Правильный роутер нужно выбирать не по внешнему виду и количеству лампочек, а по техническим характеристикам. Но чтобы понять, о чем идет речь в описании устройства и для чего маршрутизатору нужен коэффициент усиления сигнала, необходимо запастись теоретическими знаниями. Например, какие антенны бывают, почему они вращаются, и как это влияет на качество сигнала — эти и другие вопросы мы разберем в нашем материале.
Первая попытка передать информацию с помощью радиоволн была предпринята в 1896 году русским ученым Александром Степановичем Поповым. Ему удалось продемонстрировать процесс передачи электрических импульсов «беспроволочным» методом. Естественно, открытие заинтересовало ученых по всему миру, и каждый талантливый изобретатель того времени начал «приручать» радиоволны. Гонка за беспроводным сообщением способствовала ряду важных открытий: сначала придумали телеграф, затем радио, телефон и телевидение.
Спустя 120 лет технология была улучшена и оцифрована для эффективной работы в современных реалиях, но принцип приема и передачи сигналов не изменился. Чтобы отправить информацию по воздуху, роутеру необходим стандартный набор оборудования. Один из ключевых блоков беспроводной системы — антенна.
Антенны
Чтобы настроиться на одну из радиостанций, приемнику достаточно металлического штырька или небольшого отрезка проволоки. Для приема цифрового ТВ телевизору нужны специальные «рожки», а роутер может обойтись встроенной антенной в виде полоски меди на текстолите — требования к антеннам зависят от типа сигнала и его мощности. Вопреки всеобщему заблуждению, антенна — это пассивное устройство, которое самостоятельно не передает и не принимает сигнал, а лишь концентрирует его. Причем в качестве сигнала могут выступать не только радиоволны, но и свет.
Представим фонарик с лампой накаливания: вольфрамовая спираль излучает яркий свет, мощности которого достаточно, чтобы осветить объект на расстоянии всего лишь 5-10 сантиметров. За пределами этой дистанции свет очень быстро рассеивается и теряется в пространстве. Это происходит из-за того, что лампа имеет рассеянное свечение, и световые волны не достигают дальних объектов без вспомогательных инструментов, например, отражателя. Он превращает беспорядочное движение фотонов света в направленный и организованный поток. В случае с беспроводной связью, роль отражателя играют антенны — они отличаются формами и конфигурациями, а характеристики антенны влияют на качество сигнала и его дальнобойность.
Коэффициент усиления
На сухом техническом языке коэффициентом усиления (КУ) называют некое отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности сигнала настоящей антенны. Эталонной антенной считается изотропный излучатель, который принят как виртуальная величина и не существует как таковой. Изотропный излучатель испускает радиосигнал равномерно во всех направлениях, не имеет мертвых зон и создает покрытие в форме сферы. Чем мощнее эта антенна, тем больше сфера и, соответственно, площадь покрытия сигналом.
Представим, что лампочка в фонарике представляет собой тот самый изотропный излучатель, который отправляет свет во все стороны. Сама по себе лампочка не способна осветить даже часть письменного стола — свет будет рассеянным и тусклым. Но можно сделать так, чтобы маломощный источник превратился в настольную лампу. Для этого нужен отражатель: помещаем его перед лампой и наблюдаем, как часть потерянного света возвращается отражателем в заданном направлении. В таком случае, лампа без отражателя считается изотропным излучателем, отражатель выступает в роли антенны, а разница в мощности свечения между лампочкой и лампочкой с отражателем — это коэффициент усиления антенны. КУ измеряется в децибелах и понимается, как «раз» — во сколько «раз» мощнее?
В примере с фонариками коэффициент усиления зависит от качества и размера отражателя — чем лучше и больше его поверхность, тем больше света будет отражено в нужном направлении. Коэффициент усиления пассивных радиоантенн зависит от типа антенны, ее размеров, а также от состава примененных в ней материалов. Например, медь имеет больший КУ, чем алюминий. На качество усиления также влияет настройка: каждая антенна должна быть настроена на строго определенную частоту.
Типы антенн
Планету опоясывают миллионы сигналов и радиоволн. Можно представить, насколько разными должны быть эти сигналы, чтобы все приемники и передатчики понимали, кому и что адресовано в этом мире. Поэтому для каждой сферы беспроводной передачи применяются разные антенны: для коротких и длинных волн, для спутниковых сигналов, есть даже зеркальные антенны телескопа Хаббл для приема инфракрасного излучения дальних галактик. Антенны делятся на десятки видов и подвидов, но любителю достаточно знать о самых распространенных, чтобы понимать, как работает домашняя беспроводная сеть.
Всенаправленные антенны — те самые рожки, которые установлены в роутерах или адаптерах Wi-Fi по умолчанию. Эти антенны рассчитаны на работу в помещении и настроены таким образом, чтобы как можно лучше покрыть его стабильным сигналом. Эти антенны называют всенаправленными. Если рассмотреть создаваемое ими покрытие в двух плоскостях, то получится такая диаграмма:
Антенна имеет идеальное горизонтальное покрытие, тогда как под ней и над ней остаются мертвые зоны — если сложить диаграмму в 3D-модель, то получится пончик:
Коэффициент усиления всенаправленных антенн, как правило, не превышает 5-6 дБ — этого достаточно, чтобы обеспечить связью дом, квартиру или небольшой офис, но совсем мало для того, чтобы отправить сигнал за несколько сотен метров от точки доступа. Чаще всего такой тип излучателей применяется в домашних роутерах в виде штатных съемных и несъемных антенн.
Если вернуться к примеру с лампами, то всенаправленной антенной (отражателем) света можно считать матовую колбу, которая равномерно распространяет свет вокруг себя. Похожая система применяется в диодных лампах со стандартным цоколем.
Направленные антенны — распространенный тип антенн, которые так же применяются в домашних беспроводных системах. Задача такой антенны — передавать сигнал строго в заданном направлении. Из-за того, что антенна имеет узкий диапазон покрытия и превращает сигнал практически в острую пику, ее целесообразно использовать только за пределами помещений, чтобы передавать сигнал на расстояние до нескольких десятков километров. Диаграмма направленности радиоволн таких излучателей выглядит следующим образом:
Если представить сигнал направленной антенны в форме 3D-фигуры, то получится следующий объект:
Сигнал такой формы рассматривается в лепестках. У классической направленной антенны всего четыре лепестка: два боковых, один задний и один передний. Передний лепесток —основной, он излучает поток радиоволн с высоким КУ.
Как правило, такие антенны применяют для организации радиомостов между двумя удаленными беспроводными точками, например, для передачи интернета из одной части города в другую. За дальнобойность системы приходится платить практически нулевым качеством покрытия сети в любом месте возле направленной антенны. Зато коэффициент усиления таких антенн будет самым высоким — до 34 дБ.
Направленные антенны применимы не только к радиосвязи, но и к световым волнам. Удачный пример направленной антенны для света — это морской маяк, который использует систему зеркал и отражателей, чтобы сформировать свет в узкий пучок и доставить его к самому горизонту.
Секторные антенны — это направленные антенны с видоизмененным лепестком основного сигнала. Секторные антенны имеют меньшую дальнобойность, но покрывают сигналом уже целый сектор. Диаграмма сигнала таких антенн отображает широкий лепесток покрытия в одном направлении, который при этом сохраняет достаточную дальнобойность:
Секторные антенны обладают широким углом покрытия горизонта — до 90 градусов, но сильно урезают сигнал по вертикали.
Такие излучатели используются для распространения сети на средние расстояния сразу нескольким абонентам в пределах лепестка диаграммы. Как правило, это системы усиления сигнала 3G/4G, а также корпоративные системы беспроводной связи — для покрытия сетью дворов, больших помещений или торговых центров.
Коэффициент усиления секторных антенн составляет 16–20 дБ. Этот максимум обусловлен умеренной широтой лепестка, хотя может быть увеличен вплоть до 70 дБ с помощью активного усилителя сигнала.
Без примера на лампочках не обойтись: секторной антенной для источника света можно считать отражатель особой формы или линзу, которые формируют из волн не узкий пучок, а широкое световое пятно. Идеальный «секторный» свет — карманный фонарик.
Отражатель для роутера
С помощью отражателей можно получить свет различного качества и формы. Например, если применить плоский отражатель, то световой поток будет максимально рассеянным, но достаточно ярким, чтобы осветить перед собой пару метров темноты.
Если же зеркальная поверхность примет форму полусферы, то отраженный свет будет сформирован в пучок и станет заметно ярче, чем до процесса переотражения. Если же модифицировать систему с помощью отражателя и дополнительной линзы, то полученным лучом света уже можно «достать» до дома напротив. При этом, несмотря на разницу в яркости и дальнобойности, лампа фонарика остается постоянной величиной.
Такие же переотражения происходят, когда антенны формируют сигнал — это могут быть как направленные, так и всенаправленные волны. Более того, универсальные излучатели в домашнем роутере можно превратить в секторные — для этого необходимо за антенной установить металлический отражатель с такой же формой, как у отражателя фонарика. Выглядит необычно, но работает эффективно.
По многочисленным просьбам, сегодня разберем классификацию и типы Wi-Fi антенн. А также выбор вида антенны и правила монтажа в зависимости от условий. Обеспечение производителем максимальных удобств пользователю при запуске в работу и эксплуатации бытовых устройств является одной из главных составляющих популярности подобного продукта. После подключении сетевого шнура и запуска системы Plug and Play быстрая самонастройка и включение в работу выполняется в течении 3—5 с.
При решении проблем, связанных с приёмом и раздачей беспроводного Wi-Fi-сигнала в собственной городской квартире или загородном жилье, возникает необходимость самостоятельной установки и настройки комплекта оборудования. Для работы с антенным хозяйством необходимы знания, обеспечивающие качественный монтаж и настройку устройства своими силами. Информация о Wi-Fi антеннах, области их применения, способах установки, рассматриваемые в этой статье, будут полезны заинтересованному потребителю.
Классификация типов антенн
Работа потребителя с сетевыми ресурсами по беспроводной сети возможна после передачи сигнала от антенны роутера, куда он поступает от внешней антенны. Активная система с усилителем высокочастотного сигнала применяется при большом удалении передающей вышки от конечного пользователя, отличаясь в худшую сторону одновременным усилением эфирного «мусора» вместе с основным сигналом. При небольшом удалении передатчика для усиления беспроводного wi-fi сигнала лучше использовать пассивную внешнюю антенну.
Разделение внешних антенн по способу установки
Outdoor — наружные
Наружные антенны характеризуют:
- Увеличенными размерами
- Возможностью крепления при установке на уличных зданиях, сооружениях.
- Стойкостью изделия к погодным изменениям.
- Повышенным коэффициентом усиления потока с уменьшением ширины направленной диаграммы сигнала.
- Установкой в зоне прямой видимости передатчика.
Indoor- внутренние
Для приёма и раздачи сигнала внутри помещения используются внутренние антенны.
Свойства внутренних антенн определяются:
- Уменьшенными размерами.
- Современным внешним видом.
- Установкой на горизонтальной плоскости, возможностью настенного (потолочного) крепления, установки непосредственно в точке доступа.
- Сравнительно слабым коэффициентом усиления сигнала, всенаправленной диаграммой приёма и раздачи потока излучения.
Разделение по направлению принимающего и передающего сигнала
Всенаправленные антенны
Всенаправленные (изотропные) устройства используются как за пределами жилого помещения, так и внутри него. Небольшой коэффициент усиления, равномерно излучение сигнала определяют характеристики этих антенн.
В диаграмме направленности показаны преимущественные направления потока радиоволн в вертикальном и горизонтальном направлении.
Направленные антенны
Независимо от наружной или внутренней установки направленные антенны обладают повышенным коэффициентом усиления, увеличивая ширину полосы принимаемого или передаваемого сигнала.
Характеристики диаграммы устройств позволяют создавать беспроводную сеть Wi-Fi с высоким качеством передаваемого сигнала, увеличивая расстояние от передатчика до зоны приёма. Излучение сигнала в заданном направлении исключает его использование незарегистрированными абонентами.
Поляризация Wi-Fi антенн
Характер распространения волны в пространстве, или поляризация, влияющие на качество приёма, определяется конструкцией антенны, способом её установки. В зависимости от этого волны антенны имеют:
- Круговую поляризацию.
К достоинствам антенн такой конструкции можно отнести эффективную работу в местах скопления беспроводных устройств, наличия большого объёма отражённых паразитных сигналов, радиопомех. Передаваемый от них сигнал способен преодолевать горизонтальные, вертикальные препятствия с минимальной потерей своей мощности. Антенны способны суммировать поступающие радиосигналы независимо от фазовой задержки при их поступлении. Недостатком является узкополосный диапазон антенн.
- Вертикальную линейную поляризацию.
Достоинствами этих антенн являются простота установки, небольшие габаритны по горизонтали, эффективная работа при установке на небольших высотах подвеса.
- Горизонтальную линейную поляризацию.
При горизонтальной поляризации устройства КПД антенны повышается, в связи с меньшей отражательной способностью и чувствительностью к помехам, имеющим вертикальную диаграмму.
Преимуществом антенны является лучший приём сигнала при отсутствии зоны прямой видимости передатчика, более эффективным проникновение радиоволн через вертикальные препятствия в условиях работы в мегаполисе.
При выборе антенны, для достижения максимальной эффективности приёма, необходимо учитывать изменение плоскости поляризации во время прохождения сигнала в ионосфере. В этом случае лучше работает устройство с круговой диаграммой.
Важно! Качество приема-передачи сигнала улучшается в случае применения антенн с одним типом поляризации, работающих в зоне прямой видимости.
Коэффициент усиления антенн
Конструктивные особенности направленных антенны зависят от коэффициента усиления антенны, измеряемого в децибелах (дБ). Величина показывает, как увеличилась насыщенность потока в дБ отдельно взятой направленной антенны по отношению к плотности сигнала изотропного устройства, работающего равномерно во все стороны.
Важно! Пассивные приёмные устройства не могут самостоятельно увеличивать сигнал. Его мощность зависит только от передатчика. За счёт особенностей конструкции направленная антенна фокусирует и уплотняет сигнал, избирательно направляя его в точку приёма.
Дальность передачи потока информации можно определить при проведении несложных расчётов. Для этого необходимо суммировать мощность передающего устройства в беспроводной точке доступа с коэффициентом усиления направленной антенны. Полученная величина показывает вектор максимального коэффициента усиления основного лепестка на диаграмме антенны.
Обязательные правила монтажа антенн
Перед выполнением монтажных работ по установке необходимо
Учитывать вектор сигнала от передатчика.
Принимать во внимание наличие искусственных и естественных преград между передатчиком и приёмником, отражение или поглощение сигнала препятствиями.
Качество и дальность приёма Wi-Fi-сигнала может измениться в худшую сторону в зависимости от:
- Плотности застройки на пути прохождения сигнала.
- Материалов изготовления строений и сооружений, естественных преград.
Приведённые условия уменьшают эффективное расстояние уверенного приёма сигнала. В технических характеристиках паспорта дальность приёма-передачи роутера указывается для прямой видимости. При расчёте реальной мощности сигнала в каждом конкретном случае необходимо учитывать табличные значения коэффициентов (эффективных расстояний) материалов преград. Каждая материал уменьшает мощность сигнала на расчётное значение. При умножении паспортных данных антенны на этот коэффициент определяется эффективное расстояние работы антенны в каждом индивидуальном случае.
Важно! Уменьшение эффективного расстояния можно избежать подбором антенны с повышенным коэффициентом усиления. Уменьшение длины кабеля, подключающего антенну к приёмному устройству, улучшает качество сигнала.
Обязательно производить заземление в случае установки антенны на открытом пространстве.
Правильная установка антенны и качественный приём контента зависит от каждого из параметров, приведённых в статье. Соблюдение правил выбора и законов физики при покупке, установке и настройке оборудования позволит сэкономить время на его запуск в работу, избежать неоправданных денежных расходов на приобретение ненужного оборудования.
Зачем нужны антенны
Характеристики антенн
Изотропный излучатель
Диаграмма направленности антенны
Коэффициент усиления антенны
Типы антенн для Wi-Fi-устройств
Штыревая антенна
Штыревая антенна c перпендикулярным рефлектором
Штыревая антенна с параллельным рефлектором
Примеры антенн
TP-Link TL-ANT2406A
TP-Link TL-ANT2409A
TP-Link TL-ANT2414A
D-Link ANT24-0700
D-Link DWL-R60AT
D-Link ANT24-1800
Заключение
Любой беспроводной маршрутизатор, точка доступа или просто беспроводной адаптер имеет в комплекте антенну. Причем она может быть как съемной, так и стационарной. В то же время в розничной сети предлагается достаточно большое количество альтернативных антенн для Wi-Fi-устройств. Возникает естественный вопрос: зачем нужны еще какие-то антенны (причем, как правило, отнюдь не дешевые), если в комплекте любого Wi-Fi-устройства и так имеется антенна? Ответ, казалось бы, очевиден: чем длиннее антенна, тем лучше. Достаточно вспомнить тюнингованные автомобили с затонированными стеклами, которые оснащены не одной, а сразу несколькими длинными антеннами-удочками. Однако… не спешите с выводами. Присмотритесь повнимательнее, кто ездит на этих шестерках с затонированными стеклами, и вы неминуемо начнете сомневаться, что размер что-то значит. Как говорил барон Мюнхгаузен, «серьезное выражение лица — это еще не признак ума. Улыбайтесь, господа, улыбайтесь».
Парадокс заключается в том, что далеко не все антенны, даже если их стоимость зашкаливает за 100 долл., чем-то отличаются от тех, что поставляются в комплекте.
В данной статье мы постараемся разобраться, зачем вообще нужны антенны, какие существуют Wi-Fi-антенны и что означают их технические характеристики, а также сделаем обзор Wi-Fi-антенн, которые можно купить в российских магазинах.
Зачем нужны антенны
Для того чтобы ответить на этот простой вопрос, необязательно быть специалистом в области радиотехники. Каждый знает, что без антенны не сможет работать ни радиоприемник, ни телевизор. Точно так же без антенны не будет работать беспроводная точка доступа, которая в данном случае выступает одновременно и в роли приемника, и в роли передатчика. Антенна — это и излучатель радиоволн, и их приемник. Конфигурация антенны определяет зону покрытия беспроводной точки доступа, то есть ту зону, где точка доступа излучает сигнал, который способны принять другие клиенты беспроводной сети. Подчеркиваем: зона покрытия беспроводной точки доступа определяется именно конструкцией, а не размерами антенны, следовательно, принцип «чем длиннее, тем лучше» в данном случае неприменим.
Основная проблема большинства штатных антенн, то есть антенн, которые поставляются в комплекте с беспроводными точками доступа, заключается в том, что они имеют недостаточно большую зону покрытия. К примеру, если в пределах комнаты (офиса) одна точка доступа в состоянии обеспечить надежную работу беспроводных клиентов, то на устойчивую связь с клиентом, находящимся за стенкой, рассчитывать не приходится. А уж через две стены сможет «пробить» далеко не каждая точка доступа.
Казалось бы, проблема легко разрешима — достаточно приобрести точку доступа с большей мощностью передатчика. Однако не все так просто. Дело в том, что мощность передачи Wi-Fi-устройств строго регламентирована. В частности, в частотном диапазоне от 2400 до 2483,5 МГц (частотный диапазон Wi-Fi-устройств) для создания радиосетей на безлицензионной основе допускается использовать передатчики с мощностью излучения, эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ) (смысл данного термина мы поясним далее), — не больше 100 мВт. В случае превышения данного показателя требуется получение в Министерстве связи лицензии на создание и эксплуатацию ведомственной радиосети передачи данных. Соответственно точек доступа и беспроводных адаптеров с мощностью передачи более 100 мВт, что эквивалентно 20 dBm (о том, как связаны эти единицы между собой, мы тоже расскажем чуть позже), просто-напросто нет в продаже.
Итак, все точки доступа и беспроводные адаптеры имеют одинаковую мощность передатчика, а следовательно, единственный способ увеличить зону покрытия беспроводной сети — вместо традиционных штатных использовать специальные антенны.
Увеличение зоны покрытия беспроводной сети — это лишь одна из функций антенн для Wi-Fi-устройств. Другое, не менее важное их свойство заключается в том, что они позволяют изменить форму зоны покрытия, обеспечивая таким образом повышение безопасности беспроводной сети. Штатные антенны излучают сигнал равномерно во все стороны (в горизонтальной плоскости), и если точку доступа с такой антенной расположить у стены в комнате, то сигнал будет распространяться не только по вашей квартире, но и за стенку к соседу. Это, конечно же, позволит ему не только быстро обнаружить вашу беспроводную сеть, но и предпринять попытки атаки на нее. Причем если в домашних условиях у вашего соседа вряд ли окажется своя беспроводная сеть или хотя бы ноутбук с беспроводным адаптером, то в офисном здании, где на одном этаже размещается несколько офисов разных компаний, такая ситуация вполне реальна. А потому под соседями мы будем подразумевать соседей не только по квартире, но и по офису.
Дабы не вводить их в искушение и обезопасить свою беспроводную сеть от вторжения извне, можно использовать специальные направленные антенны, которые излучают сигнал преимущественно в одном направлении. Это позволит и увеличить дальность распространения сигнала в этом направлении, и ослабить или блокировать распространение сигнала в других направлениях. В данном случае разница между обычной антенной, излучающей равномерно по всем направлениям, и направленной антенной примерно такая же, как между лампочкой и фонариком. Представьте себе лампочку, освещающую комнату. Свет от нее распространяется приблизительно равномерно по всем направлениям, отчего в комнате становится светло. Однако ту же самую лампочку можно поставить в фонарь или просто установить позади нее зеркальный отражатель. В этом случае мы получим направленное распространение света. Такой луч не будет освещать все помещение, зато способен передать свет на значительно большее расстояние. Именно по такому принципу работают и внешние антенны.
Характеристики антенн
Одной из важнейших характеристик антенн является коэффициент усиления. Часто название этого параметра приводит к ошибочному предположению, что антенны способны усиливать сигнал. На самом деле это не так — если мощность передатчика, к примеру, составляет 50 мВт, то какую бы антенну мы ни поставили, мощность передаваемого сигнала будет такой же. Дело в том, что все антенны подобного рода представляют собой пассивные устройства и брать энергию для усиления передаваемого сигнала им попросту неоткуда. Но что же тогда означает коэффициент усиления? Для того чтобы ответить на этот вопрос, прежде ознакомимся с такими важными понятиями, как идеальный изотропный излучатель и диаграмма направленности антенны.
Изотропный излучатель
Антенны излучают энергию в виде электромагнитных волн во всех направлениях. Однако эффективность передачи сигнала для различных направлений может быть неодинакова и характеризуется диаграммой направленности.
Для оценки эффективности передачи сигнала по различным направлениям введено понятие изотропного излучателя, или изотропной антенны.
Изотропный излучатель — это идеальный точечный источник электромагнитных волн, излучающий равномерно по всем направлениям. Если мысленно представить себе сферу с центром, совпадающим с изотропным излучателем, то плотность излучаемой изотропным источником энергии будет одинакова в любой точке такой сферы. Поэтому говорят, что изотропный излучатель образует равномерное по плотности энергии поле сферической формы. В природе изотропных излучателей не существует. Каждая передающая антенна, даже самая простая, излучает энергию неравномерно — в каком-то направлении ее излучение максимально. Изотропный же излучатель рассматривается исключительно в качестве некоторого эталонного излучателя, с которым удобно сравнивать все остальные антенны.
Диаграмма направленности антенны
Направленные свойства антенн принято определять зависимостью напряженности излучаемого антенной поля от направления. Графическое представление этой зависимости называется диаграммой направленности антенны. Трехмерная диаграмма направленности изображается как поверхность, описываемая исходящим из начала координат радиус-вектором, длина которого в том или ином направлении пропорциональна энергии, излучаемой антенной в данном направлении. Кроме трехмерных диаграмм, часто рассматривают и двумерные, которые строятся для горизонтальной и вертикальной плоскостей.
При этом диаграмма направленности имеет вид замкнутой линии в полярной системе координат, построенной таким образом, чтобы расстояние от антенны (центр диаграммы) до любой точки диаграммы направленности было прямо пропорционально энергии, излучаемой антенной в данном направлении.
Для изотропной антенны, излучающей энергию одинаково по всем направлениям, диаграмма направленности представляет собой сферу, центр которой совпадает с положением изотропного излучателя, а горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности изотропного излучателя имеют форму окружности.
Для направленных антенн на диаграмме направленности можно выделить так называемые лепестки, то есть направления преимущественного излучения. Направление максимального излучения антенн называется главным направлением; соответствующий ему лепесток — главным; остальные лепестки — боковыми, а лепесток излучения в сторону, обратную главному направлению, называется задним лепестком диаграммы направленности антенны. Направления, в которых антенна не принимает и не излучает, называются нулями диаграммы направленности.
Диаграмму направленности также принято характеризовать шириной, под которой понимают угол, внутри которого коэффициент усиления уменьшается по отношению к максимальному не более чем на 3 дБ. Практически всегда коэффициент усиления и ширина диаграммы взаимосвязаны: чем больше усиление, тем уже диаграмма, и наоборот.
Коэффициент усиления антенны
Итак, после того как мы получили представление о таких важных понятиях, как идеальный изотропный точечный излучатель и диаграмма направленности антенны, можно сформулировать понятие коэффициента усиления антенны.
Коэффициент усиления антенны определяет, насколько децибел плотность потока энергии, излучаемого антенной в определенном направлении, больше плотности потока энергии, который был бы зафиксирован в случае использования изотропной антенны. Коэффициент усиления антенны измеряется в так называемых изотропных децибелах (дБи или dBi).
Напомним, что в физике мощность принято измерять в ваттах (Вт). Однако в теории связи для измерения мощности сигнала чаще используют децибелы (дБ). Данная единица измерения является логарифмической и может использоваться лишь для сравнения одноименных физических величин. К примеру, если сравниваются два значения A и B одной и той же физической величины, то отношение A/B показывает, во сколько раз одна величина больше другой. Если же рассмотреть десятичный логарифм того же самого отношения, то мы получим сравнение этих величин, выраженное в белах (Б), а выражение 10lg(A/B) определяет сравнение этих величин в децибелах (дБ). Например, если говорят, что одна величина больше другой на 20 дБ, то это означает, что она больше другой в 100 раз.
Децибелы используются не только для сравнения величин, но и для выражения абсолютных значений. Для этого в качестве величины, с которой производится сравнение, принимается некоторое эталонное значение. Например, чтобы выразить абсолютное значение мощности сигнала в децибелах, за эталон принимается мощность в 1 мВт и уровень мощности сравнивается в децибелах с мощностью в 1 мВт. Данная единица измерения получила название децибел на милливатт (дБм) и показывает, на сколько децибел мощность измеряемого сигнала больше мощности в 1 мВт.
Нетрудно рассчитать, что мощности 100 мВт соответствует мощность 20 дБм, а мощности 50 мВт — мощность 17 дБм.
Так, если коэффициент усиления антенны в заданном направлении составляет 5 dBi, то это означает, что в этом направлении мощность излучения на 5 дБ (в 3,16 раза) больше, чем мощность излучения идеальной изотропной антенны. Естественно, увеличение мощности сигнала в одном направлении влечет за собой уменьшение мощности в других направлениях.
Конечно, когда говорят, что коэффициент усиления антенны составляет 10 dBi, то имеется в виду направление, в котором достигается максимальная мощность излучения (главный лепесток диаграммы направленности).
Зная коэффициент усиления антенны и мощность передатчика, нетрудно рассчитать мощность сигнала в направлении главного лепестка диаграммы направленности. Так, при использовании беспроводной точкой доступа с мощностью передатчика 20 dBm (100 мВт) и направленной антенны с коэффициентом усиления 10 dBi мощность сигнала в направлении максимального усиления составит 20 dBm + 10 dBi = 30 dBm (1000 мВт), то есть в 10 раз больше, чем в случае применения изотропной антенны.
Типы антенн для Wi-Fi-устройств
В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor). Отличаются эти антенны прежде всего своими габаритами и коэффициентом усиления. Естественно, антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают форму крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу. Высокий коэффициент усиления в таких антеннах достигается за счет малой ширины диаграммы направленности (главного лепестка). Внешние антенны применяются, как правило, для связи двух беспроводных сетей, находящихся на большом расстоянии друг от друга. Две такие антенны устанавливаются в зоне прямой видимости, и в данном случае важно, чтобы каждая из них находилась в зоне главного лепестка диаграммы направленности другой антенны.
Антенны для внутреннего использования меньше по размерам и обладают более низким коэффициентом усиления. Такие антенны либо устанавливаются на столе, либо крепятся к стене или непосредственно к точке доступа.
К самой точке доступа антенны могут подсоединяться либо напрямую, либо с помощью кабеля. При этом для подсоединения антенны или кабеля к точке доступа предназначен специальный миниатюрный SMA-разъем. На точках доступа применяется разъем типа Male, а на самой антенне или антенном кабеле — разъем типа Female.
Для соединения антенны наружного применения с кабелем могут использоваться и другие типы высокочастотных разъемов — чаще всего это разъем N-типа.
Штыревая антенна
Все точки доступа стандарта 802.11b/g комплектуются штатными миниатюрными штыревыми антеннами, которые могут быть как съемными, так и стационарными. Штыревая антенна представляет собой самый простой вариант антенны. Ее часто называют также несимметричным вибратором.
Если штыревую антенну расположить вертикально, то в горизонтальной плоскости она будет излучать энергию во все стороны равномерно, поэтому в горизонтальной плоскости такая антенна является всенаправленной и, естественно, говорить о преимущественном излучении в определенном направлении не приходится. В то же время в вертикальной плоскости такая антенна излучает неравномерно. В частности, излучение вдоль оси антенны вообще отсутствует. Именно поэтому даже в случае простейшей штыревой антенны можно выделить направления, соответствующие максимальному усилению. Для штыревых антенн максимальное усиление достигается в плоскости, перпендикулярной антенне и проходящей через ее середину.
Если разобрать штатную штыревую антенну, то в большинстве случаев окажется, что длина ее активной части составляет всего 31 мм. Естественно, такая длина выбрана неслучайно. Дело в том, что частотный диапазон для Wi-Fi-устройств составляет от 2400 до 2473 МГц. Соответственно длина волны излучения варьируется от 12,12 до 12,49 см, а четверть длины волны приблизительно равна 31 мм. То есть в большинстве случаев длина штыревой антенны выбирается равной четверти длины волны излучения.
Трехмерная диаграмма направленности, а также горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности такой антенны показаны на рис. 1.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Штыревая четвертьволновая антенна: а — трехмерная диаграмма направленности (антенна расположена вдоль оси Z); б — вертикальная диаграмма направленности; в — горизонтальная диаграмма направленности |
Отметим, что в силу изотропного характера излучения штыревой антенны, в горизонтальной плоскости точку доступа с такой антенной оптимально устанавливать в центре офиса или квартиры, чтобы максимально охватить беспроводной сетью все пространство квартиры или офиса.
Штыревая антенна c перпендикулярным рефлектором
Конструкцию штыревой антенны можно несколько улучшить, использовав перпендикулярный к антенне рефлектор — металлическую поверхность (экран), выполняющую функцию идеальной заземляющей поверхности. Подобные антенны не производятся промышленностью (во всяком случае, в продаже их нет), однако такую антенну несложно изготовить самостоятельно.
Трехмерная диаграмма направленности, а также горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности штыревой четвертьволновой антенны с перпендикулярным отражателем показаны на рис. 2.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2. Штыревая четвертьволновая антенна с перпендикулярным отражателем: а — трехмерная диаграмма направленности (антенна расположена вдоль оси Z, рефлектор находится в плоскости XY); б — вертикальная диаграмма направленности; в — горизонтальная диаграмма направленности |
Для длины антенны 1/4 l в случае идеального бесконечного рефлектора коэффициент максимального усиления равен 5,18 dBi, в то время как для той же самой антенны без рефлектора коэффициент максимального усиления составляет только 1,73 dBi.
Как и в случае обычной штыревой антенны, штыревую антенну с перпендикулярным рефлектором наиболее целесообразно устанавливать в центре помещения (квартиры или офиса).
Штыревая антенна с параллельным рефлектором
Еще один способ модифицирования штыревой антенны заключается в том, чтобы использовать не перпендикулярный, а параллельный антенне рефлектор. В этом случае существенно меняется ее диаграмма направленности и в горизонтальной плоскости такая антенна перестает быть изотропной.
Вид диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (в плоскости, перпендикулярной антенне) зависит и от размеров самой антенны, и от расстояния между антенной и отражателем.
На рис. 3 показана трехмерная диаграмма направленности, а также горизонтальная и вертикальная диаграммы направленности штыревой четвертьволновой антенны с параллельным отражателем при расстоянии между антенной и отражателем 1/4 l (31 мм).
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 3. Штыревая четвертьволновая антенна с параллельным отражателем: а — трехмерная диаграмма направленности (антенна расположена параллельно оси X, отражатель находится в плоскости XY); б — вертикальная диаграмма направленности; в — горизонтальная диаграмма направленности |
Для длины антенны 1/4 l в случае идеального бесконечного рефлектора, расположенного на расстоянии 1/4 l от антенны, коэффициент максимального усиления составляет 7,17 dBi. Такую антенну целесообразно располагать возле стены.
Примеры антенн
Конечно же, описанные нами штыревые антенны хотя и являются наиболее распространенными для Wi-Fi-устройств, но не предоставляют всего разнообразия возможных конструкций Wi-Fi-антенн. В Интернете можно найти не один специализированный ресурс, посвященный самодельным антеннам для частотного диапазона 2,4 ГГц. Это и разнообразные варианты антенн, выполненных из консервных банок, и антенны типа симметричного полуволнового вибратора с рефлектором, и антенны с биквадратным четвертьволновым излучателем и рефлектором, и спиральные антенны, и разнообразные Yagi-антенны и пр. Конечно же, описание всех имеющихся антенн потребовало бы не отдельной статьи, а целой книги. Мы же преследуем несколько иную цель, поэтому далее рассмотрим те Wi-Fi-антенны, которые можно купить в российских магазинах.
TP-Link TL-ANT2406A
Миниатюрная направленная антенна TL-ANT2406A компании TP-Link предназначена для внутреннего использования. Антенна имеет удобную подставку, допускающую крепление на стене, установку на столе или крепление к панели корпуса ПК с помощью магнитов, расположенных в ее днище.
Антенна TP-Link TL-ANT2406A
Для соединения антенны с точкой доступа используется 50-омный кабель длиной 1 м, снабженный разъемом SMA.
Согласно технической документации, антенна TL-ANT2406A имеет коэффициент усиления 6 dBi.
Производитель классифицирует данную антенну как вариант Yagi-антенны, что нам показалось несколько странным. Yagi-антенна, или антенна Яги, или антенна Уда-Яги (название образовано от имен двух японских изобретателей — Hidetsugu Yagi и Shintaro Uda), или антенна типа «волновой канал», — это направленная антенна в виде ряда параллельных линейных электрических вибраторов длиной, близкой к половине длины волны излучения (приема), расположенных в одной плоскости вдоль линии, совпадающей с направлением максимального излучения (приема). И если пользоваться именно этим определением Yagi-антенны, то конструкция TL-ANT2406A никак ему не соответствует. Вообще, классифицировать антенну TL-ANT2406A оказалось довольно сложно. В качестве излучающего (приемного) элемента в ней используется прямоугольная металлическая плоскость размером 48×52 мм, в которой сделаны небольшие надрезы (рис. 4), а сама излучающая плоскость находится на расстоянии 4 мм от прямоугольного экрана-рефлектора, размеры которого совпадают с размерами излучателя. Центральная жила коаксиального кабеля соединена с излучателем, а оплетка кабеля — с экраном.
Рис. 4. Схема антенны TL-ANT2406A
Розничная цена такой антенны составляет 1100 руб.
TP-Link TL-ANT2409A
Миниатюрная направленная антенна TP-Link TL-ANT2409A, как следует из надписи на упаковке, предназначена для наружного использования, что показалось нам довольно странным, ведь по своим габаритам она больше подходит для внутреннего применения. Да и заявленный коэффициент усиления, равный 9 dBi, соответствует скорее антеннам внутреннего использования.
Антенна TP-Link TL-ANT2409A
Корпус антенны предусматривает ее монтаж на стене или на горизонтальном столбе, для чего в комплекте имеются специальные монтажные скобы и хомуты.
Для соединения антенны с точкой доступа используется 50-омный кабель, снабженный разъемом SMA. Длина этого кабеля всего 1 м, что для наружных антенн опять-таки может оказаться недостаточным.
Остается добавить, что производитель классифицирует эту антенну как разновидность Yagi-антенн. Вообще, создается впечатление, что любую направленную антенну компания TP-Link считает вариантом Yagi-антенны. Впрочем, производителю виднее.
Внутренняя конструкция антенны довольно простая. Над квадратным заземленным экраном размером 90×90 мм на высоте 7 мм расположен излучающий элемент в виде металлического прямоугольника размером 44×54 мм. Соединение излучающего элемента с коаксиальным кабелем реализовано с обратной стороны экрана, причем для согласования фидера с антенной используется металлизированная полоска определенной конфигурации. Схема антенны TL-ANT2409A показана на рис. 5.
Рис. 5. Схема антенны TL-ANT2409A
Розничная цена данной антенны составляет 1490 руб.
TP-Link TL-ANT2414A
Направленная антенна TP-Link TL-ANT2414A также предназначена для наружного использования. Однако габариты данной антенны позволяют устанавливать ее и внутри помещения. Корпус антенны предусматривает ее монтаж на стене или на горизонтальном столбе, для чего в комплекте имеются специальные монтажные скобы и хомуты.
Антенна TP-Link TL-ANT2414A
Для соединения антенны с точкой доступа используется 50-омный кабель длиной 1 м, снабженный разъемом SMA. Как мы уже отмечали, для наружных антенн длины кабеля в 1 м может оказаться недостаточно.
Согласно технической документации, антенна TL-ANT2414A имеет коэффициент усиления 14 dBi. Производитель классифицирует ее как вариант Yagi-антенны. Впрочем, не будем углубляться в тонкости терминологии, а лучше посмотрим, как устроена эта антенна.
Над металлическим заземленным квадратным экраном (металлизированный текстолит) размером 210×210 мм в два ряда расположены восемь излучающих элементов, представляющих собой металлические прямоугольники размером 30×58 мм. Расстояние между излучающими элементами и экраном составляет 7 мм. Подводка фидера к излучающим элементам производится с обратной стороны экрана.
Схема антенны TP-Link TL-ANT2414A приведена на рис. 6.
Рис. 6. Схема антенны TL-ANT2414A
Как видите, в конструкции данной антенны нет ничего сложного, и ее нетрудно изготовить самостоятельно. Остается лишь удивляться ее стоимости — розничная цена этой антенны составляет 3150 руб.
D-Link ANT24-0700
Антенна D-Link ANT24-0700 — это вариант штыревой антенны для использования внутри помещений. Как и любая штыревая антенна, ANT24-0700 является всенаправленной (изотропной) в горизонтальной плоскости, однако от штатных штыревых антенн, которыми комплектуется большинство точек доступа, ее отличает высокий коэффициент усиления, равный 7 dBi.
Антенна
D-Link ANT24-0700
Данная антенна имеет удобную подставку, которая допускает установку антенны на горизонтальную поверхность, крепление на стену, а также крепление к корпусу ПК с помощью встроенных магнитов. При креплении подставки антенны на стену предусмотрена возможность изменения угла наклона антенны. К точке доступа антенна подсоединяется с использованием 50-омного кабеля длиной 1,5 м с разъемами SMA. Кроме того, возможно непосредственное соединение антенны с точкой доступа (без использования кабеля).
Высота антенны (включая основание) составляет 326 мм, а диаметр ее мачты — 9 мм.
К сожалению, антенна D-Link ANT24-0700 (как и все штыревые антенны) является неразборной. То есть разобрать ее, конечно, можно, но только один раз и навсегда. А потому ознакомиться с внутренней конструкцией антенны, то есть узнать длину самого вибратора, мы не смогли. Единственное, что известно об этой антенне из технической документации, кроме коэффициента усиления, — это ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости, которая составляет 24°. Ну а ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, как и для любой штыревой антенны, равна 360°.
Средняя розничная цена этой антенны составляет порядка 800 руб.
D-Link DWL-R60AT
Направленная антенна D-Link DWL-R60AT предназначена для внутреннего использования. Она относится к разряду миниатюрных панельных антенн — ее габариты составляют всего 80x85x12,8 мм. Антенна предусматривает непосредственное (без использования кабеля) подключение к точке доступа с помощью разъема SMA.
Антенна D-Link DWL-R60AT
Согласно технической документации, антенна D-Link DWL-R60AT имеет коэффициент усиления 6 dBi. Кроме того, известно, что ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости составляет у нее 90°, а ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости — 60°.
Внутренне устройство этой антенны достаточно простое и мало чем отличается от устройства антенны TP-Link TL-ANT2409A. Над металлическим заземленным квадратным экраном размером 70×70 мм на высоте 4,5 мм расположен излучающий элемент, представляющий собой металлический прямоугольник размером 49×52 мм. Подводка фидера к излучающим элементам производится с обратной стороны экрана.
Схема антенны D-Link DWL-R60AT приведена на рис. 7.
Рис. 7. Схема антенны D-Link DWL-R60AT
Как видите, конструкция данной антенны чрезвычайно проста, и при желании ее можно легко изготовить самостоятельно. Но если такого желания нет, то эту антенну можно купить всего за 410 руб.
D-Link ANT24-1800
Панельная антенна D-Link ANT24-1800предназначена для использования вне помещений. Основное ее назначение — обеспечить беспроводное соединение между двумя удаленными друг от друга стационарными точками доступа. Согласно паспортным данным, эта антенна обеспечивает связь на расстоянии до 8 км при скорости соединения 1 Мбит/с и на расстоянии до 3 км при скорости соединения 11 Мбит/с.
Антенна D-Link ANT24-1800
Ее размеры составляют 360x360x16 мм. В комплекте с антенной поставляются монтажные скобы, которые позволяют закрепить ее на вертикальной стене или на столбе (рис. 8).
Рис. 8. Монтажные скобы для антенны
D-Link ANT24-1800
Корпус антенны сделан водонепроницаемым — все швы обработаны герметиком.
Согласно паспортным данным, коэффициент усиления данной антенны составляет 18 dBi. Столь высокое значение достигается за счет узкой диаграммы направленности антенны — ее ширина в вертикальной и горизонтальной плоскостях составляет всего 15°.
Для подключения кабеля к антенне используется разъем N-типа («мама»). Кроме того, в комплекте прилагается кабель длиной 0,5 м с разъемами N-типа и SMA. Естественно, что длины этого кабеля недостаточно для подключения антенны к точке доступа, поэтому в комплекте также входит переходник с разъемами N-типа («мама»—«папа») для подсоединения кабеля-удлинителя, который в комплекте не поставляется (рис. 9).
Рис. 9. Переходник с разъемами N-типа
(«мама»—«папа»)
К сожалению, вскрыть данную антенну, не повредив ее герметичности, было невозможно. Однако несложно догадаться, что по своей конструкции она будет напоминать антенну TL-ANT2414A. Различия могут быть разве что в количестве и размерах прямоугольных излучателей.
В заключение добавим, что розничная цена антенны D-Link ANT24-1800 колеблется от 3400 до 4400 руб.
Заключение
Итак, после рассмотрения нескольких моделей антенн можно констатировать, что все направленные антенны устроены примерно одинаково и очень просто. Если антенна относится к панельному типу, то ее конструкция включает экран и излучатель, выполненный в форме прямоугольника и установленный на некотором расстоянии от экрана. Различия между антеннами заключаются лишь в размерах излучателя и экрана, а также в расстоянии между ними. В антеннах, предназначенных для использования внутри помещений, имеется один излучатель, а антенны, предназначенные для применения вне помещений, могут содержать несколько излучателей.
Отметим также, что стоимость всех антенн явно завышена — не очень понятно, почему за два куска жести нужно платить такие деньги.
КомпьютерПресс 8’2007
В плане использования все антенны для Wi-Fi-устройств можно условно разделить на два больших класса: антенны для наружного (outdoor) и для внутреннего применения (indoor).
Отличаются эти антенны прежде всего герметичностью и устойчивостью к внешним воздействиям окружающей среды. Антенны для наружного использования больше по размерам и предусматривают крепления либо к стене дома, либо к вертикальному столбу.
Всенаправленные антенны (Omni-directional)
По направленности антенны делятся на всенаправленные (ненаправленные) и направленные.
Всенаправленные антенны — это антенны с круговой диаграммой направленности.
Всенаправленные антенны равномерно покрывают территорию во всем радиусе действия.
Как правило, всенаправленные антенны представляют собой штырь, устанавливаемый вертикально. Этот штырь распространяет сигнал в плоскости, перпендикулярной своей оси. Такими антеннами комплектуются беспроводные IP Wi-Fi камеры комнатного исполнения, точки доступа комнатного исполнения и т.д.
Использование всенаправленных антенн очень ограничено, их, как правило, применяют только в помещениях и лишь в редких случаях на улице при расстоянии до беспроводных камер не более 300-500 метров, так как они из-за круговой диаграммы направленности не только излучают во все стороны, но и «cобирают помехи» также со всех сторон.
Кроме того, необходимо помнить, что всенаправленные антенны имеют круговую диаграмму направленности только в горизонтальной плоскости! Например, уличная всенаправленная антенна ANT-OM8 с усилением 8 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 60° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 60° данной антенны.
А всенаправленная антенна ANT-OM15 с усилением 15 дБ имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости 360° и всего 10° в вертикальной плоскости, т.е. все беспроводные устройства должны находиться на такой высоте, чтобы попадать в створ 10° данной антенны, что невозможно, например, при размещении данной антенны на крыше высотного здания, а беспроводных Wi-Fi камер на столбах.
Направленные антенны
Направленные антенны используются для связи Точка-Точка или Точка — Многоточка. Если Вам требуется подключить беспроводную камеру на расстоянии более 50-100 метров, необходимо использовать именно такую антенну.
Направленные антенны делятся на секторные антенны, антенны типа волновой канал, параболические и сегментно-параболические антенны, панельные антенны и т.д.
Секторные антенны
Секторные антенны предназначены для излучения радиоволн в определенном секторе, обычно 60°, 90° или 120°. Секторными антеннами очень легко регулировать зоны покрытия передатчиков практически без помех для остальных сегментов Wi-Fi сети.
Антенны «волновой канал»
Антенны типа «волновой канал» (или антенны Уда — Яги, по именам впервые описавших ее японских изобретателей) получили широкое распространение. Состоит антенна «волновой канал» из активного элемента — вибратора — и пассивных элементов — рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.
Сегментно-параболические антенны
Данные антенны предназначены для организации беспроводной связи на большие расстояния в диапазоне 2.4 ГГц, отличаются повышенным усилением и позволяют организовать связь с беспроводными камерами на расстоянии до нескольких десятков километров.
Панельные антенны
Данные антенны имеют плоскую конструкцию и наиболее удобны при монтаже, хорошо работают на расстояниях до нескольких километров и наиболее широко применяются.
Грозозащита
Грозозащита является немаловажным элементом беспроводной сети.
Разделяют грозозащиту, предназначенную для защиты антенно-фидерных трактов, выходов приемопередатчиков от наведенного электромагнитного импульса грозовых разрядов (статическое напряжение) и грозозащиту, предназначенную для защиты кабелей Ethernet от действия электростатического напряжения в предгрозовой период, а также для снижения амплитуды наведенных помех, воздействующих на оборудование локальных вычислительных сетей в грозовой период.
- Внимание! Грозозащиту необходимо заземлять, или должна быть заземлена мачта, на которой она установлена.
Применение грозозащиты уменьшает вероятность повреждения оборудования в 5-6 раз по сравнению с незащищенным. Она способна обеспечить защиту только от вторичных воздействий молнии, и неэффективна в случае прямого попадания в кабель.
Установка грозозащит затруднений не вызывает, но следует помнить, что грозозащита работает только при высоком качестве заземления.
Размещение антенн
Как уже упоминалось выше, имеется небольшое количество неперекрывающихся каналов, и при большом количестве подключаемых камер приходится использовать смежные или перекрывающиеся каналы.
Между этими каналами в месте размещения антенн возможны взаимные помехи и интерференция. Более того, возможно глушение приемника работающим рядом передатчиком.
Поэтому точки доступа и антенны следует размещать таким образом, чтобы в створ раскрытия антенны не попадал сигнал соседней точке доступа, особенно работающей на близкой частоте.
Кроме того, точки доступа необходимо физически разносить на расстояние не менее 1-5 метров во избежание интерференции между чипами точек доступа.
Источник: Security-bridge
Содержание
- 1 Назначение и возможности Wi-Fi-антенн
- 2 Виды антенн
- 2.1 Комнатные антенны
- 2.2 Внешние антенны
- 2.3 Всенаправленные антенны
- 2.4 Направленные антенны
- 2.5 Антенны-насадки
- 2.6 Усиленные (активные) антенны
- 2.7 Самодельные Wi-Fi-антенны
- 2.7.1 Видео: как смастерить антенну Харченко своими руками
- 3 Как выбрать антенну для дома
- 4 Установка и подключение Wi-Fi-антенны
Сегодня во многих квартирах, загородных домах, офисах для обеспечения беспроводного доступа к интернету установлены Wi-Fi-роутеры. По сравнению с проводным интернетом Wi-Fi-сеть имеет существенный недостаток — это нестабильный и слабый сигнал, усилить и стабилизировать который можно с помощью внешних антенн.
Назначение и возможности Wi-Fi-антенн
Антенна представляет собой устройство для приёма радиосигналов, поступающих от источника (телевизора, радиоприёмника, роутера), и дальнейшего их распространения в пространстве. С её помощью можно усилить сигнал, изменить его направленность и увеличить зону покрытия. Бо́льшая часть беспроводных маршрутизаторов оборудована стационарными антеннами, которые могут быть как съёмными, так и несъёмными. Общей проблемой таких антенн является сравнительно небольшая зона действия, часто ограничиваемая площадью одного помещения. Поэтому приходится прибегать к специальным внешним антеннам.
Большинство Wi-Fi-антенн относится к пассивным усилителям сигнала, то есть в отличие от репитера они не требуют подключения к источнику питания, не используют дополнительное электронное оборудование, а принимают и передают радиосигналы за счёт особенностей своей конструкции. Но есть и активные антенны со встроенными усилителями, декодерами и шумоподавляющими элементами.
Установка Wi-Fi-антенны может потребоваться в таких случаях:
- когда мощности роутера не хватает для того, чтобы «пройти» сквозь преграды в виде стен и мебели и обеспечить устойчивый сигнал на всей площади помещения;
- нужно сфокусировать радиосигнал в определённом направлении, например, обеспечить стабильным интернетом комнату, где установлен основной компьютер;
- когда требуется расширить зону действия Wi-Fi-сети, например, снабдить интернетом летнюю кухню, гараж, беседку.
Виды антенн
Wi-Fi-антенны для роутеров бывают разных размеров и форм и могут использоваться как в помещении, так и на открытом пространстве. По этому признаку их разделяют на два класса:
- внутренние (комнатные, внутридомовые);
- наружные (внешние, выносные, уличные).
Комнатные антенны
Предназначены для использования внутри помещений, поэтому имеют компактные размеры и сравнительно небольшой коэффициент усиления (КУ). Основная их задача — стабилизация сигнала и его доставка в наиболее удалённые уголки дома. Чаще всего внутренние антенны, в зависимости от конструкции, устанавливаются на столе, крепятся на стене/потолке либо подсоединяются к роутеру вместо штатных антенн. Самыми распространёнными вариациями комнатных устройств являются штыревая и панельная антенны.
Внешние антенны
Используются для установки снаружи зданий, отличаются от предыдущих устройств более крупными размерами и более высоким КУ. Поскольку их применяют для организации сети на открытом пространстве, то конструкция таких антенн предусматривает защиту от негативного воздействия атмосферных осадков. В комплекте с наружным усилителем обычно идут дополнительные крепёжные элементы для установки на крыше, наружной стене здания или столбе.
В свою очередь, и выносные, и комнатные антенны в зависимости от направления сигнала подразделяются на два типа:
- всенаправленные (ненаправленные, круговые);
- направленные (узконаправленные).
Всенаправленные антенны
Такие устройства излучают радиоволны равномерно во всех направлениях в пространстве. Принцип действия круговых антенн можно сравнить с комнатной лампочкой, освещающей в одинаковой степени всю комнату, а диаграмму направленности — со сферой. Уровень сигнала в такой сети неравномерен: чем дальше от центра, тем слабее. Всенаправленные Wi-Fi-антенны отличаются меньшим радиусом действия и используются в тех квартирах и домах, где есть необходимость подключения к беспроводной сети нескольких пользователей.
Направленные антенны
Пассивные усилители этого типа посылают беспроводные сигналы в одном направлении, что позволяет добиться устойчивого сигнала в проблемных местах. Действие узконаправленной антенны похоже на работу фонарика, который не в состоянии осветить всю комнату, но способен передать луч света на более дальнее расстояние. Диаграмма направленности таких антенн по своей форме напоминает цветочный лепесток или дирижабль. В жилых помещениях направленные усилители используются в тех случаях, когда нужно обеспечить стабильным Wi-Fi-сигналом один девайс или несколько размещённых рядом.
Антенны-насадки
Отдельную нишу занимают антенны-насадки, способные превратить всенаправленную антенну роутера в узконаправленную. Надеваются они на штатные антенны Wi-Fi-роутеров и благодаря своей конструкции увеличивают зону действия локальной сети в нужном направлении. Несмотря на компактные размеры, КУ таких антенн может достигать 8–12 дБ. Антенны-насадки удобны в домашнем применении: легко крепятся, не имеют проводов и не занимают лишнего места на столе или стене.
Усиленные (активные) антенны
Главное отличие активной антенны от пассивной состоит в наличии встроенного электронного оборудования. В активных антеннах поступающий сигнал сначала обрабатывается (усиливается, очищается от шумов), а затем передаётся непосредственно на роутер или другое принимающее устройство. Такие антенны мало подвержены внешним помехам и способны усиливать сигнал до 20 дБ. Однако они более сложны в настройке и по стоимости дороже своих пассивных аналогов. Работают от источника питания, дополнительно могут комплектоваться аккумуляторами.
Самодельные Wi-Fi-антенны
Смастерить устройство для усиления сигнала беспроводной сети можно самостоятельно. В интернете есть множество примеров антенн, собранных своими руками. Для их создания авторы используют подручные средства: жестяные банки, медную проволоку, DVD-диски, плотную фольгированную бумагу, листы металла и др. Самыми популярными усилителями, собранными вручную, являются следующие модели:
- простейший усилитель из жестяной банки. Относится к типу антенн-насадок. Изготавливается за несколько минут из жестяной банки из-под пива или другого напитка. Надевается на стационарную антенну роутера, после чего регулируется путём поворота импровизированного отражающего экрана в нужную сторону. Степень изгиба жестяного полотна антенны также влияет на уровень сигнала;
Wi-Fi-пушка. Это устройство представляет собой гибрид двух антенн: волнового канала и патч-антенны. Изготавливается из металлических дисков путём нанизывания их на шпильку и фиксации гайками на определённом расстоянии. Такая антенна будет незаменима в частных домах и коттеджах, когда нужно покрыть Wi-Fi-сетью участок вокруг здания. По словам автора этого изобретения, антенна способна передавать сигнал на расстояние до 500 м;
антенна Харченко (биквадрат). Представляет собой конструкцию из медной проволоки, согнутой в виде двух ромбов, и рефлектора-отражателя. По своим характеристикам правильно собранный «биквадрат» не уступает заводской антенне. Отзывы пользователей свидетельствуют о том, что с помощью такого усилителя можно добиться значительного расширения Wi-Fi-сети, а также увеличить скорость мобильного интернета. Такая антенна пригодна как для внутреннего, так и для наружного использования.
Видео: как смастерить антенну Харченко своими руками
Как выбрать антенну для дома
Выбор Wi-Fi-антенны следует производить исходя из своих целей и задач, возложенных на локальную сеть. Кому-то достаточно будет и обычной штыревой антенны, установленной на столе, а кому-то потребуется мощная наружная антенна, охватывающая не только дом, но и приусадебный участок. В любом случае при выборе антенны специалисты рекомендуют обращать внимание на следующие харктеристики:
- коэффициент усиления (КУ). Данный параметр влияет на дальность распространения сигнала за счёт изменения радиуса действия. Он отражает способность антенны концентрировать сигнал в определённом направлении. Чем выше КУ, тем на дальнее расстояние будет передаваться поток информации. Однако стоит помнить, что при увеличении мощности излучения в одном направлении происходит снижение мощности в других направлениях;
тип поляризации (горизонтальная, вертикальная и круговая). Этот показатель отражает характер распространения волны в пространстве. Антенны с горизонтальной поляризацией отличаются эффективным проникновением радиоволн через вертикальные препятствия и меньше подвержены воздействию помех, что особенно актуально в городских условиях. Устройства с вертикальной поляризацией способны хорошо отражать сигнал от препятствий, тем самым охватывая большую зону покрытия. При круговой поляризации сигнал способен преодолевать как горизонтальные, так и вертикальные препятствия с минимальной потерей своей мощности;
поддержка стандартов. Для правильной работы пассивного усилителя в связке с роутером нужно выбирать устройство, поддерживающее такой же стандарт Wi-Fi, что и маршрутизатор. Универсальным стандартом на сегодняшний день считается 802.11n, совместимый с более ранними модификациями 802.11a/b/с. Приобретая антенну с поддержкой 802.11n, можно быть уверенным, что она будет работать с практически любым роутером. Посмотреть поддерживаемые типы стандартов можно в технической документации маршрутизатора; наличие совместимых разъёмов. При покупке антенны стоит уточнить у продавца, подойдёт ли её штекер к гнезду вашего роутера. В случае, если разъёмы не совпадут, придётся приобрести специальный переходник. Но не стоит забывать, что любой лишний элемент в сборке антенны снижает качество сигнала.
Установка и подключение Wi-Fi-антенны
Перед монтажом Wi-Fi-антенны нужно определиться с местом, где она будет установлена, и проверить наличие крепёжных элементов. При наличии в комплекте необходимой фурнитуры выполняется монтирование антенны с соблюдением следующих основных правил:
- для наилучшего качества сигнала устанавливать комнатный усилитель рекомендуется в пределах прямой видимости роутера;
- учитывать наличие преград (стен, перекрытий, мебели), а ещё лучше — расположить антенну над уровнем мебели. Идеальным вариантом для жилого помещения являются потолочные антенны, внешне напоминающие плоский плафон светильника;
- не устанавливать антенну вблизи окон и зеркал. Они способны отражать сигнал, образуя за собой мёртвые зоны.
- для наружных антенн проверить наличие встроенной грозозащиты, при отсутствии приобрести отдельное специальное устройство. Самодельные устройства при отсутствии громоотвода следует заземлить.
После установки антенна подключается к роутеру или точке доступа. Тип соединения зависит от модели маршрутизатора. Если роутер имеет съёмные антенны, то открутив их, можно освободить разъёмы для подключения заводского или самодельного усилителя. Также просто можно подключить усилитель к роутеру, имеющему специальное гнездо под внешнюю антенну. Дополнительно при этом (в случае, если разъёмы окажутся несовместимы) может потребоваться переходник или так называемый разъём-коннектор N-типа.
В зависимости от конструкции антенны, её можно подключить к роутеру напрямую через универсальный разъём SMA (MMCX) либо с помощью кабеля, обжатого разъёмом N-Male и подсоединяющегося к антенному разъёму N-Female. При отсутствии такого кабеля в комплекте его можно сделать самостоятельно, используя телевизионный кабель типа RG-6U и переходник N (Male) — F (Female).
Гораздо сложнее подключить антенну к роутеру, не имеющему выхода под внешнюю антенну. В таком случае придётся раскручивать корпус маршрутизатора, удалять припаянную штатную антенну и на её место припаивать новую. Выполнение этих манипуляций требует определённых знаний и сноровки, зато избавит от необходимости подбирать разъёмы и переходники.
Когда процесс подключения антенны завершён, останется настроить роутер на работу с внешней антенной. Для этого нужно проделать следующие действия:
- Скачать и установить на ПК или ноутбук, подключённый к роутеру, специализированную утилиту WinBox.
- Запустив программу, перейти в боковом меню в раздел Wireless → Wireless Tables → Interface, где выбрать подключение wlan 1.
- В появившемся окошке перейти во вкладку HT.
- В выпадающем списке напротив пункта Antenna mode выбрать режим antenna b.
- Сохранить настройки и перезагрузить роутер.
После этого внешняя антенна станет работать параллельно со штатными антеннами роутера. При желании можно отключить антенны маршрутизатора, оставив функционировать только внешнюю. Для этого во вкладке HT нужно убрать галочки с полей chain0, после чего сохранить изменения.
Завершив настройку роутера можно приступать к тестированию антенны. Данный процесс можно выполнять вручную или с помощью предназначенных для этого программ. При ручном тестировании уровень сигнала и скорость Wi-Fi-соединения проверяются после каждого поворота антенны или изменения угла наклона. При использовании утилит, например, приложения Homedale, сбор информации о показателях Wi-Fi-сети производится автоматически. Среди параметров, отображающихся в окне программы, основное значение для пользователя представляют пункты Signal Strength (уровень сигнала в dBm) и Bitrates (скорость передачи данных в бит/с). Чем ниже значение Signal Strength и выше Bitrates, тем качественнее сигнал.
При использовании дома Wi-Fi-роутера пользователи часто сталкиваются с тем, что сигнал беспроводной сети неустойчивый или не достаёт до некоторых комнат. Исправить ситуацию поможет подключение дополнительного устройства в виде внешней антенны. Выбрав нужный тип антенны (направленную или всенаправленную) можно не только усилить сигнал, но и значительно расширить зону покрытия.
- Распечатать
Здравствуйте! Меня зовут Светлана. Я — человек любознательный, интересуюсь новинками в сфере высоких технологий, веб-дизайна, компьютерной графики.
Оцените статью:
- 5
- 4
- 3
- 2
- 1
(8 голосов, среднее: 4.5 из 5)
Поделитесь с друзьями!