1. Антенны в целом
2. Длина волны, частота и длина антенны
3. Дипольные Антенны
4. Поляризация антенны
5. Усиление антенны
6. Частоты Wi-Fi
7. Wi-Fi диполь
8. Подойдя

Связь Wi-Fi зависит от радиочастотной энергии, которая передается и принимается через антенны. Лучшие антенны обеспечат лучшее покрытие, и выбор правильной антенны будет легким, если вы понимаете основы.

Антенны в целом

Хотя предметом этой серии статей являются антенны, специально предназначенные для использования Wi-Fi, некоторая справочная информация об антеннах в целом будет полезна. Это первый в серии.

Антенна - это устройство, которое излучает радиоволны при подаче электроэнергии, и / или устройство, которое преобразует радиоволны в электроэнергию. Антенны иногда преднамеренно создаются как антенны (например, антенна на беспроводном маршрутизаторе), а иногда создаются для другой цели (например, провода на ваших наушниках), но также случайно выполняют функцию антенны.

Антенны всегда направлены, то есть они передают и / или принимают радиоволны лучше в некоторых направлениях, чем в других. Антенны, которые не предназначены для направления, называются «ненаправленными» или «ненаправленными», даже если они никогда не бывают абсолютно ненаправленными.

Длина волны, частота и длина антенны

Радиоволны, как и все волны в электромагнитном спектре, измеряются по частоте, и основной единицей измерения частоты является герц (сокращенно Гц), который составляет один цикл в секунду. Герц используется в честь Генрих Рудольф Герц , первым человеком, доказавшим существование электромагнитных волн. Основной единице Герца часто предшествует множитель, такой как килограмм (1000) или мега (1 000 000) или гига (1 000 000 000).

В дополнение к Герцу, который является единицей частоты, радиоволны иногда упоминаются в терминах их длины, используя термин «длина волны». Как вы, вероятно, понимаете, термины Герц и длина волны математически связаны, и формула ниже обычно используется для определения этих отношений.

длина волны (в метрах) = 300 / частота (в МГц)

Например, частота 14,300 МГц имеет длину волны 20,979 метра. Эта взаимосвязь между частотой и длиной волны особенно важна для конструкции антенны, поскольку длина волны частоты используется для расчета многих размеров конструкции антенны.

Дипольные Антенны

Одна из самых простых антенн называется «полуволновым диполем» и имеет длину ½ длины волны и состоит из двух половин, каждая из которых имеет ¼ длины волны. Каждая из двух половинок питается отдельным проводником в линии подачи.

Для той же частоты 14,300 МГц, как упоминалось ранее, теоретически диполь будет иметь длину 10,4895 (1/2 от 20,979) метра от конца до конца и будет состоять из двух элементов, каждый длиной 5,24476 метра. Обратите внимание, однако, что антенны не всегда построены точно в соответствии с расчетными теоретическими размерами.

На фотографиях ниже показан гораздо меньший (самодельный) диполь для приема на коротком расстоянии цифрового телевидения и показана простота, которую разделяют все диполи независимо от их рабочей частоты.

Радиаторы изготовлены из стальной проволоки, вырезанной из обычной вешалки, и соединены с коаксиальной линией электропередачи стальными гайками и болтами. Небольшой кусок картона является центральным изолятором и структурной основой для сборки. И да, несмотря на грубую конструкцию антенны, она принимает сигналы HDTV от станций на расстоянии до 20 миль, будучи подвешенной к задней части телевизора в четырех футах от земли. (Вы должны быть в состоянии рассчитать рабочую частоту на основе информации, приведенной в этой статье.)

Поляризация антенны

Ориентация антенны относительно земной поверхности называется ее «поляризацией». Те, которые предназначены для того, чтобы их радиоволны были ориентированы в основном параллельно земной поверхности, называются «горизонтальными», а те, которые предназначены для того, чтобы их радиоволны были ориентированы в основном под прямым углом к ​​земной поверхности, называются «горизонтальными». «вертикаль».

Некоторые антенны, такие как диполь, изображенный выше, можно использовать в любой поляризации, просто изменив положение. В показанной выше ориентации элемент диполя параллелен поверхности земли, поэтому антенна горизонтально поляризована. Переориентация диполя так, чтобы концы его элементов были направлены вверх и вниз, делали его вертикально поляризованным.

Факторы, влияющие на выбор одной поляризации над другой, включают рабочую частоту, желаемое покрытие, механические ограничения и обычную практику. Очень важным фактором является то, что все антенны в системе связи должны использовать одинаковую поляризацию. При наличии сочетания поляризаций в системе или когда поляризация некоторых антенн неизвестна, иногда используется круговая поляризация для максимизации совместимости. Антенны Wi-Fi почти всегда имеют вертикальную поляризацию.

Усиление антенны

Как указывалось ранее, антенны лучше передают (и принимают) радиоволны в определенных направлениях, тем самым увеличивая эффективную излучаемую мощность (ERP) в этих направлениях. Обратите внимание, что общая излучаемая мощность не увеличивается, а просто сильнее в одном или нескольких направлениях и слабее в других направлениях. Даже простой горизонтальный диполь имеет усиление в двух направлениях: параллельно его излучателям как на «передней», так и «задней» сторонах.

Это увеличение ERP называется «усилением» и применяется как к передаваемым, так и к полученным сигналам. Единицей измерения, наиболее часто используемой для количественной оценки усиления, является децибел, или дБ , который основан на Бел, который был назван в честь Александра Грэма Белла. Если вы хотите понять, как рассчитывать Bels и Decibels, вы сами по себе, поскольку это выходит за рамки данной статьи. Достаточно сказать, что чем выше дБ антенны, тем больше она, как предполагается, имеет усиление.

В дополнение к дБ, есть еще одна единица, которая используется для описания усиления антенны: дБи, или изотропный децибел. Изотропный источник - это теоретическая антенна, которая состоит из одной точки, которая излучает радиочастоту во всех направлениях, как сфера. DBi чаще используется для количественной оценки усиления антенны по одной причине: оценка dBi приводит к более высоким числам, чем оценка dB, из-за чего антенна, похоже, имеет большее усиление, даже если на самом деле она не имеет большего усиления.

Как и прежде, точные методы расчета дБи не являются существенными для этого обсуждения. Просто запомните это: более высокие значения дБ или дБи указывают на более высокое усиление, и если вы сравниваете антенны, убедитесь, что они рассчитаны с использованием одной и той же единицы измерения - дБ или дБи - но не их сочетания.

Частоты Wi-Fi

Для передачи по Wi-Fi используются пять различных диапазонов: 2,4 ГГц, 3,6 ГГц, 4,9 ГГц, 5 ГГц и 5,9 ГГц. Как используются группы, варьируется от страны к стране. Наиболее широко используемой является полоса 2,4 ГГц, и она будет в центре внимания этой статьи, но общие принципы применимы ко всем полосам.

Диапазон 2,4 ГГц простирается приблизительно от 2,4 до 2,5 ГГц; таким образом, приблизительный центр полосы составляет 2,45 ГГц и является частотой, которая будет использоваться для последующих расчетов.

Формула, представленная выше

длина волны (в метрах) = 300 / частота (в МГц)

может быть удобно преобразован в следующее.

длина волны (в миллиметрах) = 300 / частота (в ГГц)

Таким образом, длина волны сигнала 2,45 ГГц составляет 122,45 мм. Диполь на частоте 2,45 ГГц составляет 61,22 мм от конца до конца, а каждая из двух половин составляет 30,61 мм. Для тех из вас, кто привык работать в дюймах, диполь на частоте 2,45 ГГц составляет 2,41 "от конца до конца, а каждая из двух половинок равна 1,205". Независимо от того, какие устройства вы используете, элементы достаточно малы в диапазоне 2,4 ГГц и еще меньше в остальных четырех диапазонах.

Wi-Fi диполь

На фотографии ниже показаны две антенны Wi-Fi, которые были удалены из беспроводного маршрутизатора 2,4 ГГц. Нижняя антенна остается в своей пластиковой крышке и удерживает шарнирное основание, которое позволяет ей ориентироваться вертикально независимо от положения установки маршрутизатора. Верхняя антенна была снята с пластиковой крышки, чтобы раскрыть внутреннюю конструкцию.

Хотя это может быть не сразу видно, антенна представляет собой диполь. Одна половина диполя - белый провод, который выступает налево, а другая половина диполя - металлический цилиндр. Каждая половина электрически изолирована от другой и имеет длину приблизительно 1/4 длины волны. Подобные антенны имеют коэффициент усиления около 2 дБи и демонстрируют относительно круговую диаграмму направленности.

В обоих случаях проводная линия подачи выходит из нижней части антенны для подключения к радиопередатчику Wi-Fi. Линия питания представляет собой коаксиальный кабель с внутренним проводником и внешним плетеным экраном; прозрачная пластиковая крышка покрывает линию подачи. Этот конкретный канал часто используется для устройств Wi-Fi из-за его небольшого размера и относительно низких радиочастотных потерь; он обозначен RG-178. Коаксиальные линии часто называют «коаксиальными».

Другой конец коаксиального кабеля подключен к маршрутизатору, как показано ниже. Обратите внимание, что экраны надежно припаяны к заземленной поверхности на печатной плате, а центральные проводники припаяны к дорожкам на печатной плате, которые ведут к приемопередатчику внутри коробки из металлического золота. На вставке показан альтернативный стиль пайки; иногда разъемы припаиваются к печатной плате, и коаксиальный кабель оснащен сопрягающимися разъемами, которые защелкиваются на месте.

Подойдя

На этом этапе вы должны понимать основы антенны, поскольку они относятся к Wi-Fi. Будущие статьи этой серии будут посвящены как ненаправленным, так и направленным антеннам для использования Wi-Fi. Будут обсуждены как коммерчески доступные, так и домашние антенны, и вам будут предоставлены рекомендации по построению, расширению и улучшению вашей сети Wi-Fi.