dBi چیست؟

هنگام محاسبه بهره آنتن؛ ما از تکنیکی برای تبدیل آن به واحد dB استفاده می‌کنیم

اجازه دهید ابتدا با هم نگاهی به مفهوم بهره آنتن بیندازیم. هنگامی که در مورد بهره آنتن صحبت میکنیم، درباره متمرکز کردن پرتوهای آنتن به منظور افزایش توان آن در جهات مختلف صحبت می‌کنیم.
آنتن با نمونه ایده آل ریاضیاتی که یک آنتن همگرا یا ایزوتروپیک ( برابر در تمامی جهت‌ها) است، مقایسه می‌شود. برای داشتن یک آنتن ایده آل ایزوتروپیک، پرتوها به صورت یکنواخت بر روی سطح کره‌ای با شعاع R که آنتن را احاطه کرده است، توزیع می‌شوند. مساحت چنین سطحی از رابطه A=4πR2 محاسبه می‌شود. تراکم توان در هر بخش در واقع از تقسیم توان کل به مساحت این سطح به دست می‌آید:
Power density = P / A = P / 4πR2
هنگامی که در مورد بهره آنتن، یعنی G ، سخن می‌گوییم ، بر خلاف نمونه آنتن ریاضیاتی ایده آلی که ذکر کردیم ، آن را در معادله ضرب می‌کنیم.  در چه نقطه‌ای توان آنتن به بهره آن میرسد؟ ما نمی‌توانیم کل توان آنتن را تغییر دهیم و تنها می‌توانیم آن را بازتوزیع کنیم. قدرت پرتوها را در جهاتی که نمی‌خواهیم کاهش داده و در جهاتی که دوست داریم، به شکل قابل توجهی افزایش می‌دهیم. تراکم توان، تنها در پرتوی اصلی، به شکل زیر توصیف می‌شود:
Power density = P·G / 4πR2
که در آن ، همانطور که گفته شد، G بهره آنتن است. توجه کنید که بهره ۱ همان تراکم توانی را که آنتن همگرا در اختیار شما قرار میدهد، حاصل می‌کند.  پیش‌تر گفتیم که بهره به یک آنتن همگرا اشاره می‌کند. اگر تراکم توان را برای یک قدرت ارسال و یک برد یکسان با یکدیگر مقایسه کنیم، با استفاده از فرمول dB خواهیم داشت:
dB = 10·log10(Pantenna/Pisotropic)
= 10·log10[(P·G / 4 R2)/(P / 4πR2)]
= 10·log10(G)
اما چرا برای رسیدن به نتیجه ساده‌ای چون نتیجه فوق، همه این محاسبات طاقت فرسا را پشت سر گذاردیم؟ دلیل اصلی برای این کار آن است که ما همیشه به توصیف توان هنگام کار با dB باز خواهیم گشت.
هنگامی که می‌خواهیم توان یک آنتن را با مقداری مشخص مقایسه کنیم از رابطه
dBi = 10·log10(G)
استفاده می‌کنیم. تلفظ صحیح این عبارت dBi یا decibels relative to isotropic(نسبت دسی بل به ایزوتروپیک) است.
بهره آنتن‌ها علاوه بر تابش همگرا، با سطوح دیگر توان نیز مقایسه می‌شود. در این مقایسه، بهره آنتن با dB نشان داده می‌شود.
برای مثال ممکن است برای بیان یک لوب فرعی آنتن از مقداری منفی چون -۲۰ dB استفاده کنند. این امر به معنای آن است که بهره آن لوب فرعی(برای آنتن و زاویه مشخصی) نسبت به لوب اصلی ۲۰ دسی بل پایین‌تر است. در تمییز نسبت بهره به آنتن‌های ایزوتروپیک یا همگرا (dBi) و آنتن‌های دیگر(dB) که معمولا در مورد پرتو اصلی آن‌ها به کار میرود؛ باید دقت کرد.
برای اجتناب از اشتباه، همیشه در استفاده از بهره آنتن‌ها به توانی که با آن مقایسه می‌شود فکر کنید. گزینه‌های انجام این مقایسه شامل آنتن ایزوتروپیک (dBi)، پرتوی اصلی آنتن (dB) و یا آنتن‌های دیگر (dB) است.
dBi معمولا عددی مثبت است،
dB پرتوهای اصلی آنتن تقریبا همیشه عددی منفی است و در دیگر مقایسه ها، این عدد ممکن است مثبت یا منفی باشد.
ماشین حساب دسی بل برای حل چنین مسائلی می‌تواند مفید باشد. تمامی سوالات مرتبط به الگوی تابش آنتن در زیر آمده است.
1.بهره یک آنتن ۳۷ dBi است.  این نسبت توان با چه معیاری در ارتباط است؟
2.نخستین لوب فرعی این آنتن، -13dB است. این رقم نشانگر چه dBi ایست؟
3.دورترین لوب فرعی آنتن بهره‌ای برابر با -۲ dBi دارد. این رقم با میزان اوج آنتن چه اختلافی دارد؟
4.بهره آنتن دیگری ، ۴ دسی بل از این آنتن بیشتر است. نسبت توان بین دو آنتن را با قدرت سیگنال ورودی یکسان محاسبه کنید.

راهنمایی نخست
ماشین حساب دسی بل برای حل چنین مسائلی می‌تواند مفید باشد. تمامی سوالات مرتبط به الگوی تابش آنتن در زیر آمده است.
1.۳۷ dBi = 10·log10(G)
2.نخستین لوب فرعی، ۱۳ dB پایین‌تر است؛ اما ۱۳ دسی بل پایین‌تر از چه چیزی؟ توجه داشته باشید که نسبت توان این مسئله شبیه به مسئله پیشین است.
3.یک لوب فرعی با بهره -2dBi در نظر گرفته شده است. برای درک فاصله آن از ماکزیمم، باید از بهره آنتن در این نقطه کمک بگیرید.
4.این مسئله با بهره‌ای ۴ دسی بلی شبیه به دیگر مسائل dB است که تا به حال حل کرده‌اید. راه حل این مسئله نیز شبیه به همان مسائل است.

راهنمایی دوم
ماشین حساب دسی بل برای حل چنین مسائلی می‌تواند مفید باشد. تمامی سوالات مرتبط به الگوی تابش آنتن در زیر آمده است.
1.G = 10(37/10)
2.نخستین لوب فرعی۱۳دسی بل ازبهره ماکزیمم ۳۷ dBi پایین‌تر است. با تعیین بهره نخستین لوب فرعی در حالت ایزوتروپیک، از فرمول استفاده شده در مسئله پیشین برای به دست آوردن بهره G نخستین لوب فرعی، با استفاده از تعداد dBi هایی که محاسبه کرده اید، بهره بگیرید.
3.حالا یک لوب فرعی با بهره -۲ dBi در اختیار شماست. بهره ماکزیمم ۳۷ dBi است. این بهره چند دسی بل پایین‌تر است؟
4.۴ dB = 10·log10(Power ratio)

اما Power Ratio چیست؟
راه حل
ماشین حساب دسی بل برای حل چنین مسائلی می‌تواند مفید باشد. تمامی سوالات مرتبط به الگوی تابش آنتن در زیر آمده است.

G = 10(37/10)
= 10(۳.۷)
5000
2.بهره نخستین لوب فرعی در dBi برابر است با
37 dBi- 13 dBi= 24 dBi

G = 10(24/10)
= 10(۲.۴)
250
3.  ۳۷ dBi – (-۲ dBi)= 39 dB پایین‌تر از ماکزیمم
در این مسئله، شاهد مقداری منفی در برابر dBi هستید. این اتفاق گاهی رخ میدهد؛ مقادیر منفی dBi که مشاهده خواهید کرد، اعداد بسیار کوچکی هستند.
4.
Power ratio = 10(4/10)
= 10(۰.۴)