dBi – guadagno in potenza di un'antenna isotropica

dBi - il guadagno di antenna (“G”) espresso in unità dBi indica il valore in decibel del quale il guadagno di antenna è più grande rispetto a una ipotetica antenna isotropica, supponendo che a entrambe le antenne è fornita una potenza identica.

In realtà, questo è solo un valore teorico, in quanto l'antenna isotropica non esiste nella realtà e non può essere progettata né costruita. La si può solo calcolare o immaginare in teoria.

Da dove viene il termine isotropica? Isotropia, isotropico viene dalla parola greca “isos”, vuol dire “uguale”, “identico”, e “trópos”, vuol dire “rotazione”. Nella scienza questo termine definisce le caratteristiche dei corpi che dimostrano proprietà identiche e uniformi in tutte le direzioni.

Così l'antenna isotropica teorica rappresenta un punto infinitamente piccolo nel vuoto, radiante idealmente uniformemente (isotropo) in qualsiasi direzione dello spazio, senza riflessioni e perdite (il suo diagramma di radiazione è una sfera).

Le seguenti figure aiutano a immaginare un'antenna isotropica:

come un punto nello spazio

come un punto radiante nello spazio

Per calcolare il guadagno in potenza di un'antenna isotropica si usa la seguente formula:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – guadagno di un'antenna isotropica espresso in decibel
(G) – determina quante volte l'antenna trasmette (riceve) più fortemente rispetto a un'antenna isotropica (in una scala lineare)

Dopo la conversione, si ha una formula pratica:

Esempio. Calcoliamo di quanto superiore è un'antenna con guadagno di 17 dBi rispetto a un'antenna isotropica nella ricezione (trasmissione) del segnale.

Dunque un'antenna con guadagno di 17 dBi riceve (trasmette) il segnale 50.11 volte più fortemente da un'antenna isotropica.

L'antenna isotropica ha un guadagno = 0 dBi

Va notato che il dipolo a semionda ha un guadagno teorico di 2.15 dB maggiore rispetto all’antenna isotropica< (poiché l’intensità del campo del dipolo in una data direzione è maggiore di 2.15 dB o 1.64 volte rispetto all’intensità dell’antenna isotropica):

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

G(dBd) - guadagno in potenza di un'antenna “dipolo a semionda”

Esempio. Si ha un'antenna con guadagno di 8 dBi. Calcoliamo quale sarà il guadagno di questa antenna rispetto a un dipolo a semionda:

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

L'unità dBi e il termine “antenna isotropica” vengono utilizzati per calcolare E.I.R.P. Questo è un parametro molto importante utilizzato nella progettazione e nei calcoli dei parametri delle reti Wi-Fi, collegamenti satellitari, ecc.

Per il termine E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power), ossia potenza isotropica irradiata equivalente si intende per definizione la “potenza che dovrebbe essere irradiata da un'antenna isotropica ipotetica per ottenere lo stesso livello di segnale nella direzione di radiazione massima di un'antenna”.

Secondo la normativa vigente in Polonia e l'Unione europea il regolamento corrispondente definisce la potenza massima con cui è consentita la trasmissione in una gamma di frequenza Wi-Fi (il superamento di questa potenza è considerato un'infrazione alla legge):

Al fine di non superare i valori limite di E.I.R.P. è necessario considerare:

Ricordiamo che i produttori dei punti di accesso (Access Points) spesso indicano la potenza del trasmettitore in E.I.R.P. Ciò significa che il dispositivo è conforme alle normative solo ed esclusivamente con antenna fornita in dotazione o antenna integrata. Se si decide di costruire l'applicazione Wi-Fi individuale, è necessario fare calcoli semplici e verificare se ci si trova all'interno della gamma di potenza consentita dalla legge.

Per l'applicazione costituita da un trasmettitore (ad esempio, router wireless), cavo e antenna, E.I.R.P. è calcolato utilizzando la seguente formula:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – potenza del trasmettitore espressa in dBm
l – lunghezza del cavo in metri
Tk – attenuazione di 1 metro di cavo alla frequenza di lavoro del trasmettitore
Gi - guadagno in potenza di un'antenna isotropica espresso in decibel

In termini semplici:

E.I.R.P. = potenza del trasmettitore (dBm) + guadagno di antenna (dBi) – attenuazione del cavo (dB) – attenuazione dei connettori (dB)

Per semplificare i calcoli assumiamo l'attenuazione di un connettore = 0,5 dB

Esempio. Si costruisce una rete Wi-Fi nella banda a 2,4 GHz e si ha a disposizione:

Calcoliamo:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (vale a dire, ci si trova all'interno della gamma consentita dalla legge - la potenza è inferiore a 20 dBm).

Se, ad esempio, usiamo in questo caso un'antenna con guadagno di 13 dBi:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (vale a dire, 4,8 dBm troppo!)

Si deve tenere presente che non tutti i punti di accesso sono in grado di ridurre la potenza di uscita. È necessario capire che è molto meglio usare un'antenna con alto guadagno e un trasmettitore con meno potenza rispetto a un'antenna con basso guadagno e un trasmettitore con più potenza. È perché i dispositivi funzionano non solo nella modalità di trasmissione, ma anche nella modalità di ricezione e quindi la sensibilità del ricevitore è altrettanto importante.