Введение

Этот документ отвечает на часто задаваемые вопросы о беспроводных системах и охватывает такие области, как антенны, поляризация, помехи и безопасность.

В. Какие типы антенн я могу использовать с моей системой?

A. Используйте любую антенну, которая:

• Предназначен для работы на выбранной или назначенной несущей частоте.

• Предназначен для работы в полосе частот не менее 6 или 12 МГц, в зависимости от ситуации.

Все антенны должны иметь полное сопротивление 50 Ом, и почти все они имеют. В большинстве случаев выбор (ы) антенны основывается на требуемых характеристиках коэффициента усиления и диаграммы направленности, которые, в свою очередь, зависят от диапазона (длины пути) линии и топологии (точка-точка или многоточечная точка).

В. Должны ли антенны для обоих концов моей линии быть одинакового размера или типа?

А. Нет. Например, есть случаи, когда устройства для монтажа антенны на одном конце линии способны физически поддерживать только относительно небольшие антенны, такие как тарелка на один или два фута. Тем не менее, для соединения требуется большая антенна на другом конце, чтобы обеспечить необходимое усиление антенны для рассматриваемой длины пути. Иногда, чтобы предотвратить проблему помех, на одном конце необходима антенна с узким диаграммой направленности с высоким коэффициентом усиления, которая, вероятно, не является проблемой на другом конце.

Помните, что общее усиление антенны для линии связи является коммутативным — если две антенны имеют разные усиления, вам не нужно учитывать, какая антенна на каком конце (за исключением вопросов монтажа / помех).

Предупреждение: Несмотря на то, что две антенны для линии связи могут сильно отличаться друг от друга, они должны иметь одинаковую поляризацию для правильной работы линии.

В. Что такое усиление антенны? Как усиление антенны связано с диаграммой направленности?

A. Усиление любой антенны — это, по сути, спецификация, которая количественно определяет, насколько хорошо эта антенна способна направлять излучаемую радиочастотную (РЧ) энергию в определенном направлении.Таким образом, антенны с высоким усилением направляют энергию более узко и точно, а антенны с низким усилением направляют энергию более широко. Например, для антенн тарельчатого типа операция точно аналогична работе отражателя на фонаре. Отражатель концентрирует мощность лампы фонаря в одном преобладающем направлении, чтобы максимизировать яркость светового потока. Этот принцип в равной степени применим к любой антенне с усилением, поскольку всегда существует компромисс между усилением (яркость в определенном направлении) и шириной луча (узость луча).Следовательно, усиление и диаграмма направленности антенны фундаментально связаны. Они на самом деле одно и то же. Антенны с большим усилением всегда имеют более узкую ширину луча (диаграммы направленности), а антенны с низким усилением всегда имеют более широкую ширину луча.

В. Что такое поляризация антенны?

A. Поляризация — это физическое явление распространения радиосигнала. В общем, любые две антенны, которые должны образовывать связь друг с другом, должны быть настроены на одинаковую поляризацию.Как правило, вы устанавливаете поляризацию через способ, которым вы устанавливаете антенну (или просто рупор). Таким образом, поляризация почти всегда регулируется во время установки антенны или позже.

Существует два типа поляризации: линейная и круговая. Каждая из них имеет две подкатегории: для и для правой или левой руки.

Категория поляризации	Поляризация Подкатегория	Примечания
Линейный	Вертикальный или Горизонтальный	Подавляющее большинство антенн типа СВЧ или антенны имеют линейную поляризацию.
Циркуляр	правша или левша	Не встречается много в коммерческой сфере передачи данных.

Если, например, две антенны для линии линейно поляризованы, они должны быть либо вертикально поляризованы, либо горизонтально поляризованы. Если обе антенны не имеют одинаковой поляризации, связь либо работает плохо, либо не работает вообще.Ситуация, когда одна антенна вертикально поляризована, а другая горизонтально поляризована, называется кросс-поляризацией.

Для лицензионных ссылок условия лицензии могут конкретно определять поляризацию. Для нелицензионных ссылок вы, как правило, можете выбирать, и выбор может иметь решающее значение для предотвращения или устранения проблемы помех. См. Раздел разрешения помех для получения дополнительной информации. Обратите внимание, что для большинства микроволновых (тарельчатых) антенн вы не можете определить точный тип поляризации, для которого настроена антенна, путем наблюдения на расстоянии (например, когда вы смотрите на антенну, установленную на башне, с земли).

В. Что такое кросс-поляризация?

A. Когда две антенны не имеют одинаковую поляризацию, условие называется кросс-поляризацией.

Например, если две антенны имели линейную поляризацию, но одна имела вертикальную поляризацию, а другая имела горизонтальную поляризацию, антенны были кросс-поляризованными. Термин кросс-поляризация (или «кросс-пол») также обычно описывает любые две антенны с противоположной поляризацией.

Кросс-поляризация иногда выгодна. Примером этого является ситуация, в которой антенны линии A кросс-поляризованы к антеннам линии B, где линии A и B являются двумя разными, но соседними линиями, которые не предназначены для связи друг с другом. В этом случае тот факт, что линии А и В являются кросс-поляризованными, является полезным, поскольку кросс-поляризация предотвращает или уменьшает любые возможные помехи между линиями.

В. Как узнать, правильно ли и правильно ли настроены мои антенны?

А. Прежде всего, убедитесь, что две антенны для линии не кросс-поляризованы. После этого вы должны быть уверены, что каждая антенна направлена ​​или выровнена, чтобы максимизировать уровень принимаемого сигнала. На радиооборудовании обычно предоставляется инструмент, помогающий определить это, в виде индикатора или порта юстировки (используйте функцию «Поиск» в вашем браузере, чтобы найти этот термин) для измерителя, который дает показание напряжения, пропорциональное уровню принимаемого сигнала. , На одном конце линии связи направление наведения антенны тщательно регулируется, чтобы максимизировать (или «увеличить») показания на индикаторе.

После того, как это будет сделано для обоих концов, вы должны получить фактический уровень принятого сигнала в дБм, чтобы убедиться, что он находится в пределах от 0 до 4 дБ от значения, полученного из расчета бюджета канала. Если измеренные и рассчитанные значения отличаются более чем на 8 дБ, вы можете заподозрить, что выравнивание антенны по-прежнему неверно или что имеется другая неисправность в системе антенна / линия передачи (или и то, и другое).

Примечание: Вы можете получить «пиковое» показание в процессе выравнивания антенны, если одна или обе антенны выровнены по «боковому лепестку», и в этом случае измеренный уровень приема может быть на 20 дБ (или более) ниже. чем рассчитанное значение будет указывать, что это должно быть.Имейте в виду, что ссылка может все еще работать при этих обстоятельствах. Если вы получите согласие в пределах от 0 до 4 дБ между измеренным и рассчитанным уровнями принимаемого сигнала, вы можете быть уверены, что антенны правильно выровнены, и никаких других проблем нет.

В. Путь к моей ссылке пересекается с путем другой ссылки. Будут ли две ссылки мешать друг другу?

A. Нет. Любой тип радио (или другого электромагнитного) сигнала, который распространяется в космосе (или воздухе), остается незатронутым любым другим сигналом, который случается через ту же точку в пространстве.Чтобы доказать это, возьмите два фонарика и поместите один на стену. Держите другой фонарь на расстоянии от первого, но направьте второй фонарь так, чтобы два световых луча пересеклись. Вы замечаете, что луч от второго фонаря не влияет на пятно на стене от первого. Этот же принцип справедлив для радиосигналов любой частоты. Конечно, в примере с фонариком, если вы направите второй свет на ту же точку на стене, пятно будет ярче. Если лучи были радиосигналами одной и той же частоты, а точка на стене была приемной антенной для одной из линий, то второй луч действительно может вызывать помехи.Однако ситуация отличается от ситуации, когда лучи пересекаются в пространстве.

В. На пути к моей ссылке есть несколько телефонных и / или силовых проводов, которые проходят перпендикулярно пути. Повлияет ли это на мою ссылку?

A. Нет. В этой ситуации проблемы маловероятны. На радиочастотах, на которых работают звенья, провода кажутся бесконечно длинными проводниками. Таким образом, на сигнал, распространяющийся по ним, обязательно должно быть какое-то небольшое дифракционное воздействие.Однако, поскольку провода тонкие, этот эффект очень слаб, настолько, что вы даже не можете измерить эффект. Не должно быть никакого вредного воздействия на работу ссылки.

В. Я заметил, что в моем здании уже установлен неиспользуемый коаксиальный кабель, между которым я хочу установить интерфейс беспроводного маршрутизатора и наружный трансвертер. Могу ли я просто использовать этот кабель для кабеля IF?

A. Вероятно, нет. Прежде всего, кабель промежуточной частоты (IF) (и кабель RF) должен иметь характеристику сопротивления 50 Ом.Некоторые типы коаксиальных кабелей, которые использовались / использовались с локальными сетями, могут иметь другие характеристики импеданса, поэтому вы не можете использовать такие кабели.

Если вы проверите, что существующий кабель имеет тип 50 Ом, кабель все еще должен соответствовать двум другим требованиям спецификации, прежде чем вы сможете использовать кабель:

Если эти требования соблюдены, вы можете использовать существующий кабель. Если есть какие-либо сомнения, не используйте кабель. Также помните, что кто-то прекратил использовать существующий кабель по какой-то причине, и эта причина может заключаться в том, что кабель имеет невидимые внутренние повреждения, которые вызвали у предыдущего пользователя дорогие и неприятные проблемы.Коаксиальный кабель и даже его установка относительно недороги, поэтому не рискуйте своим важным соединением.

В. Я собираюсь установить нелицензионную ссылку. Какую поляризацию антенны выбрать?

A. Для вашего отдельного канала поляризация не имеет большого значения. Однако есть две ситуации, в которых поляризация важна:

• (a) Есть другие ссылки, которые вы не можете контролировать.

• (b) Вы планируете установить или уже установили другие ссылки на одну из конечных точек новой ссылки.

Для (a) определите, работают ли другие соседние каналы на частоте, которая может вызвать проблемы с помехами. Затем попытайтесь определить поляризацию этих связей. Если вы можете, вы должны настроить новую ссылку для кросс-поляризации к ближайшим ссылкам.

Для (b) применяется то же самое, что и для (a), за исключением того, что теперь вы можете легко определить частоту и поляризацию, поскольку вы имеете дело с ссылками, которые вы контролируете.Сайт с несколькими ссылками известен как концентратор, и любые две ссылки на этот концентратор, которые находятся на одной частоте (или достаточно близкой частоте, чтобы они могли мешать друг другу), должны быть кросс-поляризованы друг к другу, чтобы избежать потенциальных помех проблемы.

В. Я только что узнал, что внешние коаксиальные соединения должны быть герметизированы, но моя связь уже установлена ​​и работает. Не слишком ли поздно запечатать эти соединения, и я должен беспокоиться сейчас?

А. Необходимо герметизировать соединения как можно скорее, если система функционирует и еще не пострадала от влаги. Некоторые типы уплотнительных изделий, такие как Coax-Seal, позволяют запечатывать соединения без необходимости их отсоединения или отключения рабочего соединения.

В. Какое расстояние может быть в милях между антеннами на каждом конце линии?

A. К сожалению, этот общий вопрос не имеет быстрого или простого ответа.Вот факторы, которые определяют максимальное расстояние между ссылками:

• Максимальная доступная мощность передачи.

• Чувствительность приемника.

• Наличие свободного пути для радиосигнала.

• Максимальный доступный коэффициент усиления для антенны.

• Системные потери (такие как потери при прокладке коаксиального кабеля, разъемы и т. Д.).

• Желаемый уровень надежности (доступности) ссылки.

В некоторых литературных продуктах или таблицах приложений указаны цифры, например «20 миль». В целом, эти указанные значения являются оптимальными, а все вышеперечисленные переменные оптимизированы. Кроме того, помните, что требование доступности сильно влияет на максимальный диапазон. Таким образом, расстояние ссылки может быть вдвое больше или больше, чем указанное в кавычках значение, если вы готовы согласиться с постоянно более высоким уровнем ошибок, что может быть уместно в примере, где вы используете ссылку только для оцифрованных голосовых приложений.

Лучший способ получить полезный ответ — провести физическое обследование места, которое включает в себя исследование радиопередачи (рельеф местности и искусственные препятствия) в предлагаемом месте соединения. Результаты такого опроса могут дать ценную информацию о:

Когда вы получите эту информацию, вы можете выбрать и узнать другие переменные, такие как усиление антенны, и вы можете получить очень точный ответ для максимального диапазона.

Q.Что действительно делает дуплексер? Почему я должен заказать правильный, конкретный?

A. Короче говоря, дуплексер — это устройство, которое позволяет одновременно подключать передатчик и приемник к одной и той же антенне.

Любая двусторонняя беспроводная связь требует как передатчика, так и приемника. Если вы хотите передавать и получать одновременно (также известный как полнодуплексный режим ), очевидно, что и передатчик, и приемник должны работать одновременно.Даже если у каждой была своя собственная антенна, работа в дуплексном режиме может представлять проблему, поскольку выходная мощность передатчика в миллионы раз превышает уровень мощности сигналов, которые пытается получить приемник. Если эти два устройства работают одновременно в непосредственной близости (как это обычно бывает), часть энергии от передатчика обязательно попадет в приемник, где энергия является более мощной по сравнению с сигналами, которые хочет приемник получить. Когда передатчик и приемник подключены к одной и той же антенне, проблема становится еще более острой.

Чтобы полнодуплексный режим вообще работал, должна быть какая-то схема для разделения передаваемого и принимаемого сигналов. Один из распространенных способов сделать это, который используют продукты широкополосного беспроводного доступа Cisco, — это передача и прием на разных частотах. Эта система называется дуплекс с частотным разделением. Идея состоит в том, что приемник не сможет «услышать» передаваемый сигнал, поскольку приемник избирателен. Приемник принимает только частоту (или небольшой диапазон частот), на которую настроен приемник, и не принимает передаваемый сигнал, если частота находится за пределами диапазона настройки приемника (называемого полосой пропускания приема).

Хотя эта фундаментальная идея вполне обоснована, вы все равно можете столкнуться с проблемой. Приемник получает характеристику селективности через фильтры, которые пропускают определенные частоты и отклоняют другие. Тем не менее, типы фильтров, которые целесообразно включать во внутреннюю схему приемника, недостаточно избирательны, чтобы не дать относительно мощному передаваемому сигналу негативно повлиять на работу приемника, даже если частота передачи находится далеко за пределами диапазона полосы пропускания. фильтра приемника.В этой ситуации добавьте больше фильтрации.

Думайте о дуплексере как о паре полосовых фильтров, объединенных в одну коробку. Имеет три порта подключения:

• Порт передачи (TX).

• Порт приема (RX).

• Антенный порт.

Порты TX и RX обычно взаимозаменяемы. В большинстве реализаций (включая решения Cisco для широкополосной беспроводной связи) дуплексер является пассивным устройством.Дуплексер не требует и не потребляет никакой энергии. Следовательно, вы не можете настроить дуплексер ни с помощью программного управления, ни с помощью других средств.

На самом деле, некоторые механические регулировки выполняются во время изготовления, но после этого времени больше не требуется перенастраивать их, поэтому любые точки доступа для настройки или калибровки обычно закрыты, и вы не должны вмешиваться в них. Два фильтра полосы пропускания, которые составляют дуплексер, имеют очень крутой обод, что означает, что они легко пропускают частоты в полосе пропускания, но затем значительно ослабляют сигналы, которые находятся за пределами диапазона частот полосы пропускания, лишь на небольшую величину.Эта характеристика важна для того, чтобы дуплексер мог удерживать мощные передаваемые сигналы от приемника. Требования избирательной крутизны и высокого внеполосного затухания — вот что делает дуплексер уникальным. Дуплексер также должен быть способен обрабатывать уровень мощности передаваемого сигнала.

Дуплексер имеет два непересекающихся диапазона частот полосы пропускания, и, таким образом, один, естественно, выше, чем другой. Вы можете настроить систему на передачу через высокочастотный фильтр полосы пропускания и прием через низкочастотный фильтр или наоборот.Эти два сценария обычно описываются как высокий уровень передачи или низкий уровень передачи. Дуплексер не имеет отношения к тому, как это делается. Единственное реальное требование в отношении дуплексера — убедиться, что частота передачи попадает в диапазон полосы пропускания одного из фильтров дуплексера, а частота приема попадает в другой. Для этого необходимо знать диапазоны частот полосы пропускания дуплексера и рабочие частоты TX и RX при установке или эксплуатации дуплексера.

На практике вы должны сначала определить, по крайней мере до некоторой степени, какими должны быть частоты передачи и приема. Затем выберите дуплексер с соответствующими диапазонами полосы пропускания TX и RX, чтобы обеспечить необходимые рабочие частоты. Это не требует бесконечного диапазона предложений дуплексеров. Скорее, они предоставляются в относительно небольшом количестве вариантов, один из которых удовлетворяет требованию. Если вы попытаетесь работать на частоте TX или RX (или обеих), которая выходит за пределы диапазона (полос) пропускания дуплексера, система не будет работать.После установки или заказа системы, если вы хотите изменить частоты TX или RX (или обе), вы можете делать это, пока любые новые выбранные вами частоты попадают в полосы пропускания дуплексера. В противном случае вы должны получить другой дуплексер (для каждого конца ссылки).

Наконец, обратите внимание, что вы не можете изменить существующее разделение TX / RX (изменить TX high на TX low или наоборот), если вы также физически не измените соединения с дуплексером. В противном случае система не сможет работать после изменения разделения в конфигурации настройки, потому что теперь ни частоты TX, ни RX не попадают в полосы пропускания дуплексера.В случае решения Cisco Systems, для реверсирования подключений дуплексера, необходимо удалить дуплексер из трансвертера, «перевернуть» его и переустановить.

В. Есть ли какие-либо проблемы безопасности в отношении антенн или радиосистемы в целом?

A. Да. Помимо очевидных проблем, таких как безопасность при подъеме на сооружения или при работе с опасным напряжением переменного тока, вы также должны быть осведомлены о проблеме воздействия радиочастотного излучения.

Многое еще неизвестно, поэтому ведутся споры о безопасных пределах воздействия радиочастотного излучения на человека.

Помните, что использование слова «излучение» здесь не обязательно означает какую-либо связь или проблему с ядерным делением или другими радиоактивными процессами.

Лучшее общее правило — избегать ненужного воздействия излучаемой радиочастотной энергии. Не стойте перед или в непосредственной близости от антенны, излучающей передаваемый сигнал.Антенны, которые используются только для приема сигналов, не представляют никакой опасности или проблемы. Для антенн тарельчатого типа вы можете безопасно находиться рядом с работающей передающей антенной, если вы находитесь на задней или боковой стороне антенны, поскольку эти антенны являются направленными и потенциально опасные уровни излучения присутствуют только на передней части антенны. Для получения более подробной информации обратитесь к таблице расчета радиационной опасности. Используйте функцию поиска в вашем браузере, чтобы найти этот термин.

Всегда предполагайте, что любая антенна передает радиочастотную энергию, особенно потому, что большинство антенн используются в дуплексных системах.Будьте особенно осторожны с посудой небольшого размера (один фут или меньше), потому что эти антенны часто излучают радиочастотную энергию в диапазоне частот десятки гигагерц. Как правило, чем выше частота, тем более опасно излучение. Если вы посмотрите на открытый (неопределенный) конец волновода, который передает радиочастотную энергию на частоте 10 или более ГГц, вы можете пострадать от повреждения сетчатки, если воздействие длится всего десятки секунд, а уровень мощности передачи составляет всего несколько ватт. Нет никакой известной опасности, если вы посмотрите на неопределенный конец коаксиальных кабелей, которые несут такую ​​энергию.В любом случае, убедитесь, что передатчик не работает, прежде чем снимать или заменять какие-либо антенны.

Если вы находитесь на крыше и рядом с установкой микроволновых антенн, не ходите и особенно не стойте перед каким-либо оборудованием. Если вам необходимо пересечь трассу перед любыми такими антеннами, как правило, проблема безопасности очень низкая, если вы быстро двигаетесь по оси трассы антенны.

В. Как узнать, нужна ли мне опция разнообразия? Если мне это нужно, какую антенну я должен использовать?

А. В общем случае опция разнесения не требуется, если каналу беспрепятственно. Другими словами, вам не требуется опция разнесения, если ссылка является «линией прямой видимости радиосвязи».

Функция разнесения широкополосных беспроводных решений Cisco разработана для обеспечения надежной работы линии связи в тех случаях, когда невозможно достичь прямой видимости и где невозможно установить используемую линию радиосвязи. Разнесенный преобразователь, если он установлен, используется только для приема сигналов.Разнесенный трансвертер не передает.

Обратите внимание, что опция разнообразия не эффективна, если препятствие на пути является серьезным, например, препятствие из-за горы. Этот вариант наиболее эффективен в городских установках, где путь может быть прямой видимости, за исключением, например, одного или двух зданий на пути. В таких случаях лучший способ узнать степень эффективного прироста производительности, которую обеспечивает опция разнесения, — это эмпирический подход — установите и посмотрите.

Существует способ запустить тест на установленной ссылке без разнесения, чтобы получить довольно хорошее представление о том, какую пользу может получить такая ссылка от добавления функции разнесения. Обратитесь к документации по беспроводной линейной карте для получения информации о настройке пропускной способности. Используйте функцию поиска в вашем браузере, чтобы найти этот термин.

В общем, антенна разнесенного трансвертера должна быть такой же, как антенна, которую вы используете для основного трансвертера, но это не является абсолютным требованием.Однако поляризация разнесенной антенны должна быть такой же, как и у основной антенны.

В. Есть ли способ узнать, насколько вероятно возникновение проблемы с помехами?

A. Когда вы рассматриваете возможность проблем с помехами, есть некоторые «здравые смыслы», которые нужно знать и не упускать. Вот список:

• . Поймите, что работа в нелицензированных диапазонах сопряжена с повышенным риском помех, поскольку вам не предоставляются средства управления и защиты лицензии.

  Например, в Соединенных Штатах Федеральная комиссия по связи (FCC) не имеет какого-либо правила, которое конкретно запрещает новому пользователю устанавливать новую радиолинию нелицензионного диапазона в вашем регионе и на «вашей» частоте. В таком случае вы можете испытать помехи. Однако в такой ситуации необходимо рассмотреть два вопроса.

  • Если кто-то устанавливает ссылку, которая мешает вам, есть вероятность, что вы также мешаете им.Другой участник может отметить проблему во время установки системы и выбрать другую частоту или канал.

  • В двухточечных каналах, в которых используются направленные антенны, любой источник сигнала (сравнимый с вашим уровнем мощности), который может вызвать любые помехи, должен быть тесно выровнен по оси вашего пути. Чем выше усиление используемых вами антенн, тем точнее мешающий сигнал должен быть выровнен с вашим трактом, чтобы вызвать проблему.Вот почему Cisco рекомендует использовать антенны с наибольшим усилением для двухточечных каналов связи, как это практически осуществимо. Таким образом, в нелицензированных полосах потенциал помех от другого нелицензированного пользователя, на практике, не намного больше, чем для лицензированных полос, где вы по существу «владеете» своей частотой.

• Помните, что некоторые лицензированные пользователи иногда работают и в нелицензированных диапазонах. Нелицензированные полосы распределяются на общей основе, и, хотя вы не обязаны получать лицензию на работу для приложений передачи данных с низким энергопотреблением на утвержденном оборудовании, другим лицензированным пользователям может быть разрешено работать со значительно более высокой мощностью.Особенно важным примером этого является работа правительственного радиолокационного оборудования США в диапазоне U-NII США на частотах 5,725–5,825 ГГц. Эти радары часто работают при пиковых уровнях мощности в миллионы ватт, что может вызвать значительные проблемы с помехами для других соседних пользователей в этой полосе. Поэтому осмотрите свой сайт, чтобы определить, существуют ли какие-либо аэропорты или военные базы, где могут существовать такие радары. Если это так, вы должны быть готовы испытать периоды вмешательства.

Если вы являетесь лицензированным пользователем и работаете в лицензированном диапазоне, вам не нужно беспокоиться о помехах.Если у вас возникли проблемы, существуют законодательные акты, которые предусматривают решение этого вопроса.

SG :: Руководство по беспроводной антенне

Одним из наиболее важных соображений для любой радиосвязи, включая сети Wi-Fi 802.11, является антенна, или «антенна». Установка внешней ненаправленной или направленной антенны с хорошим усилением в правильном месте может иметь огромное значение для приема, зоны покрытия беспроводной сети и скорости беспроводной связи.Это не всегда возможно или даже необходимо для встроенных массивов и несъемных или внутренних антенн на некоторых бытовых приборах. Тем не менее, важно понимать основные концепции, которые помогут вам выбрать правильное оборудование для максимального охвата и минимальных помех. Мы сосредоточимся на покрытии наиболее распространенных типов антенн для беспроводной передачи данных с более высокой дальностью (в диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц).

Усиление антенны

Важно понимать, что антенны с большим усилением просто изменяют форму диаграммы направленности , делая ее более плоской или более направленной за счет усиления в других направлениях.Например, всенаправленная антенна с более высоким усилением (наиболее распространенный тип на маршрутизаторах / точках доступа) просто обеспечит более высокое усиление в горизонтальной плоскости за счет более низкого усиления в вертикальной плоскости.

Так почему же полезна антенна с более высоким усилением? Учтите это:

Увеличение усиления антенны лучше для беспроводных сетей, чем увеличение мощности передачи (передачи). Простая замена беспроводного маршрутизатора на тот, который имеет более высокую мощность передачи, обычно не помогает увеличить покрытие беспроводной сети.Это связано с тем, что в стандартах 802.11 используется протокол «положительного подтверждения», где каждый пакет данных, передаваемый вашим маршрутизатором, должен быть подтвержден клиентом (через ответ маршрутизатору). Если такого подтверждения не получено, отправитель будет повторять попытку, пока не истечет время ожидания и соединение не будет разорвано. Таким образом, в то время как ваш новый маршрутизатор высокой мощности может отправлять пакеты дальше, и ваши клиенты могут «видеть» его, они все равно не могут достичь его, чтобы подтвердить какие-либо пакеты, и не могут установить соединение.

Если вы замените антенну (антенны) на антенны с более высоким усилением, вы, тем не менее, усиливаете как передаваемый, так и принимаемый сигналы на своем маршрутизаторе, что необходимо для установления двустороннего соединения. Беспроводные локальные сети — это двусторонние системы. Бесполезно иметь маршрутизатор / точку доступа с сильным передаваемым сигналом, если беспроводные клиенты не имеют эквивалентного диапазона, чтобы достичь его обратно.

Типы антенн

Антенны, используемые для беспроводной сети (или любой другой радиопередачи), могут быть классифицированы как всенаправленные или направленные, в зависимости от их схемы усиления.Наиболее распространенный тип антенны WiFi — это «базовая» всенаправленная антенна, обычно используемая в жилых маршрутизаторах NAT и точках доступа.

Всенаправленные антенны

Это типичная всенаправленная диаграмма направленности антенны. Антенны с более высоким усилением обеспечивают большую дальность действия на горизонтальной панели (перпендикулярно антенне) за счет более плоской зоны покрытия. Обычно усиление в одном направлении компенсируется меньшим охватом в других направлениях.

Всенаправленные антенны имеют диаграмму направленности в форме пончика в 360 градусов, чтобы обеспечить максимально возможный охват сигнала перпендикулярно антенне (в горизонтальной плоскости, если антенна направлена ​​вертикально).Типичная антенна типа «резиновая утка», как установлено на большинстве жилых маршрутизаторов / точек доступа с внешними антеннами, имеет вертикальную полярность. При наведении на него направленной антенной важно подобрать полярность для наилучшего возможного сигнала.

Направленные антенны

Типичная диаграмма направленности антенны. Направленные антенны обеспечивают высокую фокусировку беспроводного сигнала в определенном направлении за счет очень низкого усиления в других направлениях, что приводит к ограниченной зоне покрытия.Аналогия для диаграммы направленности заключается в том, как фонарик направляет свет в одном направлении.

Некоторые из наиболее распространенных типов направленных антенн и их использование перечислены ниже:

Антенны Yagi — состоит из нескольких параллельных дипольных элементов в линии, типичное усиление направленности примерно до 17 дБи. Используется как телевизионные антенны на крыше, а в последнее время и в приложениях ptp wifi.

Патч / панель антенн — плоские, квадратные или прямоугольные антенны с типичным усилением 10-20дБи.Патч-антенны могут иметь несколько полярностей / частот, встроенных в одну и ту же антенну.

Рефлекторная решетка / тарелки антенны — направленная с обычным усилением до 24 дБи, с параболическим отражателем, который является либо металлической решеткой, либо иногда похож на отражатель спутниковой антенны.

Секторные антенны — это другой тип полунаправленных антенн, которые имеют веерообразную (секторную) диаграмму направленности, несколько широкие в горизонтальной плоскости и относительно узкие в вертикальном направлении.Они обычно используются в вышках базовой станции сотовой связи. Типичные секторные антенны имеют ширину луча 60, 90 или 120 градусов.

Cantenna — это другой конец «спектра» от коммерческих антенн (некоторые предназначены для каламбура), антенна представляет собой самодельную направленную волноводную антенну, изготовленную из металлической банки с открытым концом. Обычно используется в качестве домашней антенны для увеличения диапазона / обнаружения сетей Wi-Fi. Используемая оригинальная пробирка Pringles для картофельных чипсов слишком узкая, чтобы получить значительный прирост 2.Диапазон 4 ГГц, некоторые другие конструкции, в которых используются банки большего диаметра (с расчетным диаметром, длиной и т. Д. Для соответствия длине волны), работают лучше и могут обеспечивать усиление до 10-12 дБи.

Частота антенны

Антенны функционируют путем передачи или приема электромагнитных волн определенной частоты. Частота — это просто число полных циклов волны в секунду или мера того, как быстро колеблется волна. Беспроводные сети чаще всего работают в следующих диапазонах:

2.Полоса 4 ГГц (2401 МГц — 2495 МГц) — сети 802.11b / g / n Wi-Fi
полоса 5 ГГц (5180 МГц — 5825 МГц) — 802.11ac, 802.11a.

Существует несколько других заметных полос, используемых для транзитных перевозок на большие расстояния для сетей и двухточечных беспроводных мостов:

900 МГц, полоса (902 МГц — 928 МГц) — иногда предпочтительнее для беспроводных мостов точка-точка, где есть некоторые препятствия (прямой видимости нет — NLOS).
3,6 ГГц, полоса (3657 МГц — 3690 МГц) — 802.11y, используется в качестве мощного транзитного соединения для сетей и т. Д.

Антенны предназначены для работы на определенной частоте. Двухдиапазонные антенны объединяют несколько отдельных элементов, чтобы иметь возможность работать на более чем одной частоте.

Если есть один важный аспект различных частот, который следует помнить, это то, что более низкие частоты (то есть = 2,4 ГГц). Более высокие частоты, однако, предлагают более высокую пропускную способность.

В США эффективная мощность передачи для радиостанций ограничена FCC до 36 дБм.Тем не менее, FCC имеет исключение для фиксированных беспроводных линий связи точка-точка в диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, что позволяет намного более высокую EIRP, чем в других диапазонах.

Полярность антенны

Как правило, поляризация антенны описывает направление электрического поля радиоволны. Наиболее распространенные типы антенн линейно поляризованы, либо вертикально, либо горизонтально. Вертикально поляризованные антенны имеют плоскость электрического поля, колеблющуюся перпендикулярно земле. Это типично для большинства всенаправленных дипольных антенн типа «резиновая утка».Горизонтально поляризованные антенны имеют линейную плоскость, параллельную земле. Существуют также антенны с круговой поляризацией, где электрическое поле также вращается вдоль оси в виде штопора, однако они гораздо реже встречаются в беспроводных сетях.

Некоторые более продвинутые конструкции антенн также могут иметь кросс / двойную поляризацию. Антенны с двойной поляризацией обычно имеют один вертикально и один горизонтально поляризованный разъемы, объединяющие характеристики двух отдельных антенн в одну.Это позволяет передавать два отдельных сигнала перпендикулярно друг другу, чтобы удвоить пропускную способность линии. Иногда он используется в антеннах 802.11n для обеспечения многопоточной связи (устройство может принимать с одной поляризации и передавать данные с другой одновременно. Его также можно использовать для передачи двух сигналов одновременно. Преимущество этого заключается в том, что -потоковая связь может быть достигнута с использованием одной антенны вместо двух независимых (и противоположно поляризованных) антенн для достижения того же результата.

Например, интересную конструкцию предлагает антенна Yagi Ubiquiti airMAX AMY-9M16 900 МГц с удвоенной полярностью (две антенны Yagi в одной), которая может передавать сигналы как в горизонтальной, так и в вертикальной поляризации одновременно.

Существуют также двухдиапазонные и многоканальные антенны, которые могут работать на разных частотах. Например, L-com производит направленную плоскопанельную антенну с частотой 2,4/5 ГГц и двойной поляризацией, которая имеет четыре отдельных разъема: горизонтально поляризованная 2.4 ГГц, вертикально поляризованные 2,4 ГГц, горизонтально поляризованные 5 ГГц и вертикально поляризованные 5 ГГц. Теоретически вы можете подключить к нему 4 разъема антенны беспроводного устройства MIMO и одновременно передавать / принимать четыре отдельных сигнала на обеих частотах.

Направление антенны

Для одиночных всенаправленных антенных устройств направление антенны по вертикали обеспечивает наибольший коэффициент усиления в горизонтальной плоскости.

Для установки двойной всенаправленной антенны наведите одну вертикально, одну горизонтально (или смещение не менее 30 градусов относительно первой), чтобы предложить другую плоскость / прием.Для тройных всенаправленных антенных устройств убедитесь, что одна антенна направлена ​​вверх, чтобы покрыть горизонтальную плоскость, а две другие смещены под значительно разными углами, то есть по меньшей мере на 30 градусов относительно центральной антенны.

Направленные антенны, как следует из названия, имеют усиление, ориентированное в одном направлении. Они часто используются для высокочастотной связи на больших расстояниях, такой как p2p беспроводные мосты Wi-Fi в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. На больших расстояниях антенна должна иметь четкую линию обзора до другого конца соединения, чтобы иметь возможность принимать любой сигнал.Важно понимать, что чем выше усиление антенны, тем более направлен ее сигнал, и становится более критичным наведение антенны. Чтобы правильно направить антенну, вы можете либо использовать визуальную ориентацию (проще с антеннами Yagi), либо вы можете фактически подключить точку беспроводного доступа, выполнить небольшую настройку направления и достичь пикового фактического уровня радиосигнала (проще с панельными антеннами).

Некоторые помехи от деревьев и небольшого количества стен можно преодолеть, однако важно отметить, что для направленного Wi-Fi на больших расстояниях требуется прямая видимость (LOS).При поднятии направленных антенн с обеих сторон соединения необходимо также учитывать РЧ-LOS (радиочастотную линию визирования), которая отличается от визуальной LOS и зависит от зоны Френеля — диаграмма направленности овальной формы между двумя антеннами, которая должен быть свободен от препятствий. Эта зона Френеля варьируется в зависимости от частоты соединения и расстояния. Для 2,4 ГГц, более 1000 футов (300 м) зона Френеля составляет 11 футов (3,4 м). Вам понадобится зона овальной формы с таким диаметром в центре, наиболее прозрачная для прямой видимости ВЧ.

Антенные разъемы и кабели

Если вы планируете использовать кабель любой длины между антенной и вашим приемопередатчиком (точкой доступа), обязательно используйте кабель антенны надлежащего качества, LMR200 или лучше (LMR195 подходит для очень коротких отрезков). Не используйте тонкий «антенный» кабель от eBay без информации о его точных характеристиках! Любая длина этих дешевых неизвестных кабелей приведет к потерям, превышающим любое усиление вашей антенны, просто не используйте их. Также обратите внимание, что правильная антенна (и Ethernet-кабели имеют 50 Ом (не ваш обычный 75-омный видео коаксиальный кабель RJ-6 или RJ-59).

Ниже приведены общие антенные кабели и их потери на 100 футов при 2,5 ГГц
LMR195, RG-8X (~ 1/4 «) — потери 19 дБ / 100 футов
LMR200 (0,195″) — потери 16,9 дБ / 100 футов
LMR240 (3 / 8 «как коаксиальный кабель RJ6) — потери 12,3-12,9 дБ / 100 футов
RG8, RG-8 / U — потери 12,3 дБ / 100 футов
LMR400 (.5″) — потери 6,7 дБ / 100 футов

Любые соединения или другие соединения добавляются около 0,2 дБ от потерь на вставку.

Обратите внимание, что может быть небольшая разница в затухании в вариациях одного и того же «стандартного» кабеля (при 2.5 ГГц), т.е.:
LMR240-UltraFlex — 15,5 дБ / 100 футов
LMR240-DB, LMR240-FR (3/8 «) — 12,9 дБ / 100 футов
LMR240 — потери 12,7 дБ / 100 футов
LMR240-75 — потери 12,3 дБ / 100 футов

Для других конкретных типов и длин кабелей, вы можете попробовать калькулятор затухания коаксиального кабеля

См. Также

Настройка скорости беспроводной сети

On Point: антенна Yagi

Если вы случайно встретились во время переезда по пригородной улице в США в 60-е или 70-е годы, вы, несомненно, заметили лес телевизионных антенн. Когда единственным выходом было эфирное телевидение, люди шли на все, чтобы доставлять сигналы, а антенны иногда огромных размеров пролетали над крышами.

Наружные антенны почти исчезли в последней трети 20-го века, поскольку поставщики кабельных сетей стали доминирующими, и были брошены на обочину как неприглядные пережитки унылой и давно ушедшей эпохи ограниченного выбора и плохого приема.Но теперь дешевых скатов кабелерезов, подобных вашему, действительно начинают вырастать этот когда-то густой лес, на этот раз взмывая антенны для приема цифровых программ по воздуху. Многие из новых антенн заявляют о том, что они разработаны специально для HDTV, и заявляют о своей производительности. Конечно, это все маркетинговая ерунда, потому что тогда, как и сейчас, почти каждая телевизионная антенна — это просто некая форма классического дизайна Yagi. Физика этой антенны захватывающая, как и история о том, как антенна была изобретена.

«Уда кто?»

То, что стало известно как антенна Яги, появилось в начале 1920-х годов в лаборатории профессора Синтаро Уда в Имперском университете Тохоку в Сендае, Япония. Доктор Уда работал в диапазоне ОВЧ и искал способы сделать антенны более направленными. Экспериментируя с резонансной рамочной антенной, он обнаружил, что размещение статической петли рядом с антенной имеет тенденцию формировать сигнал вдали от всенаправленной диаграммы, почти как если бы петля действовала как отражатель.

Вместе со своим коллегой Хидэцугу Яги Уда экспериментировал с различными конфигурациями. В конечном итоге они заменили рамочную антенну на простой диполь и добавили дополнительные элементы, которые они назвали директорами , на длинной штанге для дальнейшей придания формы лучу. Используя восемь директоров на 15-метровой деревянной штанге, установленной на крыше их лаборатории, Уда и Яги смогли общаться на расстоянии 135 км на частоте 68 МГц, что было немалым подвигом в то время.

Называя свое изобретение «направленная антенна волнового проектора», было неизбежно, что антенна будет названа в честь кого-то. То, как это стало известно только доктору Яги, — это рассказ о каком-то предательстве со стороны Яги с наивностью на Уде. Доктор Уда опубликовал первые статьи на японском языке об антенне, но по неизвестным причинам доктор Яги подал заявку на японские и американские патенты на антенну, не упоминая об Уде. Японский патент был присвоен компании Marconi в Англии, а американский патент достался RCA.Без упоминания Уды и с тем, что доктор Яги путешествовал по англоязычному миру, чтобы обсудить «свою» антенну на различных радиотехнических конференциях, антенна постепенно превратилась просто в «антенну Яги» или «массив Яги».

По иронии судьбы, благодаря межведомственной конкуренции и менталитету бунтарей в Имперской Японии, это был только захват британского радара, установленного во время битвы за Сингапур в 1942 году, который представил доморощенное изобретение японским военным. Офицеры японской разведки даже не считали «Яги» японским именем — они полагали, что это всего лишь кодовое слово, составленное англичанами.

Паразиты

Главными характеристиками антенны Яги-Уда являются высокая направленность и высокий коэффициент усиления. Учитывая тот факт, что длина каждого элемента должна быть близка к некоторой доле длины волны сигнала, это наиболее удобно для более высоких частот, в основном выше 30 МГц. Это не значит, что его нельзя использовать для более длинных волн — множество радиолюбителей работают на 20-метровой и 40-метровой полосах через большой Яги.

Как и в оригинальной конструкции доктора Уда, Yagi состоит из одного ведомого элемента , параллельного и копланарного по крайней мере с двумя паразитными элементами . Минимальная конструкция — это единственный отражающий элемент, расположенный «позади» ведомого элемента (относительно направления радиосигнала), и один управляющий элемент перед ведомым элементом. Практическая антенна, вероятно, будет иметь несколько направляющих, чем больше их направленность и тем выше усиление, по крайней мере, до точки.

Это дает Yagis их характерный внешний вид — горизонтальная стрела с несколькими элементами, расположенными перпендикулярно. Конечно, есть некоторые вариации — у некоторых Yagis есть несколько отражателей или угловое расположение отражателей. И некоторые антенны, в частности телевизионные антенны, имеют паразитные элементы, отклоненные назад под углом, а не перпендикулярно стреле. Кроме того, элементы могут быть расположены горизонтально или вертикально, в зависимости от желаемой поляризации.

Фазирование

Чтобы понять конструкцию Yagi, вспомним, что обычная старая дипольная антенна в свободном пространстве имеет диаграмму направленности, которая является самой сильной боковой стороной антенны.Это приводит к двум большим лепесткам спереди и сзади антенны, с небольшим сигналом с концов. Управляемый элемент Yagi — это полуволновой диполь или иногда сложенный диполь для увеличения импеданса. Паразитные элементы формируют и направляют луч, используя конструктивное и разрушительное вмешательство.

Как обнаружил доктор Уда, паразитные элементы могут быть индуктивно или емкостно связаны с ведомым элементом. Индуктивные элементы немного длиннее полуволны, а емкостные элементы немного короче.Все директора короче полуволны и поэтому имеют емкостную связь, в то время как отражатель длиннее и индуктивно связан. Отличие от идеальной полуволны небольшое — обычно всего от 10% до 15%.

Как отражатель, так и директора работают, излучая энергию от ведомого элемента. Расстояние между паразитными элементами относительно ведомого элемента определяет фазу переизлученного сигнала.Отражатель, будучи индуктивно реактивным, излучает мощность на 180 ° в противофазе с приводным элементом. Интервал устанавливается таким образом, чтобы это вызывало деструктивные помехи на задней части антенны, и в то же время он был почти синфазным с управляемым сигналом с передней части антенны. Это приводит к конструктивному вмешательству, повышая мощность с передней панели. Аналогичным образом, емкостно связанные директора расположены на некотором расстоянии друг от друга, так что они излучают мощность более или менее синфазно в прямом направлении, в то же время излучая противофазу назад.

В результате сильно усиливается сигнал по направлению к директорам, и практически нет за отражателем. И напомним, что теория антенны утверждает, что любая антенна, которая передает, также может принимать и с такими же характеристиками. Не имеет значения, управляется ли управляемый элемент в Yagi 100-ваттным передатчиком энергии, подключенным к линии питания, или несколькими микроваттами, снятыми с удаленной телевизионной башни. Направленность и усиление будут одинаковыми. И Yagis может иметь замечательное усиление — до 20 дБм при правильном проектировании.

Как бы ни была полезна антенна Yagi, она далека от совершенства. Из-за критического размера и расстояния между паразитическими элементами Yagis имеют относительно узкую полосу пропускания. Кроме того, направленность антенны может быть неудобством, требующим поворота антенны, чтобы более или менее точно указывать на передатчик или приемник.

Но если вам нужно подать один отдаленный сигнал, эта направленность как раз то, что вам нужно. Яги — это рабочая лошадка, и, учитывая влияние, которое она оказала, вероятно, это правильно и хорошо, что многие привыкли называть ее Яги-Удинской антенной.