Antenna Gain được giải thích: Hiểu dBi, Mô hình bức xạ và hiệu suất.

Độ lợi anten là một trong những thông số quan trọng nhất khi chọn anten cho truyền thông không dây, thiết bị IoT, hệ thống định vị GNSS và ứng dụng ô tô. Tuy nhiên, giá trị dBi cao hơn không phải lúc nào cũng có nghĩa là hiệu suất tín hiệu tốt hơn.

Hiểu về độ lợi anten giúp các kỹ sư, nhà phát triển sản phẩm và đội ngũ mua hàng lựa chọn được anten phù hợp cho các ứng dụng cụ thể của họ.

1. Độ lợi anten là gì?

Độ lợi anten mô tả mức độ hiệu quả của anten trong việc tập trung năng lượng tần số vô tuyến theo một hướng cụ thể so với một anten tham chiếu.

Nó thường được biểu thị bằng dBi, viết tắt của decibel so với anten đẳng hướng lý tưởng. Anten đẳng hướng là một anten lý thuyết bức xạ năng lượng đều theo mọi hướng.

Trong các ứng dụng thực tế, độ lợi anten phụ thuộc vào mô hình bức xạ, hiệu suất, tần số hoạt động và thiết kế của anten.

Ví dụ, anten đa hướng phân phối năng lượng xung quanh mặt phẳng ngang, trong khi anten định hướng tập trung nhiều năng lượng hơn theo một hướng cụ thể.

Độ lợi cao hơn theo một hướng thường có nghĩa là bức xạ mạnh hơn theo hướng đó, nhưng nó cũng có thể có nghĩa là giảm bức xạ theo các hướng khác.

2. Sự khác biệt giữa dBi và dBd là gì?

Độ lợi anten thường được chỉ định bằng dBi hoặc dBd.

• dBi: Độ lợi so với anten đẳng hướng lý tưởng.

• dBd: Độ lợi so với anten lưỡng cực nửa sóng.

Phép chuyển đổi xấp xỉ là:

dBi = dBd + 2.15 dB

Ví dụ, một anten có định mức 3 dBd có độ lợi xấp xỉ 5.15 dBi.

Khi so sánh thông số kỹ thuật của anten từ các nhà cung cấp khác nhau, hãy đảm bảo các giá trị độ lợi sử dụng cùng một đơn vị tham chiếu.

3. dBi cao hơn có luôn có nghĩa là tín hiệu tốt hơn?

Không. Độ lợi anten cao hơn không tự động tốt hơn cho mọi ứng dụng.

Độ lợi tốt nhất phụ thuộc vào môi trường lắp đặt, phạm vi phủ sóng yêu cầu, hướng anten và khoảng cách liên lạc.

Đây là những hướng dẫn chung, không phải là các danh mục độ lợi phổ quát. Hiệu suất thực tế phụ thuộc vào loại anten, mô hình bức xạ, tần số và điều kiện lắp đặt.

Ví dụ, một anten có độ lợi cao được lắp đặt theo chiều ngang có thể cung cấp phạm vi phủ sóng hữu ích ít hơn cho một thiết bị cần giao tiếp với thiết bị ở các độ cao khác nhau. Một anten có độ lợi thấp hơn với mô hình bức xạ phù hợp hơn có thể hoạt động tốt hơn.

4. Độ lợi anten ảnh hưởng đến các ứng dụng khác nhau như thế nào?

4.1 IoT và Truyền thông không dây

Đối với các thiết bị 4G LTE, 5G, Wi-Fi và LoRa, độ lợi anten nên được xem xét cùng với yêu cầu về phạm vi phủ sóng, băng tần, hướng thiết bị và môi trường xung quanh.

Đối với thiết bị theo dõi di động, phạm vi phủ sóng rộng và nhất quán có thể hữu ích hơn là tập trung năng lượng vào một hướng. Đối với cổng kết nối ngoài trời cố định, mô hình bức xạ tập trung hơn có thể phù hợp với các bố cục lắp đặt nhất định.

4.2 Định vị GNSS và RTK

Đối với anten GPS, GNSS và RTK, độ lợi chỉ là một phần của bức tranh hiệu suất.

Các yếu tố quan trọng khác bao gồm:

• Băng tần vệ tinh được hỗ trợ

• Hiệu suất và mô hình bức xạ của anten

• Độ lợi bộ khuếch đại tiếng ồn thấp (LNA) cho anten chủ động

• Tỷ lệ trục và hiệu suất phân cực

• Khả năng từ chối đa đường và điều kiện lắp đặt

Độ lợi LNA cao không nhất thiết có nghĩa là bản thân phần tử anten có độ lợi cao. Độ lợi LNA mô tả sự khuếch đại được cung cấp bởi các mạch điện tử chủ động, trong khi độ lợi anten mô tả đặc tính bức xạ hoặc thu của anten.

Đối với định vị có độ chính xác cao, các thông số này phải được đánh giá cùng nhau.

4.3 Anten ô tô

Anten xe hơi bị ảnh hưởng bởi thân xe, vị trí lắp đặt, định tuyến cáp và các vật thể xung quanh.

Đối với anten GNSS, LTE, 5G và combo trên ô tô, việc chọn mô hình bức xạ phù hợp và đảm bảo lắp đặt đúng cách có thể quan trọng như giá trị dBi được quảng cáo.

Một anten được thiết kế tốt, phù hợp với môi trường hoạt động của xe thường hữu ích hơn là chỉ chọn sản phẩm có số độ lợi cao nhất.

5. Ngoài dBi, bạn nên kiểm tra những thông số nào khác?

Trước khi chọn anten, hãy xem xét các thông số sau:

Tần số hoạt động: Xác nhận rằng anten hỗ trợ tất cả các băng tần yêu cầu.

Mô hình bức xạ: Kiểm tra xem anten bức xạ hoặc thu năng lượng hiệu quả nhất ở đâu.

Hiệu suất: Hiệu suất anten cho biết bao nhiêu phần trăm công suất chấp nhận được được bức xạ thay vì bị mất. Thông số độ lợi cao hơn một mình không đảm bảo hiệu suất cao.

VSWR và phối hợp trở kháng: Các thông số này giúp đánh giá mức độ phù hợp của anten với hệ thống RF. Phối hợp tốt là quan trọng, nhưng nó không tự nó đảm bảo hiệu suất bức xạ cao.

Phân cực: Đảm bảo rằng phân cực của anten phù hợp với hệ thống truyền thông.

Môi trường lắp đặt: Bề mặt kim loại, vỏ bọc, cáp gần đó và hướng lắp đặt có thể ảnh hưởng đến hiệu suất thực tế.

Thông số kỹ thuật của anten chủ động: Đối với anten GNSS chủ động, hãy kiểm tra độ lợi LNA, hệ số nhiễu, điện áp nguồn và mức tiêu thụ dòng điện nếu có.

6. Cách chọn độ lợi anten phù hợp

Quy trình lựa chọn thực tế bao gồm năm bước:

1. Xác định ứng dụng. Xác định xem anten sẽ được sử dụng cho truyền thông di động, thiết bị không dây cố định, kết nối xe cộ hay định vị vệ tinh.

2. Xác nhận băng tần. Kiểm tra tần số hoạt động yêu cầu trước khi so sánh các giá trị độ lợi.

3. Xác định yêu cầu về phạm vi phủ sóng. Quyết định xem hệ thống có cần phạm vi phủ sóng rộng hay bức xạ mạnh hơn theo một hướng cụ thể.

4. Xem xét đầy đủ các thông số kỹ thuật. So sánh mô hình bức xạ, hiệu suất, VSWR, phân cực và các thông số liên quan khác.

5. Xác thực anten trong thiết bị thực tế. Kiểm tra anten trong vỏ bọc và môi trường lắp đặt dự kiến sẽ cung cấp đánh giá đáng tin cậy hơn so với việc chỉ so sánh các giá trị dBi.

Kết luận

Độ lợi anten là một thông số quan trọng, nhưng dBi cao hơn không phải lúc nào cũng có nghĩa là hiệu suất tổng thể tốt hơn.

Anten phù hợp nên phù hợp với băng tần của ứng dụng, yêu cầu về phạm vi phủ sóng, mô hình bức xạ, môi trường lắp đặt và thiết kế hệ thống RF.

RIDA Antennaer chuyên về anten truyền thông không dây và linh kiện RF, bao gồm các giải pháp anten GNSS, RTK, LTE, Wi-Fi, LoRa và ô tô. Để lựa chọn hoặc tùy chỉnh anten, các băng tần yêu cầu, điều kiện lắp đặt, loại đầu nối và chi tiết ứng dụng là những điểm khởi đầu hữu ích để xác định một giải pháp phù hợp.