DBi più alto significa ulteriore portata, per un'antenna?

Di recente ho acquistato questo modulo Bluetooth (ridicolmente costoso) per il mio Arduino da SparkFun. Sulla pagina dell'articolo dice che è stato testato a 100 m. Ho contattato SparkFun per informazioni sulla loro configurazione e mi hanno detto che per raggiungere la portata di 100 m hanno usato questa antenna da 2,2 dBi .

Presumo che qualsiasi antenna (2,4 GHz) 2,2 dBi produrrà risultati simili, 100 m, è corretto?

Tuttavia, ho questa antenna da 7 dBi sulla sua strada. Se lo uso, sarò in grado di ottenere una portata maggiore rispetto all'antenna da 2,2 dBi?

Sì, otterrai un'intensità del segnale maggiore da un'antenna 7 dBI rispetto a un 2,2dBI (in particolare 4,8 dB). Lo risolve irradiando energia più direzionalmente di un'antenna idea che si irradia uniformemente in tutte le direzioni (0 dBI).

Questa maggiore potenza del segnale di 4,8 dB è 10 ^ (4,8 / 10) = 3 volte più potenza. Ciò consentirà di aumentare il raggio d'azione di circa il 70% in condizioni ideali.

Dal momento che è direzionale, dovrai indicarlo con più attenzione. In particolare l'antenna collegata è praticamente un filo verticale. Si irradia in un cerchio attorno all'antenna; il tuo ricevitore non dovrebbe essere molto al di sopra o al di sotto di questo piano.

Puoi pensare ad antenne simili alla tua visione. 0dB verrebbero considerati come te senza nulla di artificiale.

Ora decidi che ti piacerebbe usare un binocolo per vedere di più. Il problema con il binocolo è che il raggio di visione non è grande come quello che hai con loro. Tuttavia, il binocolo è utile, ti permettono di vedere cose che prima non potevi vedere. Questo è simile a un'antenna da 2,2 dB.

Ora decidi di voler vedere ancora di più, quindi estrai un telescopio. Anche in questo caso stai limitando l'angolo di visione, ma può valerne la pena per vedere oltre. Sarebbe come un'antenna da 7 dB.

Le antenne sono un po 'più complesse, la loro linea di base sarebbe la capacità di vedere allo stesso modo in tutte le direzioni (su, giù, avanti, indietro, lo chiami allo stesso tempo). Questa situazione si chiama antenna isotropica. Questo è da dove viene la 'i' nel dB, ed è la nostra base.

Tornando all'esempio del binocolo e dei telescopi, le antenne aggiungono un livello di complessità a questo a causa di questa visione a 360 * completa con cui si inizia. Potresti avere un'antenna che ha un motivo che ti consente ancora di vedere davanti, dietro, a sinistra e a destra ma non ti consente di vedere sopra o sotto di te. Questo tipo di antenna può avere un guadagno perché si taglia sopra e sotto. In gran parte questa sarebbe ancora considerata un'antenna omnidirezionale perché ha ancora una vista a 360 *, ma non sarà in grado di ricevere molto bene sopra o sotto l'antenna.

Il concetto di base che sto cercando di superare è che il guadagno non può semplicemente venire fuori da nessuna parte, devi sacrificare una parte del modello di antenna per dare guadagno a un'altra parte del modello di antenna.

Quindi alla tua domanda di:

Presumo che qualsiasi antenna (2.4GHz) 2.2dBI produrrà risultati simili, 100m

Non necessariamente. Fondamentalmente potresti avere un'antenna 2.2dBI che ha un modello di antenna davvero strano che ti fa avere molti null in cui avresti poca portata, mentre altre aree potrebbero avere una portata di 100m. Per scoprirlo davvero è necessario scavare nel foglio dati delle antenne.

Vale la pena notare che i produttori di antenne faranno sempre del loro meglio per cercare di rendere il suono dell'antenna migliore rispetto alla concorrenza. Ciò significa che potrebbero misurare i guadagni dell'antenna in modi leggermente diversi al fine di ottenere il maggior numero possibile. Con qualsiasi buona antenna, sarai in grado di ottenere modelli di antenna adeguati.

Le risposte esistenti hanno affrontato principalmente la tua domanda, ma solo per i posteri, voglio chiarire un paio di cose.

Devi stare attento con dBi, in quanto non equivale alla potenza totale irradiata. Antenne diverse possono avere efficienze drasticamente diverse.

Ciò che dBi ti dice è il guadagno di picco da tutte le direzioni possibili rispetto a un'antenna perfetta che si irradia in modo uniforme e omnidirezionale (isotropico). Dovresti anche notare che questo è un rapporto, e che è sulla scala logaritmica, quindi 3 dB è 2 volte di più, mentre 20 dB è 100 volte di più (e l'i in dBi significa isotropico).

Ad ogni modo, la cosa importante da capire è che un'antenna da 2,2 dBi potrebbe avere un terribile guadagno in ogni direzione eccetto per ciò a cui è direttamente puntata (una larghezza del fascio stretta) e in realtà irradiare una potenza totale inferiore rispetto a un'antenna omnidirezionale. *

Quando ci si trova in ambienti line-of-sight (LOS), questo guadagno di picco è probabilmente tutto ciò che conta, a condizione che l'antenna sia effettivamente puntata correttamente sull'altra antenna. ** Tuttavia, in ambienti interni e non-of-line ambienti di vista (NLOS), puoi ottenere un'enorme quantità di multipath che creerà schemi di interferenza pazzi: il segnale rimbalzerà su pavimenti, soffitti, frigorifero, telefono, ecc. e in base a dove ti trovi queste diverse riflessioni può aggiungere in modo costruttivo o distruttivo, dandoti un potere ricevuto drasticamente diverso. In questi ambienti NLOS l'efficienza dell'antenna (potenza totale irradiata) spesso conta molto più della direttività (dBi).

* Ad esempio, un'antenna 3 dBi perfetta (guadagno 2x) irradierebbe tutta la sua potenza a 180 gradi, sia azimut che elevazione (pensate a metà di una sfera). Questo non è mai realizzabile in realtà, poiché è sempre una variazione graduale del guadagno (in particolare, quando si osservano i modelli di fascio in genere disegnano la linea di 3 dB, una mappa di calore mostrerebbe un cambiamento graduale). Tuttavia, un'antenna che ha ottenuto un guadagno di 3 dBi in appena una larghezza di fascio di 18 gradi sarebbe considerata anche un'antenna di 3 dBi, anche se irradia 1/100 della potenza (poiché è 1/10 di larghezza in azimut e 1/10 di ampia in elevazione).

** In assenza di altri oggetti / riflessi, l'altra antenna riceverebbe solo la potenza che si irradiava direttamente verso di essa, quindi non importa quale sia il guadagno in qualsiasi altra direzione. Sebbene, in realtà, anche con rimbalzi di terra, è possibile ottenere alcuni schemi di interferenza.

Considerazione finale - se si osserva un calcolatore di perdita del percorso dello spazio libero, ad es. Https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx , quel guadagno di 2,2 dBi offre un intervallo aggiuntivo di 22 m (stesso pathloss a 78 m per un'antenna 0 dBi come 100 m per un'antenna 2,2 dBi). La tua antenna da 7 dBi darebbe altri 75 m, fino a 175 m per lo stesso percorso. Ancora una volta, questo è solo in uno spazio libero ideale (nessun riflesso / assorbimento) e un'antenna perfettamente appuntita.

Dovresti anche notare che puoi infrangere la legge con un guadagno di antenna troppo elevato: l'FCC limita la trasmissione senza licenza nella banda da 2,4 GHz a 1 watt EIRP (equivalente potenza isotropa irradiata). Inoltre, a una certa distanza il protocollo bluetooth probabilmente inizierà effettivamente a fallire, poiché la latenza dalla velocità della luce (circa 1 noi andata e ritorno a 175 m) può rompere le cose (anche se ho molta più familiarità con il WiFi).

Sì, Isotropic significa vero "omnidirezionale. Poiché un'antenna di gomma o patch ha zone nulle, invia più in alcune direzioni a lato dell'antenna. Questo guadagno in genere 2 ~ 3dBi ... spiega la perdita in altre direzioni.

L'antenna TV altamente direzionale e le antenne paraboliche partono spesso da 16 ~ 24 dBi. Il guadagno e la larghezza del raggio della direzione di picco sono compromessi dall'isotropo.

Ciò che significa per te è che quando sei ai margini, ora possono mirare a ottenere 5 dB in più, il che è enorme e che ti porta in modalità senza errori. Ma come un faro a fascio stretto, significa anche se sono lontani e non conoscono la direzione verso il router o il tower, è più probabile che ti perda fino a quando non controlli il tuo RSSI o ricevi l'indicatore della potenza del segnale sul telefono cellulare. Per Wifi, tuttavia, ha un duplice scopo. Una volta stabilita una connessione, questa torna alla velocità di trasmissione e non alla potenza del segnale in alcuni casi, come l'OSX di Apple, e se perdi il segnale, devi mirare a mantenere una buona connessione.

Per un punto a punto diretto "privo di interferenze" ideale nella linea libera del sito, il miglioramento di 5 dB significa che puoi quasi raddoppiare la distanza. Ciò accade raramente in città, quindi la distanza non è significativa quanto la capacità di puntare verso il segnale e lontano dalle interferenze.

Se uno volesse calcolare la perdita del percorso, potrebbe usare la "Equazione di trasmissione Friis" per la perdita del percorso. Ciò non tiene conto del rumore di fondo del ricevitore, delle zone morte multi-percorso e della perdita di percorso da edifici, alberi, pioggia, ecc.

Range, R è in metri, così come Lambda è la lunghezza d'onda del trasmettitore Ft e guadagni per entrambe le antenne Gr, Gt.

Presumo che qualsiasi antenna (2.4GHz) 2.2dBI produrrà risultati simili, 100m

No. Non sono un esperto di antenne, ma ho sentito parlare di antenne direttive. La "i" in dBi sta per "isotropico", che significa irradiare uniformemente in tutte le direzioni. Una tale antenna non esiste davvero, ma il modello teorico può essere usato come riferimento. Quindi un'antenna da 2,2 dBi fa 2,2 dB meglio dell'antenna isotropica.

Dire che qualsiasi antenna da 2,2 dBi produrrà la stessa distanza ignora la direttività dell'antenna. Un'antenna con una direttività più elevata raggiungerà i 100 m con una potenza inferiore rispetto a un'antenna a direttiva minore.