更高的dBi是否意味着天线的更大范围?


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我最近从SparkFun为我的Arduino 购买了这个(非常昂贵的)蓝牙模块。在物品的页面上说已在100 m处进行了测试。我联系了SparkFun以获取有关其设置的信息,他们说要使用此2.2 dBi天线达到100 m的射程。

我假设任何(2.4GHz)2.2 dBi天线都会产生类似的100m结果:这是正确的吗?

但是,我正在使用7 dBi天线。如果使用该功能,我将可以获得比2.2 dBi天线更大的距离?

Answers:


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是的,从7 dBI天线获得的信号强度将比2.2dBI(具体为4.8 dB)更高。它通过比在各个方向上均等地辐射(0 dBI)的理想天线更定向地辐射能量来解决该问题。

4.8 dB的信号强度增加了10 ^(4.8 / 10)= 3倍的功率。在理想条件下,这将使范围增加约70%。

由于它是定向的,因此您需要更仔细地指出它。具体来说,链接的天线几乎是一根垂直线。它围绕天线辐射一圈。您的接收器不应在此平面上方或下方太多。


有很多方法可以重复已经说明的内容。
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75'7年

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@TonyStewart我看不到你在说什么。
W5VO'7

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@ W5VO-没人做。
Rocketmagnet

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您可以想到与您的视觉相似的天线。就像没有任何虚假的东西一样,您会认为0dB。

现在,您决定要使用双筒望远镜进一步观察。双筒望远镜的问题在于,您的观看范围不会像没有望远镜时那样大。但是,双筒望远镜非常有用,它们可以让您看到以前看不到的东西。这类似于说一个2.2dB的天线。

现在,您决定要进一步查看,因此您拔出了望远镜。同样,您要限制视角,但是值得一看以便进一步观察。这就像是7dB的天线。

天线稍微复杂一点,它们的基线是能够同时在各个方向(向上,向下,向前,向后,您自己命名)看到的能力。这种情况称为各向同性天线。这就是dB中的“ i”的来源,这是我们的基准。

回到双筒望远镜和望远镜的例子,由于开始时具有完整的360 *视图,因此天线为此增加了一定程度的复杂性。您可能有一个天线,其方向图仍然可以让您看到正面,背面,左侧和右侧,但看不到上方或下方。这种类型的天线可能会有所收获,因为您切除了上方和下方。在很大程度上,这仍然可以认为是全向天线,因为它仍然具有360 *的视角,但是它不能很好地从天线的正上方或正下方接收。

我试图克服的基本概念是增益不能随处出现,您必须牺牲一部分天线方向图才能使另一部分天线增益。

所以对你的问题:

我假设任何(2.4GHz)2.2dBI天线都会产生类似的100m结果

不必要。基本上,您可能拥有一个2.2dBI天线,其天线方向图确实很奇怪,这会导致您有很多零位,而您在其中的距离将很小,而其他区域的距离可能为100m。要真正找出答案,您需要深入研究天线的数据表。

值得注意的是,天线制造商将始终竭尽所能,以使其天线的声音优于竞争对手。这意味着他们可能会以略有不同的方式测量其天线增益,以便获得最大的数量。使用任何好的天线,您将可以获得正确的天线方向图。


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说明好,直接回答差。用奇数模式描述的天线将大于2.2 dBi。
Ben Voigt 2012年

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现有的答案大都解决了您的问题,但仅出于后代目的,我想澄清几件事。

您必须注意dBi,因为它等于总辐射功率。不同的天线可以有显着不同的效率。

与一个均匀且全向辐射(各向同性)的完美天线相比,dbi告诉您的是在所有可能方向上的峰值增益。您还应该注意,这是一个比率,它是对数刻度,因此3 dB是2倍,而20 dB是100倍(并且dBi中的i表示各向同性)。

无论如何,要意识到的重要一点是,除了直接指向的天线(窄波束宽度)以外,2.2 dBi天线在每个方向上都可能具有可怕的增益,并且实际上发射的总功率比全向天线要。*

在视线(LOS)环境中,只要天线实际上正确指向另一根天线,峰值增益就很重要。**但是,在室内和非视线范围内视(NLOS)环境中,您会获得大量的多径信号,这些信号会产生疯狂的干扰模式-信号会从地板,天花板,冰箱,电话等处反弹,并取决于您在这些位置的不同反射可以相长或相消地相加,从而为您提供截然不同的接收功率。在这些NLOS环境中,天线的效率(总辐射功率)通常比方向性(dBi)重要得多。


*例如,一个完美的3 dBi天线(增益为2倍)将以180度辐射所有功率,包括方位角和仰角(想像一个球体的一半)。实际上,这永远是无法实现的,因为它始终是增益的逐渐变化(特别是当您查看光束方向图时,它们通常会画出3 dB的线,热图会显示出逐渐变化)。但是,即使天线辐射的功率仅为功率的1/100(因为它的方位角宽度是其宽度的1/10,而其辐射宽度是其1/10),则仅在18度波束宽度内获得3 dBi增益的天线也将被视为3 dBi天线。高程)。

**在没有任何其他物体/反射的情况下,另一个天线只会接收直接向其辐射的功率,因此,在任何其他方向的增益实际上并不重要。尽管实际上,即使有地面反弹,您也可以得到一些螺旋状的干涉图案。

最终想法-如果您查看免费的空间路径损耗计算器,例如https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx,则2.2 dBi的增益将为您提供22m的附加范围(相同的路径损耗0 dBi天线为78 m,2.2 dBi天线为100 m)。对于相同的路径损耗,您的7 dBi天线会另外提供75 m,最大为175 m。同样,这只是在理想的自由空间(无反射/吸收)和完美指向的天线中。

您还应该注意,天线增益过高可能会违反法律-FCC将2.4 GHz频段内的无牌传输限制为1瓦EIRP(等效各向同性辐射功率)。另外,在一定距离处,蓝牙协议实际上可能会开始失败,因为光速的延迟(在175 m处往返约1 us)会破坏事物(尽管我对WiFi更加熟悉)。


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是的,各向同性意味着真正的“全向”。由于橡胶鸭嘴或贴片天线具有零区,因此它会在某些方向向天线的侧面发送更多信号。通常增益为2〜3dBi ...则说明了其他方向的损耗。

高度定向的电视天线和卫星天线的起始范围通常为16〜24 dBi。峰方向的增益和波束宽度是各向同性的权衡。

这对您而言意味着,当您处于边缘时,他们现在可以将目标提高5dB,这是巨大的,这将使您进入无错误模式。但是,就像窄光束大灯一样,这也意味着如果距离很远并且不知道通往路由器或基站的方向,您很可能迷路,直到您在手机上监控RSSI或接收到的信号强度指示器为止。但是,对于Wifi而言,它具有双重目的。建立连接后,在某些情况下(例如Apple的OSX),连接将恢复为波特率而不是信号强度,如果丢失信号,则必须努力保持良好的连接。

对于直接理想的“无干扰”点对点,在清晰的场地内,改善5 dB意味着您的距离几乎可以翻倍。这种情况在城市中很少发生,因此距离远不及瞄准信号和远离干扰的能力。

如果要计算路径损耗,则可以使用“弗里斯传输方程式”计算路径损耗。在此处输入图片说明这不考虑接收机的本底噪声,多径盲区以及建筑物,树木,雨水等造成的路径损耗。

范围R以米为单位,发射器Ft的波长Lambda和天线Gr,Gt的增益也以米为单位。


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我假设任何(2.4GHz)2.2dBI天线都会产生类似的100m结果

不。我不是天线专家,但是我听说过定向天线。dBi中的“ i”代表“各向同性”,表示在所有方向上均匀辐射。这样的天线实际上并不存在,但是理论模型可以用作参考。因此,一个2.2 dBi的天线比各向同性天线要好2.2 dB。

任何 2.2 dBi天线都会产生相同的距离,而忽略了天线的方向性。方向性较高的天线将比定向性较小的天线以更低的功率达到100 m。


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2.2 dBi是方向性,不是吗?这意味着,如果相同的输入功率各向同性地分布(在所有方向上均等),则最强方向的辐射功率要高出2.2 dB(约66%)。
Ben Voigt 2012年
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