Перейти к содержанию

Коэффициент усиления антенны (дБи, дБд)

В описании антенны почти всегда есть строчка «усиление 2 дБи» или «3 дБи». Это не усилитель: антенна не добавляет мощности, а перераспределяет её по направлениям. Разбираем, относительно чего меряют усиление, чем дБи отличается от дБд и почему у маленьких печатных антенн оно бывает отрицательным.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Коэффициент усиления антенны (antenna gain) — отношение мощности, которую антенна излучает в данном направлении, к мощности, которую в том же направлении излучала бы идеальная изотропная антенна при той же подведённой мощности. Чаще всего указывают наибольшее значение в децибелах относительно изотропной антенны — дБи (dBi). TI отмечает, что большинство поставщиков приводят характеристики именно к изотропной антенне — модели, которая излучает одинаково во все стороны (AN058, разд. 5.1).

дБи и дБд

ОбозначениеОтносительно чегоСвязь
дБи (dBi)изотропной антенныосновная единица в документации и в бюджете радиолинии
дБд (dBd)полуволнового диполя0 дБд = 2,14 дБи (AN058, разд. 5.1)

Чтобы перейти от дБд к дБи, к числу прибавляют 2,14 дБ. Сами децибелы здесь — отношение мощностей, а не абсолютная величина, в отличие от дБм.

Усиление — не мощность

Антенна ничего не усиливает в смысле усилителя: она излучает ровно ту мощность, которую к ней подвели, за вычетом потерь (AN058, разд. 6.3). Усиление складывается из двух частей:

  • направленности — насколько излучение сосредоточено в одном направлении за счёт других;
  • КПД — какая доля подведённой мощности излучается, а не теряется в проводниках и на отражении от плохо согласованного входа.

Поэтому у маленьких антенн на маленьких платах усиление бывает отрицательным. У печатной IFA TI на 2,4 ГГц в разных плоскостях 1,1, 3,3 и 1,6 дБи (SWRU120D, табл. 3-1), а у IFA на 868–955 МГц наибольшее значение −0,12 дБ и около −6 дБ в двух других плоскостях (SWRA228C) — подробнее в термине «Инвертированная F-антенна».

Где усиление учитывают

В уравнении Фрииса усиления передающей и приёмной антенн в дБи прибавляются к мощности передатчика, а потери в свободном пространстве вычитаются (AN058, разд. 3.6). Мощность передатчика за вычетом потерь в тракте плюс усиление антенны — это ЭИИМ; излучение передатчиков обычно нормируют по излучённой мощности, конкретные условия задают нормы страны.

Высокое усиление не всегда лучше. Направленная антенна позволяет снизить мощность передатчика или увеличить дальность между двумя неподвижными точками, но её нужно навести; для подвижных устройств TI советует ненаправленную антенну (AN058, разд. 5.2). Типы антенн для радиомодулей и их измеренный КПД разобраны в статье «Антенны для радиомодулей».

Частые вопросы

Чем дБи отличается от дБд?

Точкой отсчёта. дБи — усиление относительно идеальной изотропной антенны, которая излучает одинаково во все стороны; дБд — относительно полуволнового диполя. TI приводит соотношение 0 дБд = 2,14 дБи (AN058, разд. 5.1), поэтому антенна «2 дБд» — это 4,14 дБи (наш пересчёт). В уравнение Фрииса подставляют дБи.

Антенна с большим усилением добавляет мощности?

Нет. Антенна излучает только ту мощность, которую к ней подвели; усиление показывает, насколько сильнее она излучает в лучшем направлении за счёт того, что в других излучает слабее (AN058, разд. 6.3). Поэтому направленная антенна хороша для связи двух неподвижных точек, а для переносного устройства лучше ненаправленная.

Почему у печатной антенны усиление отрицательное?

Потому что в усиление входит КПД: маленькая антенна на маленькой плате часть мощности теряет. У IFA на 868–955 МГц из DN023 наибольшее усиление −0,12 дБ, а в двух других плоскостях −6,54 и −5,95 дБ — то есть в этих направлениях она излучает слабее изотропной.

Источники

  1. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 5.1: поставщики указывают характеристики относительно идеальной изотропной антенны, единица — дБи, для диполя 0 дБд = 2,14 дБи; пример платы 6 — пиковое усиление 5,16 дБ, минимум −12,81 дБ; разд. 5.2: направленная антенна позволяет снизить мощность передатчика или увеличить дальность, но нужно знать взаимное положение устройств; разд. 6.3: усиление обозначают дБи, направленность — разность пиковой ЭИИМ и полной излучённой мощности, усиление — сумма КПД и направленности; усиление антенны — не усиление усилителя, антенна излучает только подведённую мощность; разд. 3.6: в уравнении Фрииса усиления в дБи
  2. Texas Instruments. 2.4-GHz Inverted F Antenna (DN007), SWRU120D (2019) — табл. 3-1: усиление IFA в плоскостях XY 1,1 дБи, XZ 3,3 дБи, YZ 1,6 дБи на референсной плате
  3. Texas Instruments. DN023 868 MHz, 915 MHz and 955 MHz Inverted F Antenna, SWRA228C (2011) — разд. 1 и итоговая таблица: наибольшее усиление −0,12 дБ (плоскость YZ), в плоскостях XY и XZ −6,54 и −5,95 дБ

Нашли ошибку?

Смотрите также