коэффициент усиления антенны wifi что это

Что такое коэффициент усиления антенны: ответ Wi-Fi-Гида

Всем привет! Я не буду вас грузить сложными понятиями, а также формулами. Те люди, которые их знают, на эту статью точно не попадут. Я постараюсь приблизительно представить в вашей голове, что же такое коэффициент усиления антенны. Во второй главе я расскажу, как можно усилить Wi-Fi или мобильный интернет (3G, 4G), так же как можно ловить или передавать интернет на многие километры. Если у вас останутся вопросы после прочтения статьи, то пишите в комментариях.

Разбор

Давайте начнем с самого начала. Все эти антенны нужны для излучения радиоволн. Что же такое радиоволны? – это электромагнитное излучение. Её используют почти везде – мобильна связь 3G, 4G, 5G, LTE, Wi-Fi, спутниковый интернет, радио и т.д.

Свет является такой же волной, только имеет более высокую частоту. Давайте представим себе, что у нас есть лампочка. Мы возьмем эту лампочку и прикрутим её в большой комнате. Если включить эту лампочку, то свет начнет светить во все стороны. Так как комната большая, то большая часть углов будут еле-еле подсвечены или будут полностью погружены во мрак.

Теперь мы возьмем, и с одной стороны лампочки установим специальный отражатель с зеркальной поверхностью. Теперь лампа начнет светить только в одну сторону – пучок света стал сильнее и может осветить даже более темные участки и углы. Если отражатель сделать уже по отношению к выходному свету, то пучок станет также уже, а расстояние, на которое сможет пройти свет без серьезного затухания, станет выше. Но с других сторон, где свету преграждает стенки отражателя – везде будет тьма. На таком принципе работаю все фонарики.

А теперь мы подобрались к простому определению. Коэффициент усиления (КУ) антенны – это способность антенны концентрировать сигнал в определенном направлении, при этом возможность как принимать, так и передавать сигнал.

Рассчитывается как отношение мощности, которая необходима, чтобы создать напряжение антенны в концентрированном направлении, к мощности, которая нужна была бы (в теории), чтобы подвести к эталонной антенне для создания такой же напряженности поля в той же точке.

Пока ничего не понятно? Смотрите, эталонная антенна – это та антенна, которая как наша лампочка распространяет радиоволны во все стороны. А вот реальная антенна – это как раз та самая лампочка с отражателем, которая концентрирует сигнал в определенный пучок.

Посмотрите на рисунок выше. КУ – это как раз размер того самого пучка. Чем выше КУ, тем сам пучок имеет меньший угол, но более высокую длину или, если быть точнее, дальность распространения. КУ антенны измеряется в децибелах (дБ, дБи, дБд). В характеристиках роутера, а также у 3G/4G или Wi-Fi антенн обычно используется показатель dBi (или дБи).

Посмотрите на картинку ниже. Как понятно из картинки, чем больше параметр dBi, тем дальше летит радиоволна. Но тут также нужно учитывать, что сам размер пучка становится меньше.

Именно поэтому дома у роутера устанавливают всенаправленные антенны с dBi от 3 до 5, чтобы не приходилось ходить с телефоном и ловить этот самый пучок. Но если вы хотите передать интернет с вай-фай на несколько километров по мосту, то уже используют устройства с большим показателем КУ – от 15 dBi и больше.

Как улучшить сигнал и усилить антенну?

Смотря для чего вы хотите это сделать. Для домашнего Wi-Fi можно сделать отдельную всенаправленную антенну. Особенно это помогает, если антенки у маршрутизатора внутренние. Второй вариант, если вы хотите построить вай-фай мост.

Что такое Wi-Fi мост? Представим ситуацию, что вы живете в частном доме. А ваш брат через пару километров в многоэтажке. Все провайдеры вам отказывают проводить интернет. 3G/4G не ловит, и тогда на помощь может прийти Wi-Fi мост. Ваш брат покупает (или делает сам) Wi-Fi пушку, которая подключена к его роутеру. Вы делаете или покупаете аналогичное устройство.

Обе эти Wi-Fi пушки из-за большого КУ должны быть направлены точно друг на друга. Вспоминаем, чем больше КУ, тем дальше летит радиоволна, но имеет меньший размер луча. Вот таким вот образом можно передать вай-фай с интернетом по мосту на несколько километров.

Если же вы хотите усилить мобильный сигнал, то все делается примерно аналогично. Покупаем или делаем узконаправленную антенну с высоким КУ. Направляем её на вышку. Антенну можно подключить к повторителю дома. Опять же есть как самодельные варианты, так и покупные. О тех и других я уже подробно писал тут.

Формула

Видео

Если еще остались вопросы, то можете посмотреть полезное видео ниже или обратиться ко мне в комментариях.

Источник

Как выбрать антенну для Wi-Fi оборудования

Зачем нужна антенна Wi-Fi?

Затем, чтобы усилить слабый сигнал. Это может потребоваться, когда:

Как антенна усиливает сигнал?

Антенна – пассивный усилитель, т.е. для усиления сигнала посторонняя энергия не используется (в отличие от репитеров). За счет чего же происходит усиление сигнала? За счет перераспределения распространения радиоволн в пространстве. Так, обычная антенна-штырь излучает круговой сигнал примерно одинаковой мощности во всех направлениях. Падение уровня сигнала при этом пропорционально квадрату расстояния от передатчика. Неудивительно, что сигнал от такой антенны «добивает» недалеко. К счастью, можно перераспределить излучение антенны, усилив сигнал в нужном направлении за счет ослабления других.

Картина, изображающая, каким образом антенна распределяет в пространстве мощность сигнала, называется диаграммой направленности.

Различают круговые и направленные антенны. У круговой антенны горизонтальная диаграмма направленности будет представлять собой круг. У направленной она обычно выглядит, как вытянутый лепесток.

Как выглядит вертикальная диаграмма направленности – имеет значение в том случае, когда важно распространение радиоволн не только в плоскости (например, когда надо, чтобы сигнал уверенно ловился и на этажах ниже передатчика и на этажах выше). Если же приемник и передатчик расположены на одной плоскости, то чем уже лепестки вертикальной диаграммы направленности антенны, тем она эффективнее.

Чем отличаются различные антенны?

В первую очередь, устройством. Дешевые круговые антенны имеют простую конструкцию, дорогие направленные – намного более сложную. Придумано много различных конструкций для сужения диаграмм направленности, но почти все их объединяет то, что для эффективной работы элементы антенны должны быть изготовлены с очень точным соблюдением размеров. Кроме того, на цену влияет материал, из которого изготовлена антенна – если в дешевых моделях антенны сделаны из меди или алюминия, дорогие антенны могут содержать детали, покрытые серебром – это снижает потери сигнала в антенне.

Характеристики антенн

Вид соответствует направленности антенны. Круговые антенны имеют горизонтальную диаграмму направленности в виде круга и по плоскости излучают сигнал равномерно во все стороны. Такие антенны хороши для раздачи сигнала нескольким абонентам в различных направлениях. Направленные антенны, наоборот, максимум излучения дают в одном направлении – такие антенны используются для связи вида точка-точка и способны обеспечить прием-передачу на значительно больших расстояниях, чем круговые. Если же нужно раздавать сигнал нескольким абонентам в определенном секторе (например, все клиенты находятся с одной стороны от стены, на которой висит антенна) лучше всего использовать секторную антенну. У них горизонтальная диаграмма направленности представляет собой широкий лепесток.

Диаграмма направленности подробно раскрывает распределение мощности сигнала в пространстве, но пользоваться ей не всегда удобно из-за её исключительно графического представления. Поэтому часто используют наиболее важные параметры диаграмм направленности – углы распространения волн (HPBW) по вертикали и по горизонтали.

Существуют также антенны-насадки, строго говоря, антеннами не являющиеся. Такие насадки крепятся на штатной круговой антенне, превращая её в секторную и увеличивая, таким образом, мощность полезного сигнала. Такая насадка может быть оптимальным решением, когда требуется немного усилить сигнал роутера в определенном направлении.

Размещение. Различают антенны для внутреннего и наружного размещения. Не влияя на конструкцию самой антенны, эти варианты накладывают определенные требования на материал антенн, способ их крепления, прочность конструкции, герметичность и пр. При передаче сигнала за пределы помещения лучше использовать антенну наружного размещения. Хоть они и дороже внутренних, но внутренняя при передаче сигнала «на улицу» сразу окажется в проигрышном положении – даже простое окно снижает дальность распространения сигнала на треть, что уж говорить о железобетонных стенах. Примерное влияние препятствий на расстояние связи приведено в таблице:

При использовании антенны наружного размещения стоит задуматься о грозозащите подключаемого к антенне оборудования. Некоторые наружные антенны уже оснащены грозозащитой, но, если её нет, имеет смысл приобрести её отдельно. При отсутствии такой защиты, токи в антенне, наведенные близкой грозой, могут привести к выходу из строя подключенного оборудования.

Перед приобретением наружной антенны обратите внимание на допустимые условия эксплуатации. Рабочая температура и влажность должны соответствовать климату места, где предполагается установка антенны. Если местность в районе установки антенны открытая (и, тем более, если это вершина холма или горы) нелишне будет выяснить также, насколько антенна устойчива к сильным ветрам.

Совместимые стандарты. Поскольку разные стандарты Wi-Fi используют разную длину волны, то и размеры элементов антенн для разных стандартов отличаются. Какого стандарта антенну выбрать? Ту, которую использует ваше оборудование. Лучше посмотреть его в документации на оборудование (роутер, ноутбук, сетевую карту и т.п.). В большинстве случаев на сегодняшний день будет достаточно поддержки 802.11n. Этот стандарт имеет обратную совместимость со стандартами 802.11a/b/g, поэтому, если одна антенна имеет поддержку 802.11n, а другая – поддержку 802.11n, 802.11a, 802.11b и 802.11g, то их возможности абсолютно одинаковы.

Уровень усиления. Поскольку фактически усиления сигнала антенна не производит, величина эта – относительная. Она показывает, насколько сигнал антенны в направлении максимума диаграммы направленности мощнее сигнала, создаваемого эталонной круговой антенной. Практически, чем выше значение уровня усиления, тем выше «дальнобойность антенны» в заданном направлении.

Поляризация. Поляризация – это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве. Проще понять это, взглянув на рисунок.

Обычно применяются только горизонтальная и вертикальная поляризации, необходимость в использовании круговой возникает крайне редко.

Строго говоря, поляризация не является характеристикой антенны – её всегда можно сменить с горизонтальной на вертикальную и наоборот, просто повернув антенну на 90 градусов. Какую же поляризацию предпочесть? Во-первых, поляризация приемника должна совпадать с поляризацией передатчика. Во-вторых, большинство размещенных в городах точек доступа используют вертикальную поляризацию – вертикально поляризованные волны лучше отражаются от препятствий и для охвата максимально большой площади подходят лучше. В то же время горизонтально поляризованные волны меньше подвержены воздействию помех и для связи на большие расстояния между двумя абонентами такой вид поляризации будет предпочтителен. Некоторые производители выпускают антенны с двойной поляризацией (не совсем корректно называемой иногда кросс-поляризацией). Такие антенны обладают преимуществами обоих видов и, кроме того, позволяют пользователю не задумываться о том, в каком же положении поставить антенну. Минус таких антенн – они значительно дороже.

Не забудьте убедиться, что разъем антенны совпадает с разъемом вашего оборудования. В случае несовпадения можно воспользоваться переходником, но любой переходник снижает мощность сигнала.

Варианты выбора.

Если вам нужно немного изменить диаграмму направленности вашего роутера, чтобы в одном направлении сигнал быть чуть сильнее, а в противоположном – чуть слабее, вам подойдут антенны-насадки. Цена их минимальна – от 200 до 500 рублей.

Если вам нужна антенна для раздачи Wi-Fi нескольким клиентам в пределах одного помещения небольшой площади, выбирайте среди недорогих круговых антенн в диапазоне 250-1000 рублей.

Если нужна круговая антенна для уверенной связи в нескольких комнатах в пределах одного этажа, ищите круговую антенну с высоким коэффициентом усиления. Такие будут стоить от 400 рублей. Но имейте в виду, что усиление сигнала в пределах этажа произойдет за счет снижения мощности сигнала на верхних и нижних этажах.

Если нужно, наоборот, раздавать интернет в передах нескольких этажей, лучше выбирать антенны с небольшим коэффициентом усиления – они обеспечат более равномерное распределение сигнала.

Для покрытия как можно большей площади вне помещения, нужно использовать наружную круговую антенну с высоким коэффициентом усиления. Такие будут стоить 3000-7000 рублей.

И, наконец, при необходимости установки связи между двумя далеко расположенными точками, покупайте наружную направленную антенну с высоким коэффициентом усиления. Она обойдется вам в 3000-17000 рублей.

Если при покупке наружней антенны в комплекте не было грозозащиты, её необходимо приобрести отдельно по цене от 1000 до 3200 рублей.

Источник

Направленность антенн в маршрутизаторах и точках доступа

Содержание

Содержание

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 световой 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.

Источник