Maior dBi significa alcance adicional para uma antena?

Recentemente, comprei este módulo Bluetooth (ridiculamente caro) para o meu Arduino da SparkFun. Na página do item, ele diz que foi testado a 100 m. Entrei em contato com o SparkFun para obter informações sobre sua configuração e eles disseram que atingiam o alcance de 100 m que usavam essa antena de 2,2 dBi .

Presumo que qualquer antena de 2,2 dBi (2,4 GHz) produzirá resultados semelhantes de 100 m: está correto?

No entanto, tenho essa antena de 7 dBi a caminho. Se eu usar isso, poderei obter um alcance maior do que a da antena de 2,2 dBi?

Sim, você obterá mais força de sinal de uma antena de 7 dBI do que de 2,2 dBI (especificamente 4,8 dB). Resolve isso irradiando energia mais direcionalmente do que uma antena de idéia que irradia uniformemente em todas as direções (0 dBI).

Essa força de sinal aumentada de 4,8 dB é 10 ^ (4,8 / 10) = 3 vezes mais potência. Isso aumentará seu alcance em cerca de 70% em condições ideais.

Como é direcional, você precisará apontá-lo com mais cuidado. Especificamente, a antena vinculada é praticamente um fio vertical. Ele irradia em círculo ao redor da antena; seu receptor não deve estar muito acima ou abaixo deste plano.

Você pode pensar em antenas semelhantes à sua visão. 0dB seria considerado você como você, sem nada artificial.

Agora você decide que gostaria de usar um par de binóculos para ver mais. O problema com os binóculos é que seu alcance de visualização não é tão grande quanto você possui sem eles. No entanto, os binóculos são úteis, eles permitem que você veja coisas que você não podia ver antes. Isto é semelhante ao digamos uma antena de 2.2dB.

Agora você decide que quer ver ainda mais, e puxa um telescópio. Mais uma vez, você está limitando o ângulo de visão, mas pode valer a pena para ver mais adiante. Isso seria como uma antena de 7dB.

As antenas são um pouco mais complexas, sua linha de base seria a capacidade de ver igualmente em todas as direções (para cima, para baixo, para frente, para trás, o que você quiser) ao mesmo tempo. Essa situação é chamada de antena isotrópica. É daí que o 'i' no dB vem e é a nossa linha de base.

Voltando ao exemplo de binóculos e telescópios, as antenas adicionam um nível de complexidade a isso, devido a essa visão completa de 360 ​​* com a qual você começa. Você pode ter uma antena que possui um padrão que ainda permite ver na frente, atrás, à esquerda e à direita, mas não permite ver acima ou abaixo de você. Esse tipo de antena pode ter um ganho porque você recorta o acima e o abaixo. Em grande parte, isso ainda seria considerado uma antena omnidirecional, porque ainda tem uma visão de 360 ​​*, mas não será capaz de receber diretamente diretamente acima ou abaixo da antena.

O conceito básico que estou tentando entender é que o ganho não pode surgir do nada; você precisa sacrificar parte do padrão da antena para obter ganho para outra parte do padrão da antena.

Então, para sua pergunta sobre:

Presumo que qualquer antena de 2.2dBI (2.4GHz) produzirá resultados semelhantes, 100m

Não necessariamente. Basicamente, você pode ter uma antena de 2,2dBI que possui um padrão de antena realmente estranho que faz com que você tenha muitos nulos nos quais você teria pouco alcance, enquanto outras áreas podem ter um alcance de 100m. Para realmente descobrir, você precisa procurar na folha de dados das antenas.

Vale a pena notar que os fabricantes de antenas farão sempre o possível para tentar fazer com que a antena pareça melhor do que os concorrentes. Isso significa que eles podem medir seus ganhos de antena de maneiras ligeiramente diferentes para obter o maior número possível. Com quaisquer boas antenas, você poderá obter padrões de antena adequados.

As respostas existentes abordaram principalmente a sua pergunta, mas apenas para a posteridade, quero esclarecer algumas coisas.

Você tem que ter cuidado com dBi, como é não equivalente à potência radiada total. Antenas diferentes podem ter eficiências drasticamente diferentes.

O que o dBi diz é o ganho de pico em todas as direções possíveis, quando comparado a uma antena perfeita que irradia de maneira uniforme e omnidirecional (isotrópica). Você também deve observar que essa é uma razão e está na escala logarítmica; portanto, 3 dB é 2 vezes mais, enquanto 20 dB é 100 vezes mais (e i em dBi significa isotrópico).

De qualquer forma, o importante a ser percebido é que uma antena de 2,2 dBi pode ter um ganho terrível em todas as direções, exceto para o que é diretamente apontada (uma largura de feixe estreita) e estar realmente irradiando menos potência total do que uma antena omnidirecional. *

Quando você está em ambientes de linha de visão (LOS), esse ganho de pico provavelmente é tudo o que importa, desde que a antena esteja realmente apontada corretamente para a outra antena. ** No entanto, em ambientes internos e não em linhas de linha Em ambientes de visão (NLOS), você pode obter uma enorme quantidade de caminhos múltiplos que criarão padrões de interferência malucos - o sinal ricocheteia no chão, no teto, na geladeira, no telefone etc. etc. e dependendo de onde você está pode adicionar de forma construtiva ou destrutiva, proporcionando um poder recebido drasticamente diferente. Nesses ambientes NLOS, a eficiência da antena (potência total irradiada) geralmente importa muito mais do que a diretividade (dBi).

* Por exemplo, uma antena perfeita de 3 dBi (ganho de 2x) irradiava toda a sua potência em 180 graus, tanto em azimute quanto em elevação (pense em metade de uma esfera). Isso nunca é possível na realidade, pois é sempre uma mudança gradual no ganho (notavelmente, quando você olha para os padrões de feixe, eles normalmente desenham a linha de 3 dB, um mapa de calor mostraria uma mudança gradual). No entanto, uma antena que atingiu um ganho de 3 dBi em apenas uma largura de feixe de 18 graus também seria considerada uma antena de 3 dBi, mesmo que esteja irradiando 1/100 da potência (já que possui 1/10 da largura em azimute e 1/10 como ampla em elevação).

** Na ausência de outros objetos / reflexões, a outra antena só receberia a energia que foi diretamente irradiada em sua direção, portanto, realmente não importa qual é o ganho em qualquer outra direção. Embora, na realidade, mesmo com quedas de terra, você possa obter alguns padrões de interferência complicados.

Pensamento final - se você olhar para uma calculadora de perda de caminho de espaço livre, por exemplo , https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx , esse ganho de 2,2 dBi oferece um alcance adicional de 22 m (o mesmo caminho a 78 m para uma antena de 0 dBi e 100 m para uma antena de 2,2 dBi). Sua antena de 7 dBi daria outros 75 m, até 175 m, para o mesmo pathloss. Novamente, isso ocorre apenas em um espaço livre ideal (sem reflexos / absorção) e em uma antena perfeitamente pontiaguda.

Você também deve observar que pode estar violando a lei com um ganho de antena muito alto - a FCC limita a transmissão não licenciada na faixa de 2,4 GHz a EIRP de 1 watt (potência irradiada isotrópica equivalente). Além disso, a alguma distância, o protocolo bluetooth provavelmente começará a falhar, pois a latência da velocidade da luz (cerca de 1 nós de ida e volta a 175 m) pode quebrar as coisas (embora eu esteja muito mais familiarizado com o WiFi).

Sim Isotrópico significa verdadeiro "omnidirecional. Como uma antena de patinho de borracha ou patch tem zonas nulas, ela envia mais em algumas direções para a antena. Esse ganho normalmente 2 ~ 3dBi ... é responsável pela perda em outras direções.

Antenas de TV e antenas parabólicas de alta direção começam frequentemente a partir de 16 ~ 24 dBi. O ganho e a largura do feixe da direção do pico são compensações do isotrópico.

O que isso significa para você é que, quando você está à margem, agora eles podem tentar obter 5dB a mais, o que é enorme e o coloca no modo livre de erros. Mas, como um farol de feixe estreito, isso também significa que, se estiver longe e não souber a direção do roteador ou da torre de celular, é mais provável que você se perca até monitorar o RSSI ou o indicador de intensidade do sinal recebido no celular. Para Wifi, no entanto, serve a um propósito duplo. Depois que a conexão é estabelecida, ela reverte para a taxa de transmissão e não para a intensidade do sinal em alguns casos, como o OSX da Apple, e se você perder o sinal, terá que procurar manter uma boa conexão.

Para um ponto direto "livre de interferências" ideal em uma linha clara do local, uma melhoria de 5 dB significa que você pode quase dobrar sua distância. Isso raramente acontece na cidade, portanto a distância não é tão significativa quanto a capacidade de apontar em direção ao sinal e longe da interferência.

Se alguém quiser calcular a perda de caminho, poderá usar a "Equação de transmissão de Friis" para perda de caminho. Isso não leva em consideração o ruído do receptor, as zonas mortas de vários caminhos e a perda de caminhos de prédios, árvores, chuva etc.

Faixa, R é em metros, assim como Lambda, o comprimento de onda do transmissor Ft e ganhos para a antena Gr, Gt.

Presumo que qualquer antena de 2.2dBI (2.4GHz) produzirá resultados semelhantes, 100m

Não. Não sou especialista em antenas, mas já ouvi falar em antenas diretivas. O "i" em dBi significa "isotrópico", ou seja, irradiando uniformemente em todas as direções. Essa antena realmente não existe, mas o modelo teórico pode ser usado como referência. Portanto, uma antena de 2,2 dBi é 2,2 dB melhor que a antena isotrópica.

Dizer que qualquer antena de 2,2 dBi produzirá a mesma distância ignora a diretividade da antena. Uma antena com diretividade mais alta alcançará os 100 m com menos potência do que uma antena menos diretiva.