Означает ли более высокий дБи дальнейший диапазон для антенны?

Я недавно купил этот (смехотворно дорогой) модуль Bluetooth для моего Arduino от SparkFun. На странице предмета написано, что он был проверен на 100м. Я связался со SparkFun для получения информации об их настройке, и они сказали, что для достижения диапазона 100 м они используют эту антенну 2,2 дБи .

Я полагаю, что любая (2,4 ГГц) антенна 2,2 дБи даст аналогичные 100 м результаты: это правильно?

Тем не менее, у меня есть эта антенна 7 дБи на своем пути. Если я воспользуюсь этим, смогу ли я получить больший диапазон, чем от антенны 2,2 дБи?

Да, вы получите больший уровень сигнала от антенны 7 дБи, чем 2,2 дБ (в частности, 4,8 дБ). Это решает это путем излучения энергии более направленно, чем идеальная антенна, которая излучает равномерно во всех направлениях (0 дБИ).

Эта увеличенная сила сигнала на 4,8 дБ составляет 10 ^ (4,8 / 10) = в 3 раза больше мощности. Это увеличит ваш диапазон примерно на 70% в идеальных условиях.

Поскольку он направленный, вам нужно будет указать его более тщательно. В частности, связанная антенна представляет собой вертикальный провод. Он излучает по кругу вокруг антенны; Ваш приемник не должен быть намного выше или ниже этой плоскости.

Вы можете думать об антеннах, похожих на ваше зрение. 0dB будет считаться вами, так же как и вы, без ничего искусственного.

Теперь вы решили, что хотите использовать бинокль, чтобы увидеть дальше. Проблема с биноклем состоит в том, что ваш диапазон просмотра не такой большой, как у вас без них. Тем не менее, бинокль полезен, он позволяет вам видеть вещи, которые вы не могли видеть раньше. Это похоже на, скажем, антенну 2,2 дБ.

Теперь вы решили, что хотите видеть еще дальше, и вытащили телескоп. Опять же, вы ограничиваете угол обзора, но это может стоить того, чтобы увидеть дальше. Это было бы похоже на антенну 7 дБ.

Антенны немного сложнее, их базовой линией будет способность одинаково видеть во всех направлениях (вверх, вниз, вперед, назад, вы называете это) одновременно. Эта ситуация называется изотропной антенной. Вот откуда взялась буква «i» в дБ, и это наша базовая линия.

Возвращаясь к примеру бинокля и телескопа, антенны добавляют к этому уровень сложности из-за этого полного обзора 360 *, с которого вы начинаете. У вас может быть одна антенна, которая имеет диаграмму направленности, которая позволяет вам видеть спереди, сзади, слева и справа, но не позволяет видеть выше или ниже себя. Этот тип антенны может иметь усиление, потому что вы вырезали выше и ниже. В значительной степени это все равно будет считаться всенаправленной антенной, поскольку она все еще имеет обзор 360 *, но она не сможет принимать антенну прямо над или под антенной очень хорошо.

Основная концепция, которую я пытаюсь понять, заключается в том, что усиление не может просто появиться из ниоткуда, нужно пожертвовать некоторой частью диаграммы направленности антенны, чтобы дать усиление другой части диаграммы направленности антенны.

Итак, на ваш вопрос:

Я полагаю, что любая (2,4 ГГц) антенна 2,2 дБИ даст аналогичные 100 м результаты

Не обязательно. По сути, вы могли бы иметь антенну 2.2dBI, которая имеет действительно странную диаграмму направленности, из-за чего у вас было бы много нулей, в которых у вас был бы небольшой диапазон, в то время как другие области могли бы иметь диапазон 100 м. Чтобы действительно узнать, вам нужно покопаться в техническом описании антенн.

Стоит отметить, что производители антенн всегда будут стараться, чтобы их антенны звучали лучше, чем у конкурентов. Это означает, что они могут измерить свои усиления антенны немного разными способами, чтобы получить максимально возможное число. С любыми хорошими антеннами вы сможете получить правильные диаграммы направленности.

Существующие ответы в основном касались вашего вопроса, но просто для потомков я хочу уточнить пару вещей.

Вы должны быть осторожны с дБи, так как он не эквивалентен общей излучаемой мощности. Различные антенны могут иметь существенно разную эффективность.

Что говорит дБи, так это пиковое усиление во всех возможных направлениях по сравнению с идеальной антенной, которая излучает равномерно и ненаправленно (изотропно). Следует также отметить, что это отношение и оно находится в логарифмическом масштабе, поэтому 3 дБ в 2 раза больше, тогда как 20 дБ в 100 раз больше (а i в дБи означает изотропный).

В любом случае, важно понимать, что антенна 2,2 дБи может иметь ужасное усиление во всех направлениях, за исключением того, на что она направлена ​​(узкая ширина луча), и на самом деле излучает меньшую общую мощность, чем всенаправленная антенна. *

Когда вы находитесь в условиях прямой видимости (LOS), это пиковое усиление, вероятно, имеет значение, если антенна действительно правильно направлена ​​на другую антенну. ** Однако в помещениях и вне линии прямой видимости. Прицельная (NLOS) среда, вы можете получить огромное количество многолучевого распространения, что создаст сумасшедшие интерференционные паттерны - сигнал будет отражаться от пола, потолка, вашего холодильника, вашего телефона и т. д., и в зависимости от того, где вы находитесь, эти разные отражения может добавить конструктивно или деструктивно, давая вам резко различную полученную силу. В этих средах NLOS эффективность антенны (общая излучаемая мощность) часто имеет гораздо большее значение, чем направленность (дБи).

* Например, идеальная антенна на 3 дБи (усиление 2x) будет излучать всю свою мощность в 180 градусах, как по азимуту, так и по высоте (например, половина сферы). Это никогда не достижимо в реальности, так как это всегда постепенное изменение усиления (в частности, когда вы смотрите на диаграммы направленности, они обычно рисуют линию 3 дБ, тепловая карта будет показывать постепенное изменение). Тем не менее, антенна, которая достигла усиления 3 дБи при ширине луча всего 18 градусов, также будет считаться антенной 3 дБи, даже если она излучает 1/100 мощности (поскольку она составляет 1/10 ширины по азимуту и ​​1/10 ширины как широкий в высоте).

** При отсутствии каких-либо других объектов / отражений другая антенна будет принимать только энергию, которая была непосредственно направлена ​​на нее, поэтому на самом деле не имеет значения, каково усиление в любом другом направлении. Хотя на самом деле, даже с отскоками от земли, вы можете получить некоторые помехи.

Заключительная мысль - если вы посмотрите на калькулятор потерь пути в свободном пространстве, например, https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx , то усиление 2,2 дБи дает вам около 22 м дополнительного диапазона ( такая же потеря пути на 78 м для антенны 0 дБи и 100 м для антенны 2,2 дБи). Ваша антенна 7 дБи даст еще 75 м, до 175 м для той же потери в тракте. Опять же, это только в идеальном свободном пространстве (без отражений / поглощений) и идеально заостренной антенне.

Следует также отметить, что вы можете нарушать закон при слишком высоком усилении антенны - FCC ограничивает нелицензированную передачу в диапазоне 2,4 ГГц до 1 Вт EIRP (эквивалентная изотропная излучаемая мощность). Кроме того, на некотором расстоянии протокол bluetooth, вероятно, действительно начнет выходить из строя, поскольку задержка от скорости света (около 1 м в обе стороны на 175 м) может сломать вещи (хотя я гораздо больше знаком с WiFi).

Да Изотропный означает истинный «всенаправленный». Поскольку резиновая уточка или патч-антенна имеет нулевые зоны, в некоторых направлениях она направляет больше в сторону от антенны. Это усиление, как правило, 2 ~ 3 дБн ... учитывает потери в других направлениях.

Направленная телевизионная антенна и спутниковые тарелки часто начинаются с 16 ~ 24 дБи. Усиление и ширина луча направления пика являются компромиссами изотропными.

Для вас это означает, что когда вы находитесь на грани, они теперь могут стремиться получить еще 5 дБ, что огромно, и это приводит вас в безошибочный режим. Но, как и в случае узкой фары ближнего света, это также означает, что если вы находитесь далеко и не знаете направления к маршрутизатору или вышке сотовой связи, вы, скорее всего, потеряетесь, пока не будете отслеживать свой RSSI или индикатор уровня принимаемого сигнала на мобильном телефоне. Для Wi-Fi, однако, это служит двойной цели. Как только соединение установлено, оно возвращается к скорости передачи, а не к силе сигнала в некоторых случаях, таких как Apple OSX, и если вы теряете сигнал, вы должны стремиться поддерживать хорошее соединение.

Для прямой идеальной «без помех» точка-точка на четкой линии участка улучшение на 5 дБ означает, что вы можете почти удвоить расстояние. Это редко случается в городе, поэтому расстояние не так важно, как способность нацеливаться на сигнал и вдали от помех.

Если кто-то хочет рассчитать потерю пути, он может использовать «уравнение передачи Friis» для потери пути. Это не учитывает минимальный уровень шума приемника, мертвые зоны на нескольких трассах и потери на трассе от зданий, деревьев, дождя и т. Д.

Диапазон, R в метрах, а лямбда - длина волны передатчика Ft и коэффициенты усиления для обеих антенн Gr, Gt.

Я полагаю, что любая (2,4 ГГц) антенна 2,2 дБИ даст аналогичные 100 м результаты

Нет. Я не эксперт по антеннам, но я слышал о директивных антеннах. «I» в дБи означает «изотропный», что означает равномерное излучение во всех направлениях. Такой антенны на самом деле не существует, но теоретическая модель может быть использована в качестве эталона. Таким образом, антенна 2,2 дБи работает на 2,2 дБ лучше, чем изотропная антенна.

Сказать, что любая антенна 2,2 дБи даст такое же расстояние, игнорирует направленность антенны. Антенна с более высокой направленностью достигнет 100 м с меньшей мощностью, чем антенна с меньшей направленностью.