Czy wyższy dBi oznacza dalszy zasięg anteny?

Niedawno kupiłem ten (absurdalnie drogi) moduł Bluetooth do mojego Arduino od SparkFun. Na stronie przedmiotu jest napisane, że został przetestowany na 100 m. Skontaktowałem się z SparkFun w celu uzyskania informacji o ich konfiguracji, a oni powiedzieli, że aby osiągnąć zasięg 100 m zastosowali tę antenę 2,2 dBi .

Zakładam, że każda antena (2,4 GHz) 2,2 dBi da podobne, 100 m, wyniki: czy to prawda?

Mam jednak tę antenę 7 dBi na swojej drodze. Jeśli skorzystam z tego, czy będę w stanie uzyskać większy zasięg niż z anteny 2,2 dBi?

Tak, uzyskasz większą siłę sygnału z anteny 7 dBI niż 2,2dBI (konkretnie 4,8 dB). Rozwiązuje to poprzez promieniowanie energii bardziej kierunkowo niż antena ideowa, która promieniuje równomiernie we wszystkich kierunkach (0 dBI).

Ta zwiększona siła sygnału wynosząca 4,8 dB wynosi 10 ^ (4,8 / 10) = 3 razy więcej mocy. To zwiększy zasięg o około 70% w idealnych warunkach.

Ponieważ jest kierunkowy, musisz go ostrożniej wskazać. W szczególności połączona antena jest prawie pionowym drutem. Promieniuje w kręgu wokół anteny; odbiornik nie powinien znajdować się znacznie powyżej lub poniżej tej płaszczyzny.

Możesz pomyśleć o antenach podobnych do twojej wizji. 0dB będzie uważane za ciebie tak, jak ty bez niczego sztucznego.

Teraz decydujesz, że chcesz użyć lornetki, aby zobaczyć więcej. Problem z lornetkami polega na tym, że zasięg widzenia nie jest tak duży, jak bez nich. Lornetki są jednak pomocne, pozwalają zobaczyć rzeczy, których wcześniej nie widziałeś. Jest to podobne do powiedzmy anteny 2,2 dB.

Teraz decydujesz, że chcesz widzieć jeszcze dalej, więc wyciągasz teleskop. Znowu ograniczasz kąt widzenia, ale może być warto, aby zobaczyć dalej. To byłoby jak antena 7dB.

Anteny są nieco bardziej złożone, ich podstawą byłaby zdolność do równomiernego widzenia we wszystkich kierunkach (w górę, w dół, do przodu, do tyłu, jak to nazywasz) jednocześnie. Ta sytuacja nazywa się anteną izotropową. Stąd pochodzi „i” w dB i to jest nasz punkt odniesienia.

Wracając do przykładu lornetki i teleskopu, anteny dodają temu poziom złożoności z powodu tego pełnego widoku 360 *, od którego zaczynasz. Możesz mieć jedną antenę, która ma wzór, który nadal pozwala widzieć z przodu, z tyłu, po lewej i po prawej stronie, ale nie pozwala widzieć powyżej lub poniżej ciebie. Ten rodzaj anteny może mieć zysk, ponieważ wycinasz górę i dół. W dużej mierze byłoby to uważane za antenę dookólną, ponieważ nadal ma widok 360 *, ale nie będzie w stanie odbierać bardzo dobrze bezpośrednio z anteny nad lub pod anteną.

Podstawową koncepcją, przez którą próbuję przejść, jest to, że zysk nie może po prostu pochodzić skądś, musisz poświęcić pewną część wzoru anteny, aby uzyskać zysk dla innej części wzoru anteny.

Więc na twoje pytanie:

Zakładam, że każda antena (2,4 GHz) 2,2dBI da podobne, 100m wyniki

Niekoniecznie. Zasadniczo możesz mieć antenę 2.2dBI, która ma naprawdę dziwny wzór anteny, który powoduje, że masz dużo zer, w których miałbyś mały zasięg, podczas gdy inne obszary mogą mieć zasięg 100m. Aby naprawdę się dowiedzieć, musisz zagłębić się w arkuszu danych anten.

Warto zauważyć, że producenci anten zawsze dołożą wszelkich starań, aby ich antena brzmiała lepiej niż konkurenci. Oznacza to, że mogą mierzyć swoje zyski antenowe na nieco inne sposoby, aby uzyskać jak największą liczbę. Dzięki dobrym antenom będziesz w stanie uzyskać prawidłowe wzorce anten.

Istniejące odpowiedzi w większości dotyczyły twojego pytania, ale dla potomności chcę wyjaśnić kilka rzeczy.

Musisz być ostrożny z dBi, ponieważ nie jest on równoważny całkowitej mocy wypromieniowanej. Różne anteny mogą mieć drastycznie różne wydajności.

To, co mówi Ci dBi, to szczytowe wzmocnienie ze wszystkich możliwych kierunków w porównaniu z idealną anteną, która promieniuje równomiernie i dookólnie (izotropowo). Należy również zauważyć, że jest to stosunek i że jest on w skali logarytmicznej, więc 3 dB to 2 razy więcej, podczas gdy 20 dB to 100 razy więcej (a i w dBi oznacza izotropowy).

W każdym razie należy pamiętać, że antena 2,2 dBi może mieć straszny zysk we wszystkich kierunkach, z wyjątkiem tego, na co jest bezpośrednio skierowana (wąska szerokość wiązki) i faktycznie emituje mniejszą całkowitą moc niż antena dookólna. *

Gdy znajdujesz się w otoczeniu linii wzroku (LOS), prawdopodobnie największe znaczenie ma maksymalne wzmocnienie, pod warunkiem, że antena jest właściwie skierowana na drugą antenę. ** Jednak w pomieszczeniu i poza linią w środowiskach wzroku (NLOS), możesz uzyskać ogromną liczbę ścieżek, które stworzą szalone wzorce interferencji - sygnał odbije się od podłóg, sufitów, lodówki, telefonu itp., w zależności od tego, gdzie jesteś, te różne odbicia może dodawać konstruktywnie lub destrukcyjnie, dając ci drastycznie różne odbierane moce. W tych środowiskach NLOS wydajność anteny (całkowita moc promieniowania) często ma o wiele większe znaczenie niż kierunkowość (dBi).

* Na przykład, idealna antena 3 dBi (2x zysk) promieniowałaby całą swoją mocą w 180 stopniach, zarówno w azymucie, jak i wysokości (pomyśl połowę kuli). W rzeczywistości nigdy nie jest to osiągalne, ponieważ zawsze jest to stopniowa zmiana wzmocnienia (zwłaszcza, gdy patrzysz na wzory wiązki, które zwykle rysują linię 3 dB, mapa cieplna pokazuje stopniową zmianę). Jednak antena, która osiągnęła zysk 3 dBi przy zaledwie 18-stopniowej szerokości wiązki, również byłaby uważana za antenę 3 dBi, nawet jeśli promieniuje 1/100 mocy (ponieważ ma 1/10 szerokości w azymucie i 1/10 jako szeroki w elewacji).

** W przypadku braku innych obiektów / odbić druga antena odbierałaby tylko energię, która była bezpośrednio w jej kierunku promieniowana, więc tak naprawdę nie ma znaczenia, jaki jest zysk w jakimkolwiek innym kierunku. Chociaż w rzeczywistości nawet przy odbiciach od podłoża można uzyskać krzywe wzorce interferencji.

Ostatnia myśl - jeśli spojrzysz na darmowy kalkulator utraty ścieżki przestrzeni, np. Https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx , to zysk 2,2 dBi daje około 22 m dodatkowego zasięgu (ten sam spadek ścieżki przy 78 m dla anteny 0 dBi jako 100 m dla anteny 2,2 dBi). Twoja antena 7 dBi dałaby kolejne 75 m, do 175 m dla tej samej ścieżki. Znów jest to tylko idealna przestrzeń (bez odbić / pochłaniania) i idealnie spiczasta antena.

Należy również pamiętać, że możesz łamać prawo ze zbyt dużym zyskiem anteny - FCC ogranicza nielicencjonowaną transmisję w paśmie 2,4 GHz do 1 wata EIRP (równoważna moc promieniowania izotropowego). Ponadto z pewnej odległości protokół bluetooth prawdopodobnie zacznie się zawodzić, ponieważ opóźnienie od prędkości światła (około 1 nas w obie strony na 175 m) może zepsuć rzeczy (chociaż znacznie lepiej znam WiFi).

Tak, izotropowy oznacza prawdziwą "wielokierunkową. Ponieważ gumowa antena lub łatka ma strefy zerowe, wysyła więcej w niektórych kierunkach w bok do anteny. Ten zysk zwykle wynosi 2 ~ 3dBi ... odpowiada za utratę w innych kierunkach.

Wysoko kierunkowe anteny telewizyjne i anteny satelitarne często zaczynają się od 16 ~ 24 dBi. Zysk i szerokość wiązki w kierunku piku są kompromisami z izotropowymi.

Oznacza to dla ciebie, że kiedy jesteś na marginesie, mogą teraz dążyć do uzyskania 5dB więcej, co jest ogromne i powoduje przejście do trybu wolnego od błędów. Ale podobnie jak w przypadku świateł mijania, oznacza to również, że jeśli są daleko i nie znają kierunku do routera lub wieży komórkowej, istnieje większe prawdopodobieństwo, że się zgubisz, dopóki nie monitorujesz swojego RSSI lub wskaźnika siły sygnału odbieranego na telefonie komórkowym. W przypadku Wi-Fi służy jednak podwójnemu celowi. Po nawiązaniu połączenia powraca do prędkości transmisji, a nie siły sygnału w niektórych przypadkach, takich jak Apple OSX, a jeśli utracisz sygnał, musisz dążyć do utrzymania dobrego połączenia.

Dla bezpośredniego idealnego „wolnego od zakłóceń” punktu do punktu w czystej linii miejsca, poprawa o 5 dB oznacza, że ​​możesz prawie podwoić dystans. Rzadko zdarza się to w mieście, więc odległość nie jest tak znacząca, jak zdolność celowania w kierunku sygnału i oddalania się od zakłóceń.

Jeśli ktoś chciałby obliczyć utratę ścieżki, mógłby użyć „Równania transmisji Friis” do utraty ścieżki. Nie uwzględnia to poziomu szumu w odbiorniku, martwych stref z wieloma ścieżkami i utraty ścieżki z budynków, drzew, deszczu itp.

Zasięg, R jest w metrach, podobnie jak Lambda, długość fali nadajnika Ft i zyski dla obu anten Gr, Gt.

Zakładam, że każda antena (2,4 GHz) 2,2dBI da podobne, 100m wyniki

Nie. Nie jestem ekspertem od anten, ale słyszałem o antenach dyrektywnych. „I” w dBi oznacza „izotropowy”, co oznacza równomierne promieniowanie we wszystkich kierunkach. Taka antena tak naprawdę nie istnieje, ale model teoretyczny można wykorzystać jako odniesienie. Antena 2,2 dBi ma 2,2 dB lepiej niż antena izotropowa.

Powiedzenie, że każda antena 2,2 dBi da tę samą odległość, ignoruje kierunkowość anteny. Antena o wyższej kierunkowości osiągnie 100 m przy mniejszej mocy niż antena o mniejszej dyrektywie.