dBi - isotropantennens energivinst

dBi - antennens vinst („G”) uttryckt i enheten dBi meddelar hur många decibel är antennens vinst större i förhållande till en hypotetisk isotropantenn om man förutsätter att till båda antenner levereras samma effekt.

I verkligheten är det bara ett teoretiskt värde eftersom isotropantenn finns inte, den kan inte konstrueras eller byggas. Detta kan endast beräknas eller föreställas teoretiskt.

Varför isotrop? Isotropi, isotrop från det grekiska ”isos”, dvs. jämn, likadan och ”trópos”, dvs. vändning, rotation. Inom vetenskap betecknar detta namn kroppar med identiska, likadana egenskaper i alla riktningar.

Alltså den teoretiska isotropantennen är en oändligt liten punkt i vakuum som strålar ut perfekt jämnt (isotropiskt) i vakuumets alla riktningar, utan reflektioner och förluster (dess strålningsform är en kula).

Bilderna nedan hjälper att föreställa sig en isotropantenn:

som en punkt i vakuumet

som en strålande punkt i vakuumet

För att beräkna isotropantennens energivinst använder man formel:

G(dBi) = 10log(G)

G(dBi) – isotropantennens energivinst uttryckt i decibel
(G) – hur mycket starkare sänder (tar emot) en antenn än isotropantenn (i linjär skala)

Efter omvandling får vi en praktisk formel:

Exempel. Vi beräknar, hur mycket starkare tar emot (sänder) en antenn med 17 dBi vinst en signal än en isotropantenn.

En antenn med 17 dBi vinst tar emot (sänder) en signal 50.11 gånger starkare än en isotropantenn.

Isotropantenn har = 0 dBi vinst

Man ska komma ihåg att halvvågsdipolen har teoretisk vinst med 2.15 dB större än en isotropantenn (eftersom dipolens fältstyrka i denna riktning är om 2.15 dB, dvs. 1.64 gånger större från isotropantennen):

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

G(dBd) - ”halvvågsdipol” antennens energivinst

Exempel. Vi har en antenn med 8 dBi vinst. Vi beräknar vad är antennens vinst i förhållande till halvvågsdipolen:

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

Enheten dBi och bestämning av isotropantenn används för att beräkna E.I.R.P. Det är en mycket viktig parameter för utformning och beräkning av parametrar för Wi-Fi nätverk, satellit anslutningar osv.

E.I.R.P. (Effective Isotropic Radiated Power) - ekvivalent isotrop utstrålad effekt innebär ”den effekt som skulle ha strålat ut av en hypotetisk isotropantenn för att uppnå samma signalnivå i maximal strålningsriktning av denna antenn”.

Enligt gällande bestämmelser i Polen och EU finns en lämplig förordning som fastställer maximal effekt som kan sändas i ett visst Wi-Fi frekvensområde (överskridande innebär lagbrytning).

För att inte överskrida E.I.R.P. gränsvärden ska man ta hänsyn till:

Kom ihåg att tillverkare av accesspunkter (Access Points) ofta anger sändarens effekt i E.I.R.P. Detta innebär att enheten stämmer överens med föreskrifter endast med medföljande eller inbyggd antenn. Om vi bestämmer oss för att på egen hand bygga upp en Wi-Fi applikation måste vi utföra enkla beräkningar och kolla om resultatet ryms inom juridiskt tillåtna effektgränser.

För applikation som består av en sändare (t.ex. en trådlös router), en kabel och en antenn beräknas E.I.R.P. med formel:

E.I.R.P. = P – l x Tk + Gi

P – sändarens effekt uttryckt i dBm
l – kabelns längs angiven i meter
Tk – dämpning av 1 meter kabel för sändarens driftfrekvens
Gi - isotropantennens energivinst uttryckt i decibel

För att förenkla:

E.I.R.P. = sändarens effekt (dBm) + antennens vinst (dBi) – kabelns dämpning (dB) – anslutningarnas dämpning (dB)

För att förenkla beräkningar fastställer vi dämpning av en anslutning = 0,5 dB

Exempel. Vi bygger upp ett Wi-Fi nätverk i 2,4 GHz-band och vi har:

Vi beräknar:

E.I.R.P. = 16 dBm + 8 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 19,8 dBm (alltså vi följer anvisningar - effekten är mindre än 20 dBm).

Om vi i detta fall använder antenn med 13 dBi vinst:

E.I.R.P. = 16 dBm + 13 dBi – 3,2 dB – 1 dB = 24,8 dBm (alltså 4,8 dBm för mycket!)

Kom ihåg att inte alla accesspunkter kan minska den utgående effekten. Man ska vara medveten om att det är betydligt bättre att använda en antenn med större vinst och en sändare med mindre effekt än en antenn med mindre vinst och en sändare med större effekt. Därför att enheterna fungerar inte bara i sändningsläge utan också i mottagningsläge och väsentlig är även mottagarens känslighet.