¿DBi más alto significa mayor alcance, para una antena?

Recientemente compré este módulo Bluetooth (ridículamente caro) para mi Arduino de SparkFun. En la página del artículo dice que ha sido probado a 100 m. Me puse en contacto con SparkFun para obtener información sobre su configuración y me dijeron que para alcanzar el rango de 100 m utilizaron esta antena de 2.2 dBi .

Supongo que cualquier antena (2.4GHz) 2.2 dBi arrojará resultados similares de 100m: ¿es eso correcto?

Sin embargo, tengo esta antena de 7 dBi en camino. Si lo uso, ¿podré obtener un alcance mayor que el de la antena de 2.2 dBi?

Sí, obtendrá una mayor intensidad de señal de una antena de 7 dBI que una 2.2dBI (específicamente 4.8 dB). Resuelve eso irradiando energía más direccionalmente que una antena de idea que irradia uniformemente en todas las direcciones (0 dBI).

Este aumento de la intensidad de la señal de 4.8 dB es 10 ^ (4.8 / 10) = 3 veces más potencia. Eso aumentará su alcance en aproximadamente un 70% en condiciones ideales.

Dado que es direccional, deberá señalarlo con más cuidado. Específicamente, la antena vinculada es más o menos un cable vertical. Se irradia en un círculo alrededor de la antena; su receptor no debe estar muy por encima o por debajo de este plano.

Puedes pensar en antenas similares a tu visión. 0dB te consideraría igual que tú sin nada artificial.

Ahora decides que te gustaría usar un par de binoculares para ver más. El problema con los binoculares es que su rango de visión no es tan grande como el que tiene sin ellos. Sin embargo, los binoculares son útiles, le permiten ver cosas que no podía ver antes. Esto es similar a, digamos, una antena de 2.2dB.

Ahora decides que quieres ver aún más, así que sacas un telescopio. Una vez más, está limitando el ángulo de visión, pero puede valer la pena para ver más. Esto sería como una antena de 7dB.

Las antenas son un poco más complejas, su línea de base sería la capacidad de ver igualmente en todas las direcciones (arriba, abajo, adelante, atrás, lo que sea) al mismo tiempo. Esta situación se llama antena isotrópica. Aquí es de donde proviene la 'i' en el dB, y es nuestra línea de base.

Volviendo al ejemplo de binoculares y telescopios, las antenas agregan un nivel de complejidad a esto debido a esta vista completa de 360 ​​* con la que comienzas. Podría tener una antena que tenga un patrón que aún le permita ver al frente, detrás, a la izquierda y a la derecha, pero que no le permita ver arriba o debajo de usted. Este tipo de antena puede tener una ganancia porque recorta lo anterior y lo inferior. En gran medida, esto todavía se consideraría una antena omnidireccional porque todavía tiene una vista de 360 ​​*, pero no podrá recibir directamente desde arriba o debajo de la antena muy bien.

El concepto básico que estoy tratando de transmitir es que la ganancia no puede salir de la nada, tienes que sacrificar una parte del patrón de antena para dar ganancia a otra parte del patrón de antena.

Entonces a su pregunta de:

Supongo que cualquier antena 2.2dBI (2.4GHz) arrojará resultados similares de 100m

No necesariamente. Básicamente, podría tener una antena de 2.2dBI que tiene un patrón de antena realmente extraño que hace que tenga muchos nulos en los que tendría poco alcance, mientras que otras áreas podrían tener un alcance de 100m. Para descubrirlo realmente, debe profundizar en la hoja de datos de las antenas.

Vale la pena señalar que los fabricantes de antenas siempre harán todo lo posible para tratar de hacer que su antena suene mejor que la competencia. Esto significa que podrían medir sus ganancias de antena de maneras ligeramente diferentes para obtener el mayor número posible. Con cualquier buena antena, podrá obtener patrones de antena adecuados.

Las respuestas existentes han abordado principalmente su pregunta, pero solo para la posteridad, quiero aclarar un par de cosas.

Debe tener cuidado con dBi, ya que no es equivalente a la potencia radiada total. Diferentes antenas pueden tener eficiencias drásticamente diferentes.

Lo que dBi le dice es la ganancia máxima de todas las direcciones posibles en comparación con una antena perfecta que se irradia de manera uniforme y omnidireccional (isotrópica). También debe tener en cuenta que esta es una relación, y que está en la escala logarítmica, por lo que 3 dB es 2 veces más, mientras que 20 dB es 100 veces más (y el i en dBi significa isotrópico).

De todos modos, lo importante es darse cuenta de que una antena de 2.2 dBi podría tener una ganancia terrible en todas las direcciones, excepto por lo que apunta directamente (un ancho de haz estrecho) y en realidad irradia menos potencia total que una antena omnidireccional. *

Cuando se encuentra en entornos de línea de visión (LOS), esta ganancia máxima es probablemente lo único que importa, siempre que la antena esté apuntada correctamente a la otra antena. ** Sin embargo, en interiores y sin línea de entornos de vista (NLOS), puede obtener una gran cantidad de trayectos múltiples que crearán patrones de interferencia locos: la señal rebotará en los pisos, techos, su refrigerador, su teléfono, etc., y dependiendo de dónde se encuentre estos diferentes reflejos puede agregarse de manera constructiva o destructiva, dándole un poder recibido drásticamente diferente. En estos entornos NLOS, la eficiencia de la antena (potencia radiada total) a menudo es mucho más importante que la directividad (dBi).

* Por ejemplo, una antena perfecta de 3 dBi (ganancia 2x) irradiaría toda su potencia en 180 grados, tanto en acimut como en elevación (piense en la mitad de una esfera). En realidad, esto nunca se puede lograr, ya que siempre se trata de un cambio gradual en la ganancia (en particular, cuando se observan los patrones del haz, generalmente dibujan la línea de 3 dB, un mapa de calor mostrará un cambio gradual). Sin embargo, una antena que logró una ganancia de 3 dBi en solo un ancho de haz de 18 grados también se consideraría una antena de 3 dBi, a pesar de que está irradiando 1/100 de la potencia (ya que es 1/10 del ancho en acimut y 1/10 como ancho en elevación).

** En ausencia de cualquier otro objeto / reflejo, la otra antena solo recibiría la potencia que se irradia directamente hacia ella, por lo que realmente no importa cuál sea la ganancia en cualquier otra dirección. Aunque, en realidad, incluso con rebotes en el suelo, puede obtener algunos patrones de interferencia atornillados.

Reflexión final: si observa una calculadora de pérdida de ruta de espacio libre, por ejemplo , https://www.pasternack.com/t-calculator-fspl.aspx , esa ganancia de 2.2 dBi le proporciona un rango adicional de 22 m (misma pérdida de ruta en 78 m para una antena de 0 dBi como 100 m para una antena de 2.2 dBi). Su antena de 7 dBi le daría otros 75 m, hasta 175 m para la misma pérdida de ruta. Nuevamente, esto es solo en un espacio libre ideal (sin reflejos / absorción) y una antena perfectamente puntiaguda.

También debe tener en cuenta que puede estar infringiendo la ley con una ganancia de antena demasiado alta: la FCC limita la transmisión sin licencia en la banda de 2.4 GHz a EIRP de 1 vatio (potencia radiada isotrópica equivalente). Además, a cierta distancia, el protocolo bluetooth probablemente comenzará a fallar, ya que la latencia de la velocidad de la luz (aproximadamente 1 ida y vuelta a 175 m) puede romper las cosas (aunque estoy mucho más familiarizado con WiFi).

Sí. Isotrópico significa verdadero "omnidireccional. Dado que un patito de goma, o antena de parche tiene zonas nulas, envía más en algunas direcciones a la antena. Esta ganancia típicamente 2 ~ 3dBi ... explica la pérdida en otras direcciones.

La antena de TV altamente direccional y las antenas parabólicas comienzan con un rango de 16 ~ 24 dBi. La ganancia y el ancho del haz de la dirección del pico son compensaciones de isotrópicos.

Lo que esto significa para ti es que cuando estás al margen, ahora pueden aspirar a obtener 5dB más, lo cual es enorme y eso te lleva al modo libre de errores. Pero al igual que un faro de haz estrecho, también significa que si está lejos y no conoce la dirección del enrutador o la torre celular, es más probable que se pierda hasta que controle su RSSI o el indicador de intensidad de la señal recibida en el teléfono celular. Sin embargo, para Wifi, tiene un doble propósito. Una vez que se establece una conexión, vuelve a la velocidad en baudios y no a la intensidad de la señal en algunos casos, como el OSX de Apple, y si pierde la señal, debe intentar mantener una buena conexión.

Para un punto directo directo "sin interferencias" ideal en una línea clara del sitio, una mejora de 5 dB significa que casi puede duplicar su distancia. Esto rara vez ocurre en la ciudad, por lo que la distancia no es tan significativa como la capacidad de apuntar hacia la señal y lejos de la interferencia.

Si uno quisiera calcular la pérdida de ruta, podría usar la "Ecuación de transmisión de Friis" para la pérdida de ruta. Esto no tiene en cuenta el ruido de fondo del receptor, las zonas muertas de múltiples caminos y la pérdida de caminos de edificios, árboles, lluvia, etc.

Rango, R está en metros, al igual que Lambda, la longitud de onda del transmisor Ft y las ganancias para ambas antenas Gr, Gt.

Supongo que cualquier antena 2.2dBI (2.4GHz) arrojará resultados similares de 100m

No. No soy un experto en antenas, pero he oído hablar de antenas directivas. La "i" en dBi significa "isotrópico", lo que significa que se irradia uniformemente en todas las direcciones. Tal antena realmente no existe, pero el modelo teórico se puede usar como referencia. Entonces, una antena de 2.2 dBi rinde 2.2 dB mejor que la antena isotrópica.

Decir que cualquier antena de 2.2 dBi producirá la misma distancia ignora la directividad de la antena. Una antena con mayor directividad alcanzará los 100 m con menos potencia que una antena menos directiva.