en la recepción (transmisión) de la señal.

Por lo tanto, una antena con una ganancia de 17 dBi recibe (transmite) la señal 50.11 veces más fuertemente que una antena isotrópica.

La antena isotrópica tiene una ganancia = 0 dBi

Cabe señalar que el dipolo de media onda tiene una ganancia teórica mayor en 2.15 dB que la antena isotrópica (debido a que la intensidad del campo del dipolo en una dirección dada es mayor en 2.15 dB o 1.64 veces que la intensidad de la antena isotrópica):

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

G(dBd) - ganancia de potencia de una antena “dipolo de media onda”

Ejemplo. Tenemos una antena con una ganancia de 8 dBi. Calculamos cuál será la ganancia de esta antena en comparación con un dipolo de media onda:

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

La unidad dBi y el termino “antena isotrópica” se utilizan para calcular E.I.R.P. Este es un parámetro muy importante utilizado en el diseño y cálculos de parámetros de redes Wi-Fi, enlaces satelitales, etc.

El término E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power), es decir potencia isotrópica radiada equivalente, significa, por definición, la “potencia que debe ser radiada por una antena isotrópica hipotética para lograr el mismo nivel de señal en la dirección de máxima radiación de una antena”.

Según la legislación vigente en Polonia y la Unión Europea el reglamento correspondiente define la potencia máxima con que está permitido transmitir en un determinado rango de frecuencia Wi-Fi (la superación de esta potencia se considera una violación de la ley):

Para no superar los valores límite de E.I.R.P., hay que tener en cuenta:

Recordamos que los fabricantes de puntos de acceso (Access Points) a menudo indican la potencia del transmisor en E.I.R.P. Esto significa que el dispositivo es conforme con la normativa sólo con la antena incluida o integrada. Si el usuario decide construir una aplicación Wi-Fi personal, tiene que hacer cálculos sencillos y verificar si está dentro del rango de potencia permitido por la ley.

Para la aplicación compuesta por un transmisor (por ejemplo, enrutador inalámbrico), cable y antena, E.I.R.P. se calcula utilizando la siguiente fórmula:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – potencia del transmisor en dBm
l – longitud del cable en metros
Tk – atenuación de 1 metro de cable a la frecuencia de funcionamiento del transmisor
Gi - ganancia de potencia de una antena isotrópica en decibelios

En términos simples:

E.I.R.P. = potencia del transmisor (dBm) + ganancia de la antena (dBi) – atenuación del cable (dB) – atenuación de conectores (dB)

Para simplificar los cálculos suponemos que la atenuación de un conector = 0,5 dB

Ejemplo. Estamos construyendo una red Wi-Fi en la banda de 2,4 GHz y tenemos a disposición:

Calculamos:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (es decir, estamos en el rango permitido por la ley - la potencia es menor que 20 dBm).

Si, por ejemplo, usamos en este caso una antena con una ganancia de 13 dBi:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (es decir, ¡el rango está superado de 4,8 dBm!)

Hay que tener en cuenta que no todos los puntos de acceso son capaces de reducir la potencia de salida. Es necesario entender que es mucho mejor usar una antena de mayor ganancia y un transmisor con menos potencia que una antena de menor ganancia y un transmisor con más potencia. Eso es porque los dispositivos funcionan no sólo en el modo de transmisión, sino también en el modo de recepción, por lo tanto la sensibilidad del receptor también es importante.