Τι είναι τα decibel (dB), dBi, dBm και dBd

dBi – χρησιμοποιείται για την έκφραση της απολαβής (κέρδους, Gain) οποιασδήποτε κεραίας εκπομπής ή και λήψης. Μας δείχνει πόσο μεγαλύτερη είναι η απολαβή μίας πραγματικής φυσικής κεραίας, σε σύγκριση με μία ισοτροπική, (υποθετική, θεωρητική). 

Ισοτροπική είναι μία ιδεατή κεραία, η οποία ακτινοβολεί εξ ίσου με ισομερή ομοιόμορφο τρόπο προς όλες τις κατευθύνσεις και των τριών διαστάσεων. Το διάγραμμα ακτινοβολίας της είναι μία τέλεια σφαίρα. Η ισοτροπική κεραία έχει απολαβή 0 dB εξ ορισμού.

Προϋπόθεση είναι οι δύο κεραίες αυτές να τροφοδοτούνται με την ίδια ισχύ. Το dBi [ντεσιμπέλ ανά ισότροπο dB (i=ισότροπο)] είναι ένα μέτρο του μπροστινού κέρδους μιας κεραίας, δηλαδή το κέρδος ισχύος που εκπέμπεται προς μία κατεύθυνση.

dB - αναφέρεται στο γνωστό μας decibel (ντεσιμπέλ), το οποίο είναι μονάδα μέτρησης έντασης του ήχου ή ισχύος ενισχυτών. Είναι ένα μέτρο σύγκρισης της ισχύος μεταξύ δύο επιπέδων ή καλλίτερα δύο ισχύων. Επομένως το dB ΔΕΝ είναι απόλυτη μέτρηση, αλλά ένας λόγος (P₁/P₂).

Το dB ως αυτόνομη μονάδα αντιπροσωπεύει απώλεια ή κέρδος και ΔΕΝ έχει καμία διάσταση, είναι αδιάστατος αριθμός.

Έτσι, ο όρος "dB" δεν είναι αναφορά, αλλά μέθοδος και πρότυπο μέτρησης. Τα dB πρέπει να χρησιμοποιούνται έναντι ενός προτύπου. Τα dBi & dBm είναι dB (ντεσιμπέλ) που μετρώνται σε σχέση με ένα πρότυπο.

dBm - (ντεσιμπέλ ανά milliwatt): Έτσι αναφέρεται η σχετική ισχύς που “εκπέμπεται” από έναν ενισχυτή. Εκφράζει τα ντεσιμπέλ ως ένα σχετικό μέτρο του milliWatt (mW).

Δεν υπάρχει άμεση συσχέτιση μεταξύ Watt και dBi.

Το dBm είναι λογαριθμικό και το mW είναι γραμμικό.

dBm=dB/mW: dBm είναι μία έκφραση ισχύος σε ντεσιμπέλ ανά milliwatt. Χρησιμοποιούμε τις μονάδες dBm όταν μετράμε την ισχύ που εκπέμπεται από ενισχυτές. Μετράμε αυτήν την ισχύ σε milliWatts, η οποία συνήθως συντομογραφείται ως mW.

dBd - Υπάρχει όμως και το dBd το οποίο αναφέρεται στο κέρδος (gain) της κεραίας σε σχέση με ένα δίπολο αναφοράς. Το δίπολο αυτό αναφοράς ορίζεται να έχει κέρδος 2,14 dBi.        [10.log10(1,64) = 2,14843] ≈ 2,15 dBi.

Ένα δίπολο λ/2 έχει απολαβή 2,15 dBi σε σχέση με την ισοτροπική κεραία η οποία έχει εξ ορισμού 0 dB, λόγω της τέλειας σφαιρικής εκπομπής της.

Το 2,15 dBi σημαίνει ότι η κεραία αυτή έχει απολαβή 2,15 ισοτροπικά decibels, περισσότερα από μία ιδανική ισοτροπική κεραία. 

Για να μετατρέψουμε το dBi σε dBd:

Gain σε dBd = gain σε dBi - 2,15 dB

Gain σε dBi = gain σε dBd + 2,15 dB

Το κέρδος μίας κατευθυνόμενης κεραίας παρέχεται σε dBi, δηλώνει δε κατά πόσο η ισχύς σήματος υπερβαίνει αυτήν της ισοτροπικής κεραίας με εστίαση του λοβού σε συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αυτή η ποσότητα καθορίζεται συγκρίνοντας τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, μετρούμενες σε μικροβάτ ανά τετραγωνικό μέτρο σε δεδομένη απόσταση.

Αναφερόμαστε σε κέρδη κεραίας όταν πρόκειται για :

Πανκατευθυντικές:  από 3 dBi έως 6 dBi

Κατευθυνόμενες: από 8 dBi έως 11 dBi

Στον πίνακα της σελίδας 50 παρατηρήστε τις απολαβές διπόλων σε σχέση με το μήκος τους. Αυτό συμβαίνει γιατί όσο αυξάνεται το μήκος του διπόλου λεπταίνει ο λοβός προς συγκεκριμένη κατεύθυνση και αυξάνει η ένταση του πεδίου προς αυτήν την κατεύθυνση σε σύγκριση με την ισοτροπική.

S1	–48 dB
S2	–42 dB
S3	–36 dB
S4	–30 dB
S5	–24 dB
S6	–18 dB
S7	–12 dB
S8	–6 dB
S9	0 dB
S9+10	10 dB
S9+20	20 dB
S9+40	40 dB

Διαβάζουμε στο s-meter το σήμα άλλων σταθμών σε dB , (εικόνα) και αναφέρουμε την απολαβή της κεραίας εκ παραδρομής πάλι σε dB.

Στη συνέχεια παραθέτουμε πίνακα που αφορά μείωση και αύξηση λόγων ισχύος σε αντιστοιχία με τα dB:             

Λόγος ισχύων σε μείωση	Εξασθένηση ή απολαβή σε dB	Λόγος ισχύων σε αύξηση
1	0	1
στο 1/2	3,01	διπλάσιο
στο 1/3	4,77	τριπλάσιο
στο 1/4	6,022	τετραπλάσιο
στο 1/5	6,99	πενταπλάσιο
στο 1/6	7,78	εξαπλάσιο
στο 1/7	8,45	επταπλάσιο
στο 1/8	9,03	οκταπλάσιο
στο 1/9	9,54	εννεαπλάσιο
στο 1/10	10	δεκαπλάσιο

Αναφέραμε ήδη ότι η μονάδα decibel  (dΒ) είναι εξαιρετικά πρακτική για μετρήσεις σχέ-σεων ισχύος. Ένα dΒ αναπα-ριστά μία μικρή πτώση ή αύξηση της «δύναμης» του σήματος. Η αύξηση ενός σή-ματος κατά 20 dΒ αντιστοιχεί σε μία σχέση ισχύος  100:1.

Αν θέλουμε να το κάνουμε λίγο πιο δύσκολο, τότε:  

dΒ = 10.log₁₀(P1/P2)

φαίνεται από τη σχέση ότι το ντεσιμπέλ (dB) είναι 10 φορές ο λογάριθμος της σχέσης των ισχύων δυο θέσεων, μιας αρχικής και μιας τελικής.

Παραδείγματα :

Αν μειωθεί η ισχύς εκπομπής στο μισό, τότε το σήμα πέφτει κατά 3 dB.

Αν μειωθεί η ισχύς εκπομπής στο ένα τρίτο, τότε το σήμα πέφτει κατά 4,77 dB. ΣΥΓΚΡΙΝΟΥΜΕ ΤΙΣ ΔΥΟ ΙΣΧΥΕΣ, ΤΗΝ ΑΡΧΙΚΗ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΤΕΛΙΚΗ.

Απολαβή διπόλου σε σχέση με το μήκος του
Μήκος διπόλου σε μήκη κύματος λ	Απολαβή, gain σε (dBi)	Παρατήρηση
≪ 0,5	1,76	Πολύ φτωχή απόδοση
0,5	2,15	Συνήθης - κανονική
1,0	4,0	Μόνο για fat dipoles*
1,25	5,2	Πολύ καλή απολαβή

Αυτό δεν σημαίνει ότι η κεραία πρακτικά «αυξάνει» την ισχύ, αλλά ότι έχει δημιουργήσει ένα διαφορετικό διάγραμμα ακτινοβολίας από αυτό της σφαίρας της ισοτροπικής κεραίας και κατευθύνει την ενέργεια ως ένα donuts.

Μια κεραία End Fed με μήκος ίσο με εννέα μήκη κύματος παρουσιάζει απολαβή 7 dBi, έτσι παρατηρείται μία λέπτυνση του λοβού ακτινοβολίας με μεγάλη κατευθυντικότητα προς τη διεύθυνση του άκρου της. 

Δεν έχει αυξηθεί η εκπεμπόμενη ισχύς απλά η ενέργεια κατευθύνεται προς μία στενή δέσμη και αυξάνεται η εκπεμπόμενη ακτινοβολία δραστικά προς τα εκεί.

Μια κατευθυνόμενη με τρία στοιχεία συνολικά (ανακλαστήρα, δίπολο, κατευθυντήρα) παρουσιάζει απολαβή 7 dBi περίπου. Η απόσταση των στοιχείων μεταξύ τους αυξομειώνει την απολαβή. Αν υποθέσουμε ότι αυξάνουμε τα στοιχεία σε 5, τότε η απολαβή γίνεται 9 dBi.

Για παράδειγμα, ένα δίπολο πλήρους μήκους κύματος (l=λ), μπορεί να κατασκευαστεί με δύο αγωγούς από μισό μήκος κύματος κάθε σκέλος, σε ευθεία και οριζόντια από άκρο σε άκρο. Αυτό το δίπολο δίνει ένα πρόσθετο κέρδος περίπου 2 dBi σε σχέση με το δίπολο μισού μήκους κύματος (λ/2) που έχει 2,15 dBi. Δεν αυξάνει την ισχύ απλά λεπταίνει ο λοβός προς κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα η ακτινοβολούμενη ενέργεια να  αυξηθεί προς τα εκεί. Μία Yagi με 10 στοιχεία παρουσιάζει απολαβή 13 dBi. Μία άλλη με 20 στοιχεία, έχει απολαβή 19 dBi. Αμφότερες με πολύ οξύ λοβό.

*«Fat dipole», όπως αναφέρθηκε στον τελευταίο πίνακα, είναι μία κεραία με μεγαλύτερο εύρος ζώνης συντονισμού σε σχέση με ένα απλό δίπολο, είναι κατασκευασμένο από πολύ χοντρό σύρμα, σωλήνα, λαμαρίνες ή δύο και τρία χοντρά σύρματα παράλληλα που συνδέονται στο coaxial. Οι κεραίες αυτές καταλαμβάνουν μεγάλο όγκο στον χώρο έτσι έχουν πιο μικρό μήκος. Έχουμε αναφέρει ότι αν τα «σκέλη» του διπόλου (σύρματα) γίνουν παχύτερα, τότε το εύρος ζώνης εκπομπής της κεραίας αυξάνεται. Δεν προσφέρει κάτι περισσότερο από ένα σύνηθες δίπολο.

Ανακεφαλαίωση στα περί του κέρδους των κεραιών

Αναφέραμε ότι το κέρδος ενός διπόλου λ/2 είναι 2,15 dBi (ισότροπα dB). Αυτό σημαίνει ότι ακτινοβολεί 2,15 dBi περισσότερη ισχύ σε ορισμένες κατευθύνσεις σε σύγκριση με μία ισοτροπική κεραία (0 dBi), η οποία ακτινοβολεί ομοιόμορφα την ισχύ εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις.

Το dBi είναι μία μονάδα μέτρησης που συγκρίνει το κέρδος μίας κεραίας με τη θεωρητική ισοτροπική κεραία που έχει μοτίβο τέλεια σφαίρα.

Δίπολο

Το δίπολο είναι ένας συνήθης τύπος κεραίας που αποτελείται από δύο αγώγιμα στοιχεία, συχνά μεταλλικές ράβδους για τις υψηλές συχνότητες ή σύρματα για τα βραχέα, που εκτείνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις.

Ισοτροπική Κεραία:

Ισοτροπική κεραία είναι μία θεωρητική κεραία που ακτινοβολεί την ισχύ εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις. Ακτινοβολεί την ενέργεια που λαμβάνει από τον πομπό εξίσου ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις σε μία φανταστική θεωρητική σφαίρα που περιβάλλει την κεραία ως να είναι σημείο στο χώρο.

dBi:

Τα ντεσιμπέλ (dB) σε σχέση με το ισοτροπικό dBi είναι ένας τρόπος για να εκφράσουμε το κέρδος της κεραίας. Γίνεται σύγκριση του διαγράμματος ακτινοβολούμενης ενέργειας της κεραίας με αυτό μιας ισοτροπικής.

dBd:

Το dBd αναφέρεται στο κέρδος της κεραίας σε σχέση με ένα δίπολο αναφοράς. Το δίπολο αυτό αναφοράς ορίζεται να έχει gain 2,15 dBi. Έτσι, η μετατροπή μεταξύ dBi και dBd είναι τόσο απλή όσο η προσθήκη ή η αφαίρεση 2,15 σύμφωνα με αυτούς τους τύπους:

dBi = dBd + 2,15

dBd = dBi - 2,15

Ο καθορισμός του κέρδους της κεραίας σε dBd σημαίνει ότι η εν λόγω κεραία έχει την ικανότητα να εστιάζει την ενέργεια x dB περισσότερο από ένα δίπολο.