Ganancia vs Directividad y efecto de cuerpo animal a Antenas

Mi diseño funciona en un área boscosa dentro de un collar de elefante. Estas áreas tienen al menos -110dBm de potencia GSM (referencia precisa del mapa vinculado) pero, por lo general, más alta, ya que vivo en un país pequeño donde la cobertura GSM se proporciona fácilmente.

El siguiente es un extracto de la hoja de datos de mi receptor GSM

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Actualmente estoy usando una antena GSM para recibir señales GSM en un entorno hostil. Pero puede que no sea la adecuada o la más adecuada. Me pregunto si tendría una mejor recepción si elijo una antena con menor ganancia en mi diseño.

Pregunta 1: ¿La ganancia de una antena siempre aumenta con la disminución de la directividad?

Pregunta 2: ¿Qué tipo de antena GSM se recomienda para una aplicación que puede ejecutarse en áreas de cobertura GSM tan bajas? ¿Cuáles son los factores que debo tener en cuenta para optimizar este diseño para tener mayor posibilidad de conectividad?

Pregunta 3: ¿Qué tipo de efecto tendría el cuerpo gigante de los animales en la recepción de señales GSM? En caso afirmativo, ¿cuáles son los remedios que puedo hacer para reducir el impacto de la misma?

La intensidad de la señal generalmente se mide en dBm, nunca en dBi. dBi es ganancia. ¿Qué intensidad de señal necesita su receptor (ignorando la antena): esto determina la ganancia más baja que puede obtener (menos directividad).
Si se orienta correctamente, me inclino a decir que una antena direccional tiene mayor ganancia, no menor. Además, ¿realmente tiene una antena PCB como dice en la etiqueta?
Estimados todos, he actualizado la pregunta en consecuencia para responder a las preguntas planteadas a través de los comentarios. una vez más, gracias por su valioso conocimiento compartido.
Un poco anecdótico, pero coloqué módulos RF de 915 MHz en caballos de carreras (en la silla de montar) y durante varias pruebas no pareció afectar el rango en comparación con alguien que simplemente lo sostiene en el aire.

Respuestas (1)

Pregunta 1: ¿La ganancia de una antena siempre aumenta con la disminución de la directividad?

La ganancia real de la antena casi siempre se refiere a la antena isotrópica teórica. La antena isotrópica emite energía en todas las direcciones por igual, por lo tanto, proyecta energía sobre la superficie de una esfera donde la antena está en el centro de la esfera.

A la distancia r (radio de esfera), la potencia de una antena isotrópica pasa a través de un área esférica de 4 π r 2 metros cuadrados.

Las antenas normales (como las dipolos) no transmiten esta potencia en todas las direcciones, por lo que se dice que tienen una ganancia en ciertas direcciones en comparación con la antena isotrópica y, de hecho, hay más potencia por metro cuadrado a una distancia comparable, pero esto está comenzando. convertirse en "direccional". Por lo tanto, cuanto mayor sea la direccionalidad de una antena, más potencia concentrará en una dirección (recíproca también para las antenas receptoras) y mayor será la ganancia.

Pregunta 2: ¿Qué tipo de antena GSM se recomienda para una aplicación que puede ejecutarse en áreas de cobertura GSM tan bajas?

¿Cuál es la potencia incidente probable recibida y cuál es la potencia mínima que necesita el receptor? Una buena cifra para la potencia requerida por el receptor se basa en la tasa de datos de la señal: -

La potencia recibida es -154dBm + 10 yo o gramo 10 (velocidad de datos): a partir de esto, puede calcular el espacio libre, agregar quizás 20 dB para el margen de desvanecimiento (podría ser menor si acepta un retraso más largo y se está moviendo).

Pregunta 3: ¿Qué tipo de efecto tendría el cuerpo gigante de los animales en la recepción de señales GSM? En caso afirmativo, ¿cuáles son los remedios que puedo hacer para reducir el impacto de la misma?

No tengo ni idea.

Gracias @andy alias tu respuesta. He actualizado mi pregunta para mencionar que mi receptor tiene una sensibilidad de recepción de -109dBm. También actualicé la antena GSM actual que estoy usando. No entiendo lo que quiere decir en la ecuación por velocidad de datos. ¿podría decirme cómo puedo encontrar esa tasa de datos?
Si tiene la sensibilidad del receptor, no necesita usar la ecuación, pero -107dBm se convierte en una velocidad de datos de 50kbps. No sé cuál es la velocidad de datos GSM, pero -107dBm implica que es de 50 kbps.
Refiriéndose a su comentario anterior: "¿Qué intensidad de señal necesita su receptor? Esto determina la ganancia más baja que puede obtener..." Como tengo un receptor de -107dBm y una antena de 3dBi, ¿cuál es la ganancia mínima de la antena en dBi? ¿Se puede optar por arreglar este módulo para tener la máxima directividad en el bosque?
Con una antena de 3dBi, puede recibir razonablemente -110dBm con una pureza de datos medio decente, pero no tiene ningún margen y puede encontrar fácilmente que esto impide la recepción en áreas como varias decenas de metros cuadrados. Además, la antena deberá orientarse generalmente en la dirección correcta.
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