1.3. Усиление радиуса wi-fi с помощью антенны. Что такое антенна?
Антенно-фидерные устройства (АФУ) предназначаются для передачи сигналов в системах радиосвязи, радиовещания, телевидения, а также других радиотехнических системах, использующих для передачи информации свободное распространение радиоволн.
Передающая антенна преобразует энергию волн, поступающих по фидеру (кабелю) от передатчика к антенне, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве. Передающая антенна должна не просто излучать электромагнитные волны, а обеспечивать наиболее рациональное распределение энергии в пространстве. В связи с этим одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности (ДН) — зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения (точка наблюдения должна находиться в дальней зоне — на неизменно большом расстоянии от антенны). Требования к направленности колеблются в очень широких пределах, от близких к направленным (системы радиовещания и эфирного телевидения), до резко выраженной направленности в определенном направлении (дальняя космическая радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия и т. д.). Направленность позволяет без увеличения мощности передатчика увеличить мощность поля, излучаемого в данном направлении, а также позволяет уменьшать помехи соседним радиотехническим системам, то есть способствует решению проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС). Направленность можно получить только когда размеры антенны существенно превышают длину волны.
Приёмная антенна улавливает энергию свободных колебаний и превращает ее в энергию волн, которая поступает по фидеру на вход приемного роутера или IP видеокамеры. Для приемных антенн диаграмма направленности (ДН) — это зависимость тока в нагрузке антенны, то есть, в конечном счете, в приемнике, или ЭДС наводимой на входе приемника, от направления прихода электромагнитной волны, облучающей антенну. Наличие направленных свойств у приемных антенн позволяет не только увеличивать мощность выделяемую током в нагрузке, но и существенно ослаблять приём различного рода помех, то есть повышает качество приёма.
Любую передающую антенну можно использовать и для приёма электромагнитных волн и, вообще говоря, наоборот, однако из этого не следует, что они одинаковы по конструкции.
Функции антенн в указанных системах сводятся к излучению или приему электромагнитных волн. Соответственно различают передающие и приемные антенны, подключаемые либо к передатчику, либо к приёмнику. Подключение осуществляется обычно не непосредственно, а с помощью линий передачи энергии (фидеров).
Существует в мире два типа антенн с круговой диаграммой направленности (3600) и направленной. Антенна с круговой диаграммой направленности позволяет выполнить ее регулировку в вертикальной и горизонтальной плоскости. Использование антенны с направленной диаграммой направленности позволяет увеличь расстояние приема - передачи данных между рабочей станцией и точкой доступа. Выбор антенных устройств производится по нескольким характеристикам:
Рабочий диапазон частот
Разъем подключения к точке доступа
Коэффициент усиления
Внимание! Если на пути прохождения сигнала располагается глухая стена, здание или перекрытие (из армированного железобетона), то замена антенны на более мощную, не даст положительного результата. Такие преграды практически полностью поглощают и отражают сигнал передатчика. Выходом из положения является установка дополнительного ретранслятора (точка доступа в режиме моста), который имеет прямую видимость с первой точкой приема и передачи.
Для правильного выбора антенн, при применении в конкретных условиях организации связи, важно разбираться в их свойствах, таких, как диаграмма направленности, поляризация, направленность, коэффициент усиления, входной импеданс, полоса частот и т.д. Остановимся на наиболее главных характеристиках и параметрах.
|
Коэффициент усиления - один из важнейших характеристик антенн.
Коэффициент усиления (КУ) антенны — отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности.
КУ является безразмерной величиной, может выражаться в децибелах (дБ, дБи, дБд). Для обозначения КУ используют латинскую букву G (от англ. Gain).
КУ антенны показывает, во сколько раз необходимо увеличить мощность на входе антенны (выходную мощность передатчика) при замене данной антенны идеальной ненаправленной антенной, чтобы значение плотности потока мощности излучаемого антенной электромагнитного поля в точке наблюдения не изменилось. При этом предполагается, что коэффициент полезного действия (КПД) ненаправленной антенны равен единице.
Обычно оперируют значением КУ G0 в направлении максимума излучения антенны. При этом КУ становится мерой эффективности антенны как способности антенны концентрировать энергию электромагнитного излучения в узком луче с учетом потерь энергии в элементах конструкции антенны и объектах, расположенных в ближней зоне антенны. Таким образом, КУ однозначно связан с коэффициентом направленного действия (КНД) D и КПД η антенны: G = D · η. При определении КПД потери на отражение из-за рассогласования входного импеданса антенны с импедансом источника возбуждения не учитываются.
Значение КУ в направлении максимума излучения может составлять от нуля до миллионов. КУ меньше единицы характерен для антенн с низким КПД: электрически малых антенн (укороченные, малогабаритные антенны) и антенн с искусственно введенными поглощающими элементами (антенны для работы в широкой и сверхширокой полосе радиочастот; антенны, располагающиеся на предельно малой высоте от грунта и др.).
Малое значение КУ не обязательно означает, что антенна обладает низким значением КНД (то есть обладает слабо выраженными направленными свойствами). И, наоборот, антенна с высоким КНД может "плохо излучать" радиоволны. Характерный пример — приемная антенна Бевереджа, обладающая типичными значениями КУ -30 дБи и КНД +15 дБи.