Jak dobrać anteny WIFI?

Jak dobrać anteny WIFI?

Dziś trochę teorii jak czytać charakterystykę anten, wzory promieniowania i jak je dobierać do naszego projektu.

Czytanie charakterystyki wzoru promieniowania anteny tudzież parametrów samej anteny wydaje się być banalnie proste , ale jak się okazuję nie każdy potrafi to robić poprawnie.

Często handlowcy próbują nas nakłonić do stosowania rozwiązań np. z antenami wbudowanymi albo z antenami „pałeczkami”, które nie spełniają swojej podstawowej funkcji w danym projekcie. Ale było „taniej” a z rzeczywistością boryka się już klient.

Zacznijmy od tego faktu: anteny są oparte na teorii matematycznej.  Istnieją 4 właściwości elektryczne anten, które wzajemnie na siebie wpływają:

Częstotliwość, Wzmocnienie (Gain), Polaryzacja, Szerokość wiązki

Kiedy zmienisz jedną z charakterystyk elektrycznych, wpłynie to na pozostałe.

 

Każdy producent anteny powinien wymienić te specyfikacje elektryczne na swoich kartach katalogowych.  Oto przykład poniżej:

Ta antena pracuje w dwóch częstotliwościach, 2,4 i 5 GHz.  Kiedy antena pracuje w wielu częstotliwościach, czasami inne charakterystyki elektryczne będą się różnić w oparciu o tę częstotliwość.  Tak więc, w tym przykładzie, zysk anteny wynosi 4 dBi dla częstotliwości 2,4 GHz i 6 dBi w częstotliwości 5 GHz.  Pozioma szerokość wiązki jest taka sama w obu częstotliwościach, ale pionowa szerokość wiązki wynosi 144 stopnie dla częstotliwości 2,4 GHz i 55 stopni dla częstotliwości 5 GHz.

Ta antena jest spolaryzowana pionowo.  Polaryzacja opisuje sposób, w jaki poruszają się fale sinusoidalne.  Spolaryzowane pionowo sinusoidy płynące z anteny poruszają się w górę i w dół, a spolaryzowane poziomo w lewo i w prawo.  Dopełnienie całego elementarza to anteny dwupolaryzacyjne. O ich korzyściach, przeczytaj tutaj.  Dla celów tego postu, po prostu wiedz, że jeśli antena jest dwupolaryzacyjna, prawdopodobnie będziesz miał dodatkowe szerokości wiązki wskazane na arkuszu specyfikacji dla każdej z płaszczyzn, a wzory mogą wykazywać niewielką różnicę w ich wartościach stopni dla elementów spolaryzowanych poziomo w porównaniu z elementami spolaryzowanymi pionowo.

Teraz, gdy znamy już podstawowe dane techniczne anteny, przejdźmy do części programu dotyczącej wzorów  promieniowania…

Wzorce promieniowania są graficzną reprezentacją tego, jak antena promieniuje i odbiera energię w przestrzeni.

Przestrzeń jest trójwymiarowa i trudno ją przedstawić na arkuszu danych 2D.  Tak więc aby dać najlepszą reprezentację właściwości promieniowania i odbioru anteny, bierzemy wzór w jego maksymalnej wartości i dzielimy go na pół w pionie i poziomie.  W ten sposób otrzymujemy wzór promieniowania, który jest widoczny na większości kart katalogowych.

Zanim przejdziemy dalej, musimy zapoznać się z tymi faktami.  Pamiętajcie o tym:

 

  • Radio, po podłączeniu do anteny, będzie miało wpływ na to, jak działa antena
  • Moc wyjściowa AP będzie miała wpływ na obszar pokrycia.
  • Dopasuj wzór dla swojej częstotliwości do pożądanego obszaru pokrycia.
  • Pochylenie w dół i kąty instalacji będą miały wpływ na obszar pokrycia.
  • Czynniki środowiskowe (zarówno fizyczne, jak i elektromagnetyczne) wpływają na wzorzec.

Istnieją dwa rodzaje wzorów promieniowania, które możesz zobaczyć.  Pierwszy oparty jest na teorii matematycznej i 4 głównych cechach, o których mówiliśmy wcześniej (częstotliwość, wzmocnienie, polaryzacja i szerokość wiązki).  Ta teoretyczna reprezentacja pokaże wzór pokrycia anteny, gdy wszystkie elementy anteny pracują w połączeniu w tym samym czasie.  Zobacz poniżej dla przykładu:

Drugi typ wzoru promieniowania to rzeczywisty wzór anteny, który pokazuje testowaną charakterystykę danych uzyskanych z każdego  elementu anteny.  Na poniższym obrazku widać, że wzór promieniowania ma 4 kolorowe linie reprezentujące każdy z poszczególnych elementów.  Jak widać każdy z nich jest nieco inny.  Antena ta była testowana po jednym elemencie w komorze bezechowej, a następnie wzory dla 4 elementów zostały umieszczone na sobie, aby stworzyć ten wzór.

Co to jest komora bezechowa?  Oto zdjęcie komory.

Komora bezechowa jest pomieszczeniem bezechowym, bezodbiciowym, zaprojektowanym tak, aby całkowicie pochłaniać wszystkie odbicia fal elektromagnetycznych.  Kiedy antena jest testowana w tej komorze, wszystkie zewnętrzne szumy i fale elektromagnetyczne są izolowane, więc wyniki testu są dokładne i opisują tylko zamierzony przedmiot testu.

 

Omówmy sobie teraz graficzną reprezentację wzoru promieniowania. Będziemy rozmawiać o płaszczyznach poziomych i pionowych.  Rozmawialiśmy trochę wcześniej o wzorach anten sferycznych, które można przeciąć na pół.  Kroisz sferę w dwóch kierunkach, jedno cięcie w poziomie, a drugie w pionie.  Teraz masz najlepszą reprezentację 2D obiektu 3D.  Kiedy to zrobisz, masz płaszczyznę poziomą i płaszczyznę pionowa.  Zobacz poniższą grafikę.

Płaszczyzna pozioma horizontal plane (zwana również azymutem azimuth) jest jak patrzenie na wzór anteny z lotu ptaka.  Szerokość kąta który widzimy z góry nazywana jest szerokością wiązki poziomej horizontal beamwidth.

Płaszczyzna pionowa vertical plane (zwana również z angielskiego elevation) jest jak patrzenie na schemat anteny z profilu.  Wysokość kąta jest nazywana szerokością wiązki pionowej vertical beamwidth.

Teraz możemy przejść do omówienia podstawowej teorii anteny i tego jak zysk anteny wpływa na szerokość wiązki.

Najpierw zacznijmy od anten dookólnych (Omni).  Anteny dookólne otrzymały swoją nazwę, ponieważ ich wzory promieniowania są okrągłe.

Płaszczyzna horyzontalna anteny omni naprawdę się nie zmienia, pozostanie okrągła bez względu na wszystko. Ale kiedy zwiększysz wzmocnienie omni, otrzymasz większy okrąg.  Tak więc omni o niskim wzmocnieniu pokryje mniejszy obszar niż omni o wysokim wzmocnieniu.

Duża zmiana we wzorach omni nastąpi na płaszczyźnie wertykalnej, gdy zwiększysz wzmocnienie.  Omni o niższym wzmocnieniu będzie dość kulista, prawie jak balon.  Ale kiedy zaczynamy zwiększać zysk anteny dookólnej, pionowa szerokość wiązki staje się bardziej płaska.  Patrz obrazek poniżej.

Dla lepszego obrazu, pomyśl o słoniu zgniatającym ten balon w kształt naleśnika.  Co daje wyższe wzmocnienie po prostu naleśnik.  Czasami naleśnik warto wykorzystać, ale wyobraź sobie, jeśli umieścić naleśnik (wysoki zysk) omni na 10m w powietrzu w magazynie.  Ten sygnał nie dotrze do naszych urządzeń.  Więc wszystko co masz to ładny naleśnik omni w powietrzu, który nie robi absolutnie nic.

Ok, wystarczy o naleśnikach.  Porozmawiajmy teraz o plackach.  Anteny kierunkowe (zwane również antenami typu patch, a nawet antenami typu high density patch) są właśnie takie.  Pomyśl o nich jak o plastrach ciasta.  Jak duży kawałek chcesz dostać?  Cóż, to zależy od tego, jak bardzo jesteś głodny.

Ciasta mogą mieć różne średnice. Jeśli masz małe ciasto i weźmiesz 1/4 ciasta, plaster będzie bardzo szeroki, ale krótki.  Reprezentuje to wzór niskiego wzmocnienia.  Jeśli masz ciasto o większej średnicy i chcesz mieć taką samą ilość ciasta jak 1/4 mniejszego ciasta, twój plaster będzie chudszy, ale dłuższy.  To reprezentuje wyższy poziom wzmocnienia.  Otrzymasz taką samą ilość ciasta w obu przykładach, nawet jeśli twoje kawałki fizycznie wyglądają inaczej.

Płaszczyzny poziome i pionowe z anteny kierunkowej wyglądają bardzo podobnie.  Anteny patch o mniejszym zysku mają szeroką szerokość wiązki, ale krótką odległość.  Jak dodać zysk do anteny, te szerokości wiązki staną się bardziej wąskie i pójdą dalej

Najlepszym opisem tego jest latarka.  Kiedy masz otwartą przysłonę w latarce, możesz widzieć szeroki obszar, ale nie możesz widzieć zbyt daleko.  Gdy zamykasz przysłonę, pole widzenia staje się węższe, ale widzisz dalej.  Antena patchowa działa właśnie w ten sposób.

Tak więc teraz rozumiesz trochę więcej o antenach i jak działają zależności pomiędzy częstotliwością anteny, zyskiem, polaryzacją i szerokością wiązki.  Przejdźmy więc do faktycznego odczytu wzorów antenowych.

Szerokość wiązki odczytujemy na linii 3 dB.  Oto przykładowy wzór promieniowania anteny.  Aby go odczytać, należy policzyć stopnie na lewo i prawo od linii 0 stopni i zatrzymać się w miejscu, gdzie każda z tych linii przecina linię 3 dB.  To tak teoretycznie, w praktyce każdy vendor anteny powie ci w prostych słowach na arkuszu specyfikacji, jaki jest ten stopień.

Każda antena powinna mieć oddzielny wzór anteny dla każdej częstotliwości i każdej płaszczyzny dla danej częstotliwości.  Tak więc antena 2,4/5 GHz będzie miała w sumie 4 wzorce, 2 opisujące płaszczyznę poziomą, jeden na 2,4 GHz i drugi na 5 GHz, a następnie kolejne 2 wzorce opisujące płaszczyznę pionową, jeden na 2,4 GHz i drugi na 5 GHz.

Więc ostatnie pytanie, które możesz mieć, to dlaczego używamy linii szerokości wiązki 3 dB do odczytu szerokości wiązki.  Cóż, linia 3 dB wskazuje szerokość wiązki, gdy radio jest w połowie mocy.  Jest to punkt, który prawie każdy producent anten znormalizował.

Linia zewnętrzna u góry wykresu promieniowania pokazuje wzór, gdy radio jest przy pełnej mocy.  Na poniższym wzorze, kiedy radio jest przy pełnej mocy, szerokość wiązki jest bardzo, bardzo wąska.  Prawie dochodzi do punktu 0.  Przy zerowej mocy z radia widać, że nie ma też prawie żadnej szerokości wiązki.  Tak więc, jeśli zwiększysz moc, możesz prześledzić, jakie byłyby szerokości wiązki przy każdym poziomie mocy.

Na koniec dodam jeszcze dlaczego warto zwiększać zysk anteny  zamiast zwiększać moc radia. Zwiększając moc radia docieramy do odleglejszych klientów WIFI, którzy niekoniecznie mogą być słyszalni zwrotnie przez radio. W sieciach bezprzewodowych może to powodować problemy z retransmisją danych i w związku z tym pogorszeniem jakości działania naszej sieci.

Natomiast czego często nie rozumiemy, to fakt że zwiększając wzmocnienie anteny, polepszony zostaje również w odbiór sygnału i tym samym problem dotarcia do odległych klientów z mniejszymi możliwościami „antenowymi” nie występuje.

 

Napisz do nas, pomożemy dobrać właściwe anteny.

Anteny Dookólne Acceltex

Anteny kierunkowe Acceltex

Acceltex to bardzo szeroki wybór anten z segmentu premium oraz akcesoriów do Wi-Fi. Anteny posiadają złącza do wszystkich znanych złączy stosowanych przez producentów Wi-Fi takich jak Lancom System, Cisco, Extreme, Meraki, Aruba itd.

Anteny dookólne LANCOM Systems

Anteny kierunkowe LANCOM Systems

LACOM System – niemiecki producent rozwiązań sieciowych. Specjalizują się w sieciach bezprzewodowych, łączności międzyoddziałowej oraz cyberbezpieczeństwie.

Zainteresowany? Zostaw kontakt do siebie. Zadzwonimy.