Tällä sivulla esittelemme toisen perustavanlaatuisen antenniparametrin: antennin vahvistuksen.
Antennin vahvistus
Termi Antennin vahvistus kuvaa sitä, kuinka paljon tehoa lähetetään säteilyn huipun suuntaan verrattuna isotrooppisen lähteen suuntaan. Antennivahvistuson yleisempi kuin suuntaavuusantennin spesifikaatiolomakkeessa, koska siinä otetaan huomioon todelliset häviöt.
Lähetysantenni, jonka vahvistus on 3 dB, tarkoittaa, että kaukana antennista vastaanotettu teho on 3 dB suurempi (kaksi kertaa suurempi) kuin mitä vastaanotettaisiin häviöttömästä isotrooppisesta antennista samalla tuloteholla. Huomaa, että häviötön antenni olisi antenni, jonka antennin hyötysuhde on 0 dB (tai 100 %). Vastaavasti vastaanottoantenni, jonka vahvistus tietyssä suunnassa on 3 dB, vastaanottaa 3 dB enemmän tehoa kuin häviötön isotrooppinen antenni.
Antennin vahvistuksesta puhutaan joskus kulman funktiona. Tällöin kyseessä on lähinnä säteilykuvion piirtäminen, jossa yksiköt (tai kuvion suuruus) mitataan antennivahvuutena. Esimerkki säteilykuviosta, joka on piirretty vahvistuksen suhteen, on esitetty kuvassa 1:
Kuva 1. Esimerkki antennin vahvistuskuviosta.
Useimmiten kuitenkin ilmoitetaan yksi luku, jonka mukaan vahvistus on ”huippuvahvistus” kaikissa suunnissa. Antennin vahvistus (G) voidaan suhteuttaa suuntaavuuteen (D) ja antennin hyötysuhteeseen seuraavasti:
 |
|---|
Todellisen antennin vahvistus voi hyvin suurissa lautasantenneissa olla jopa 40-50 dB:n suuruinen (vaikkakin harvoin). Suuntaavuus voi olla jopa 1,76 dB todellisessa antennissa (esimerkki: lyhyt dipoliantenni), mutta ei voi teoreettisesti koskaan olla alle 0 dB. Antennin huippuvahvuus voi kuitenkin olla mielivaltaisen alhainen häviöiden tai alhaisen hyötysuhteen vuoksi. Sähköisesti pienet antennit (pienet suhteessa antennin käyttämän taajuuden aallonpituuteen) voivat olla hyvin tehottomia, jolloin antennin vahvistus voi olla alle -10 dB (jopa ilman impedanssin epäsovitushäviöiden huomioon ottamista).
Onko suuren vahvistuksen antenni edullinen?
Usein antennien valmistajat (olipa kyseessä wlan-antenni, gps-antenni tai tv-antenni) määrittelevät antennin vahvistuksen. Esimerkiksi wlan-antennien valmistajat saattavat markkinoida wlan-antennia ”korkean vahvistuksen antennina”, joka on kalliimpi kuin vastaava matalan vahvistuksen antenni. Kysymys kuuluu: haluammeko korkean vahvistuksen?
Vastaus on: se riippuu. Jos tiedät tarkalleen, mistä haluttu signaali tulee, haluat maksimaalisen vahvistuksen (haluttuun) suuntaan. Jos et kuitenkaan tiedä, mistä haluttu signaali tulee, on parempi olla matalan vahvistuksen antenni. Pari esimerkkiä tekee tämän selväksi.
{ Esimerkki #1 } – TV-antennit. Jos asennat tv-antennin katollesi ja tiedät, että tv-lähetysantennit ovat etelässä (esimerkiksi jollakin kukkulalla kaupungin eteläpuolella), on parempi käyttää suuren vahvistuksen antennia. Antennit, joiden vahvistus on vähintään 12-15 dB, ovat suositeltavia.
{ Esimerkki #2 } – GPS (Global Positioning System). Mobiililaitteiden GPS-antennit ovat vain vastaanottoantenneja. GPS-antennin tehtävänä on määrittää sijaintisi kolmiomittaamalla vastaanotettua signaalia useista gps-satelliiteista, jotka kaikki ovat eri suunnissa suhteessa vastaanottoantenniin. Tässä tapauksessa erittäin voimakkaasti suuntaava antenni ei olisi suositeltava.
{ Esimerkki #3 } – Matkapuhelimen matkapuhelinantennit. Älypuhelimesi matkapuhelinantenni kommunikoi yhden matkapuhelinverkon tornin kanssa. Mobiiliantennia voidaan kuitenkin pitää missä tahansa suunnassa ja se voi olla missä tahansa asennossa suhteessa verkkomastoon. Näin ollen mobiililaitteessasi on edullista käyttää matalan vahvistuksen antennia.
Huomautus antennivahvistuksen yksiköistä
Jos katsot antennin määrittelylehteä, näet tyypillisesti antennivahvistuksen yksiköt, jotka on ilmoitettu dB:nä, dBi:nä tai dBd:nä. Määrittelen nämä termit alla:
dB – desibeleitä, kuten olemme keskustelleet. 10 dB tarkoittaa 10-kertaista energiaa suhteessa isotrooppiseen antenniin säteilyn huippusuuntaan.
dBi – ”desibeliä suhteessa isotrooppiseen antenniin”. Tämä on sama kuin dB, jota olemme käyttäneet. 3 dBi tarkoittaa kaksinkertaista (2x) tehoa suhteessa isotrooppiseen antenniin huippusäteilyn suunnassa.
dBd – ”desibeleitä suhteessa dipoliantenniin”. Huomaa, että puolen aallonpituuden dipoliantennin vahvistus on 2,15 dBi. Näin ollen 7,85 dBd tarkoittaa, että huippuvahvistus on 7,85 dB suurempi kuin dipoliantennilla; tämä on 10 dB suurempi kuin isotrooppisella antennilla.
Antenniopas (Etusivu)