Принципы действия Wi-Fi антенн.

Принцип действия и применение Wi-Fi антенн.
Wi-Fi антенна () – это радиотехническое устройство для приема и передачи сигналов беспроводного интернета. Для подключения Wi-Fi антенны к приемнику или передатчику (ПК, ноутбук, роутер) используются  антенные кабели или Wi-Fi адаптеры. Одна и та же Wi-Fi антенна может работать в двух режимах (прием и передача) одновременно.

Исполнение для внутреннего и наружного применения.

Все антенны подразделяются на два типа: для наружного и для внутреннего применения. Отличие их состоит в геометрических параметрах и устойчивостью к внешним помехам. Антенны наружного применения идут в комплекте с креплением. Антенны внутреннего исполнения используется в домах или офисах, а наружного – для покрытия, например, площади на дворе вашего дома или в саду.

Направленность антенны. Всенаправленные и направленные.

Направленностью антенны называется зависимость создаваемого магнитного поля с его направлением, а диаграмма направленности показывает графическое представление коэффициента усиление антенны.

Главные параметры, по которым делают количественную оценку направленности Wi-Fi антенны это ширина лепестка, коэффициент направленного действия.

По направленности антенны можно разделить: направленные и всенаправленные. Разница между ними в том, что первые с помощью  рефлектора-отражателя перенаправляют сигнал в нужную сторону и имеют диаграмму в виде лепестка, а вторые распространяют сигнал по радиусу вокруг себя и имеют круговую диаграмму в горизонтальной плоскости. Стоит отметить, что каждая из них может быть, как внутренней, так и наружной.

Направленная Wi-Fi 

Всенаправленная антенна распространяет сигнал по окружности вокруг себя.

• Секторные антенны – мощность сигнала максимальна в определенном секторе.
• Панельные антенны –  направлены и имеют диаграмму виде лепестка в обоих плоскостях.

Коэффициент усиления.

Коэффициент усиления на самом деле не усиливает сигнал, так как не имеет собственного источника электрической энергии, а просто концентрирует сигнал в определенном направлении, обеспечивая более надежную связь между приемником и передатчиком.

Коэффициент усиления определяет разность между плотностью потока энергии, излучаемого антенной в каком-то направлении, и плотностью потока при работе изотропного излучателя. Изотропный излучатель (антенна) – генератор электромагнитных волн, излучающий их во все направления равномерно. Измеряется коэффициент в изотропных децибелах.

Определить коэффициент можно по формуле:

Окружность C составляет длину волны L, а расстояние d между витками составляет 0,25*С.  Размер отражателя  R равен C или L. N – количество витков.

Поляризация. Однополяризационные, двуполяризационные(MIMO, AirMax)

Поляризация – это направление вектора электромагнитной волны.

Большое значение имеет поляризация антенны, так как радиоволны распространяются в окружающей среде по-разному. По виду поляризации различают

• Однополяризационные – это антенны, которые испускают сигнал либо в горизонтальной, либо в вертикальной поляризации.  Зависит от расположения излучателя.
• Двуполяризационные – это антенны, которые передают данные одновременно в горизонтально и вертикальной поляризациях.

При изготовлении антенн на них клеится бирка, которая показывает в какой поляризации излучает антенна (чаще всего нарисована стрелка). Если повернуть вокруг оси на 90 градусов, то антенна изменит свою поляризацию.     

Для того чтобы связь была надежной, необходимо, чтобы поляризация источника и приемника совпадали. 

В двухполяризационных антеннах используется технологи MIMO и расшифровывается Multiple Input Multiple Output (несколько входов и выходов).  Принцип работы антенн  MIMO следующий:

• на передающей  стороне присутствует делитель потоков, который  разбивает данные на подпотоки. Число под потоков равняется числу антенн. Далее идет передача данных по каждой из антенн с различной поляризацией. Это делается для того чтобы  сигнал мог быть идентифицирован принимающей стороной
• на принимающей стороне  антенны принимают сигнал. Каждый из передающегося подпотока поступает на антенну в приемнике. Далее из всего потока энергии  сигнала каждая антенна принимает только тот подпоток, за который она отвечает.  Распределение происходит по закону, которым снабжен каждый сигнал.

Вторая технология, которая используется в беспроводных сетях называется AirMax. Различие между Wi-Fi  и WiMax в том, что в первом случае станция прослушивает радиосигналы и определяет занятость канала (при свободном канале пакет отсылается), а во втором каждому абоненту выделяется слот для  передачи и приема данных. Как следствие, задержек нет, слушать эфир не надо. Количество пользователей в Wi-Fi технологии не более 20, а в WiMax до 120. AirMax решает проблему, когда два клиента посылают сигнал в одно время. Так же задержка передачи голоса и видео уменьшается, так как после опроса  абонентов накладывается приоритет.

Рабочий диапазон частот

Рабочий диапазон частот – это интервал частот, где предусмотрены характеристики присущи ТВ антенне (коэффициент усиления, согласование)

Рабочий диапазон частот позволяет использовать антенну в разных стандартах(3G, Wi-Fi, WiMax).

Рассмотрим пример антенны ТРИАДА-2696. Диапазон частот следующий:

• GSM-9001800 МГц
• 3G-2100 МГц
• Wifi-2400 МГц
• WiMax-2600 МГц
   

Подробней на двух примерах расскажу о том, где могут быть полезны wi-fi антенны в системах безопасности:

1) Было ТЗ по установке wi-fi вызывной панели с переносной ответной частью (трубкой), характеристики гласили о том, что максимальное удаление трубки от вывызной панели будет составлять до 300 метров. На практике оказалось, что сигнал пробивал всего 20-25 метров. Оказалось, что штатные антенны, установленные в самой вызывной панели не могли распространять wi-fi сигнал на такие расстояния по причине замурованности в кирпичную стену с металлическими конструкциями. Было принято решение снять штатные антенны и заменить на всенаправленную антенну с выносом на высоту 4 метра. Результатом усиления сигнала стало расстояние передаваемое wi-fi до 100 метров.

2) Довольно часто сталкиваемся с необходимостью использовать направленные антенны для видеонаблюдения. Они позволяют передать пакеты данных от камеры до регистратора на дальние расстояния по воздуха, в тех условиях, когда прокладка кабелей не возможна по ряду причин. При этом остается видеонаблюдение хорошего качества

Подробней о направленных антеннах можно посмотреть в наших работах.