Οι βασικές αρχές των κεραίες Wi-Fi

Makedonski Jazik - Sedmi Cas.wmv (Ενδέχεται 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Οι βασικές αρχές των κεραίες Wi-Fi


Οι επικοινωνίες Wi-Fi εξαρτώνται από την ενέργεια ραδιοσυχνοτήτων που μεταδίδεται και λαμβάνεται από τις κεραίες. Καλύτερες κεραίες θα παράγουν καλύτερη κάλυψη και η επιλογή της σωστής κεραίας είναι εύκολη αν κατανοήσετε τις βασικές αρχές.

Κεραίες γενικά

Αν και το θέμα αυτής της σειράς άρθρων είναι οι κεραίες ειδικά για τη χρήση Wi-Fi, ορισμένες χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τις κεραίες γενικά θα είναι χρήσιμες. Αυτή είναι η πρώτη σε σειρά.

Μια κεραία είναι μια συσκευή που ακτινοβολεί ραδιοκύματα όταν τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια και / ή μια συσκευή που μετατρέπει τα ραδιοκύματα σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι κεραίες δημιουργούνται μερικές φορές σκόπιμα για να είναι κεραίες (όπως η κεραία σε ένα ασύρματο δρομολογητή) και μερικές φορές δημιουργούνται για άλλο σκοπό (όπως τα καλώδια στα ακουστικά σας), αλλά παρεμπιπτόντως λειτουργούν ως κεραία.

Οι κεραίες είναι πάντα κατευθυντικές - δηλαδή, μεταδίδουν και / ή λαμβάνουν ραδιοκύματα καλύτερα σε ορισμένες κατευθύνσεις παρά σε άλλες κατευθύνσεις. Οι κεραίες που δεν προορίζονται για κατεύθυνση, ονομάζονται "πανευθυντικές" ή "μη κατευθυντικές", παρόλο που ποτέ δεν είναι απόλυτα μη κατευθυντικές.

Μήκος κύματος, συχνότητα και μήκος κεραίας

Τα ραδιοκύματα, όπως όλα τα κύματα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, μετρούνται σε συχνότητα και η βασική μονάδα συχνότητας είναι η Hertz (συντομογραφία Hz), η οποία είναι ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο. Hertz χρησιμοποιείται προς τιμήν του Heinrich Rudolf Hertz, του πρώτου ατόμου που αποδεικνύει την ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Η βασική μονάδα Hertz συχνά ακολουθεί πολλαπλασιαστή όπως το κιλό (1.000) ή το μέγα (1.000.000) ή το giga (1.000.000.000).

Εκτός από το Hertz, που είναι μια μονάδα συχνότητας, τα ραδιοκύματα αναφέρονται μερικές φορές ως προς το μήκος τους χρησιμοποιώντας τον όρο "μήκος κύματος". Όπως πιθανώς συνειδητοποιείτε, οι όροι Hertz και το μήκος κύματος σχετίζονται μαθηματικά και ο παρακάτω τύπος χρησιμοποιείται συνήθως για να καθορίσει αυτή τη σχέση.

μήκος κύματος (σε μέτρα) = 300 / συχνότητα (σε MHz)

Για παράδειγμα, μια συχνότητα 14.300 MHz έχει μήκος κύματος 20.979 μέτρων. Αυτή η σχέση μεταξύ συχνότητας και μήκους κύματος είναι ιδιαίτερα σημαντική για το σχεδιασμό της κεραίας, επειδή το μήκος κύματος μιας συχνότητας χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό πολλών από τις διαστάσεις του σχεδιασμού της κεραίας.

Διπολικές κεραίες

Μία από τις απλούστερες κεραίες ονομάζεται διπολικό μισό κύμα, έχει μήκος ½ μήκους κύματος και κατασκευάζεται από δύο ημίσεα, κάθε ένα από τα οποία έχει μήκος κύματος ¼. Καθένα από τα δύο μισά τροφοδοτείται από έναν ξεχωριστό αγωγό στην γραμμή τροφοδοσίας.

Για την ίδια συχνότητα 14.300 MHz όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένα διπόλιο θεωρητικά θα ήταν 10.4895 (½ των 20.979) μέτρων από άκρο σε άκρο και θα αποτελείται από δύο στοιχεία, κάθε 5.24476 μέτρα μήκος. Σημειώστε, ωστόσο, ότι οι κεραίες δεν είναι πάντα κατασκευασμένες ακριβώς σύμφωνα με τις υπολογισμένες θεωρητικές διαστάσεις.

Οι φωτογραφίες παρακάτω δείχνουν ένα πολύ μικρότερο (σπιτικό) δίπολο για λήψη ψηφιακής τηλεόρασης μικρής εμβέλειας και επιδεικνύουν την απλότητα που μοιράζονται όλα τα δίπολα ανεξάρτητα από τη συχνότητα λειτουργίας τους.

Τα θερμαντικά σώματα κατασκευάζονται από χαλύβδινο σύρμα που κόβεται από μια κοινή κρεμάστρα και συνδέεται στην ομοαξονική γραμμή μετάδοσης με παξιμάδια και μπουλόνια από χάλυβα. Ένα μικρό κομμάτι perfboard είναι ο κεντρικός μονωτήρας και η δομική βάση για τη συναρμολόγηση. Και ναι, παρά την ακατέργαστη κατασκευή της κεραίας, δέχεται σήματα HDTV από σταθμούς έως 20 μίλια μακριά ενώ κρεμόταν στο πίσω μέρος της τηλεόρασης, τέσσερα πόδια μακριά από το έδαφος. (Θα πρέπει να μπορείτε να υπολογίσετε τη συχνότητα λειτουργίας από τις πληροφορίες που δίνονται σε αυτό το άρθρο.)

Πόλωση κεραίας

Ο προσανατολισμός μιας κεραίας σε σχέση με την επιφάνεια της γης ονομάζεται "πόλωση" της. Αυτά που προορίζονται για να προσανατολιστούν τα ραδιοκύματα τους κυρίως παράλληλα με την επιφάνεια της γης λέγεται ότι είναι "οριζόντια" και εκείνα που προορίζονται για τα ραδιοκύματα τους να προσανατολίζονται κυρίως σε ορθή γωνία προς την επιφάνεια της γης λέγεται ότι είναι "κατακόρυφος."

Ορισμένες κεραίες, όπως το δίπολο που απεικονίζεται παραπάνω, μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε σε πόλωση απλά αλλάζοντας τη θέση. Στον προσανατολισμό που φαίνεται παραπάνω, το στοιχείο του διπόλου είναι παράλληλο με την επιφάνεια της γης και επομένως η κεραία είναι πολωμένη οριζόντια. Ο αναπροσανατολισμός του διπόλου έτσι ώστε οι άκρες των στοιχείων του προς τα πάνω και προς τα κάτω τον καθιστούν κάθετα πολωμένο.

Οι παράγοντες που εμπλέκονται στην επιλογή μιας πόλωσης έναντι άλλης περιλαμβάνουν τη συχνότητα λειτουργίας, την επιθυμητή κάλυψη, τους μηχανικούς περιορισμούς και την συνήθη πρακτική. Μια πολύ σημαντική σκέψη είναι ότι όλες οι κεραίες μέσα σε ένα σύστημα επικοινωνίας πρέπει να χρησιμοποιούν την ίδια πόλωση. Όταν υπάρχει ένας συνδυασμός πολώσεων εντός ενός συστήματος ή όταν η πόλωση ορισμένων κεραιών είναι άγνωστη, χρησιμοποιείται μερικές φορές κυκλική πόλωση για τη μεγιστοποίηση της συμβατότητας. Οι κεραίες Wi-Fi είναι σχεδόν πάντα κατακόρυφα πολωμένες.

Κέρδος κεραίας

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι κεραίες μεταδίδουν (και λαμβάνουν) ραδιοκύματα καλύτερα σε ορισμένες κατευθύνσεις, αυξάνοντας έτσι την αποτελεσματική ακτινοβολούμενη ισχύ (ERP) προς αυτές τις κατευθύνσεις. Σημειώστε ότι η συνολική ακτινοβολούμενη ισχύς δεν αυξάνεται, αλλά είναι απλώς ισχυρότερη σε μία ή περισσότερες κατευθύνσεις και είναι ασθενέστερη σε άλλες κατευθύνσεις. Ακόμη και ένα απλό οριζόντιο δίπολο έχει κέρδος σε δύο κατευθύνσεις: παράλληλα με τα θερμαντικά σώματα του στις πλευρές "εμπρός" και "πίσω".

Αυτή η αύξηση στο ERP ονομάζεται "κέρδος" και ισχύει τόσο για τα μεταδιδόμενα όσο και για τα ληφθέντα σήματα. Η μονάδα μέτρησης που χρησιμοποιείται συχνότερα για τον ποσοτικό προσδιορισμό του κέρδους είναι το ντεσιμπέλ, ή το dB, το οποίο βασίζεται στο Bel, το οποίο ονομάστηκε προς τιμήν του Alexander Graham Bell. Εάν θέλετε να κατανοήσετε τον τρόπο υπολογισμού των Bels και των ντεσιμπέλ, είστε μόνοι σας δεδομένου ότι αυτό είναι εκτός του πεδίου εφαρμογής αυτού του άρθρου. Αρκεί να πούμε ότι όσο υψηλότερη είναι η βαθμολογία dB μιας κεραίας, τόσο περισσότερο κέρδος υποτίθεται ότι έχει.

Εκτός από το dB, υπάρχει άλλη μονάδα που χρησιμοποιείται για να περιγράψει το κέρδος της κεραίας: το dBi ή το ισοτροπικό ντεσιμπέλ. Μια ισότροπη πηγή είναι μια θεωρητική κεραία που αποτελείται από ένα μόνο σημείο που ακτινοβολεί RF προς κάθε κατεύθυνση, όπως μια σφαίρα. Το dBi χρησιμοποιείται συχνότερα για τον υπολογισμό του κέρδους της κεραίας για έναν λόγο: η βαθμολογία dBi έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερους αριθμούς από τη βαθμολογία dB, πράγμα που καθιστά μια κεραία φαίνεται να έχει μεγαλύτερο κέρδος, παρόλο που δεν έχει στην πραγματικότητα περισσότερο κέρδος.

Όπως και πριν, οι ακριβείς μέθοδοι υπολογισμού του dBi δεν είναι απαραίτητες για αυτή τη συζήτηση. Απλά θυμηθείτε αυτό: οι υψηλότερες βαθμολογίες dB ή dBi δείχνουν υψηλότερο κέρδος και εάν συγκρίνετε τις κεραίες, βεβαιωθείτε ότι έχουν βαθμολογηθεί χρησιμοποιώντας την ίδια μονάδα μέτρησης - είτε dB είτε dBi - αλλά όχι μείγμα των δύο.

Συχνότητες Wi-Fi

Υπάρχουν πέντε διαφορετικές ζώνες που χρησιμοποιούνται για μεταδόσεις Wi-Fi: 2, 4GHz, 3, 6GHz, 4, 9GHz, 5GHz και 5, 9GHz. Η χρήση των ζωνών ποικίλλει από τη μια χώρα στην άλλη. Το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι η ζώνη 2.4GHz και θα αποτελέσει το επίκεντρο αυτού του άρθρου, αλλά οι γενικές αρχές ισχύουν για όλες τις ζώνες.

Η ζώνη των 2.4GHz εκτείνεται από περίπου 2.4GHz έως 2.5GHz. Έτσι, το κατά προσέγγιση κέντρο της ζώνης είναι 2.45GHz, και είναι η συχνότητα που θα χρησιμοποιηθεί για τους υπολογισμούς που ακολουθούν.

Ο τύπος που παρουσιάστηκε παραπάνω

μήκος κύματος (σε μέτρα) = 300 / συχνότητα (σε MHz)

μπορεί εύκολα να μετατραπεί στα ακόλουθα.

μήκος κύματος (σε χιλιοστά) = 300 / συχνότητα (σε GHz)

Έτσι, το μήκος κύματος ενός σήματος 2, 45 GHz είναι 122, 45 mm. Ένα δίπολο στα 2.45GHz είναι 61.22 mm από άκρο σε άκρο και κάθε ένα από τα δύο μισά είναι 30.61 mm. Για όσους από εσάς είστε συνηθισμένοι να εργάζεστε σε ίντσες, ένα δίπολο στα 2.45GHz είναι 2.41 "από άκρο σε άκρο και κάθε ένα από τα δύο μισά είναι 1.205". Ανεξάρτητα από τις μονάδες που χρησιμοποιείτε, τα στοιχεία είναι αρκετά μικρά στη ζώνη 2.4GHz, και ακόμη μικρότερα στις άλλες τέσσερις ζώνες.

Wi-Fi Dipole

Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει δύο κεραίες Wi-Fi που αφαιρέθηκαν από ασύρματο δρομολογητή 2, 4 GHz. Η κάτω κεραία παραμένει στο πλαστικό κάλυμμα της και διατηρεί την αρθρωτή βάση που επιτρέπει την προσανατολισμό της κάθετα ανεξάρτητα από τη θέση τοποθέτησης του δρομολογητή. Η ανώτερη κεραία έχει αφαιρεθεί από το πλαστικό κάλυμμα για να αποκαλύψει την εσωτερική κατασκευή.

Αν και μπορεί να μην είναι άμεσα εμφανής, η κεραία είναι διπόλι. Το μισό από το δίπολο είναι το λευκό σύρμα που προεξέχει προς τα αριστερά και το άλλο μισό του διπόλου είναι ο μεταλλικός κύλινδρος. Κάθε μισό είναι ηλεκτρικά μονωμένο από το άλλο και έχει μήκος περίπου ¼ μήκους κύματος. Παρόμοιες κεραίες έχουν κέρδος περίπου 2dBi και παρουσιάζουν ένα σχετικά κυκλικό πρότυπο ακτινοβολίας.

Και στις δύο περιπτώσεις, η γραμμή τροφοδοσίας καλωδίων εξέρχεται από το κάτω μέρος της κεραίας για να συνδεθεί με τον ασύρματο πομποδέκτη Wi-Fi. Η τροφοδοσία είναι ένα ομοαξονικό καλώδιο με εσωτερικό αγωγό και εξωτερική πλεγμένη ασπίδα. ένα σαφές πλαστικό κάλυμμα περιβάλλει την τροφοδοσία. Αυτή η συγκεκριμένη γραμμή τροφοδοσίας χρησιμοποιείται συχνά για συσκευές Wi-Fi λόγω του μικρού μεγέθους της και των σχετικά χαμηλών απωλειών RF. ονομάζεται RG-178. Οι ομοαξονικές γραμμές τροφοδοσίας αναφέρονται συχνά ως "ομοαξονικά".

Το άλλο άκρο του ομοαξονικού συνδέεται με το δρομολογητή, όπως φαίνεται παρακάτω. Σημειώστε ότι οι ασπίδες είναι καλά συγκολλημένες στο επίπεδο γείωσης στο PCB και οι κεντρικοί αγωγοί είναι συγκολλημένοι σε κομμάτια PCB που οδηγούν στον πομποδέκτη μέσα στο χρυσό μεταλλικό κιβώτιο. Το ένθετο δείχνει ένα εναλλακτικό στυλ συγκόλλησης. μερικές φορές οι σύνδεσμοι είναι συγκολλημένοι στο PCB και ο ομοαξονικός είναι εφοδιασμένος με ζευγαρωτούς συνδετήρες που κουμπώνουν στη θέση τους.

Στη συνέχεια

Σε αυτό το σημείο, θα πρέπει να έχετε κατανοήσει τα θεμελιώδη χαρακτηριστικά της κεραίας, όπως ισχύουν για το Wi-Fi. Τα μελλοντικά άρθρα αυτής της σειράς θα επικεντρωθούν σε μη κατευθυντικές καθώς και κατευθυντικές κεραίες για χρήση Wi-Fi. Θα συζητηθούν τόσο οι διαθέσιμες στο εμπόριο όσο και οι κεραίες homebrew και θα σας δοθούν οδηγίες για την κατασκευή, επέκταση και βελτίωση του δικτύου Wi-Fi.