Typy, Charakterystyka Anten Wlan

Typy, charakterystyka anten WLAN.

Jacek Dziennik

2012Licencja Creative Commons

Tytu: Typy, charakterystyka anten WLAN

Wydawnictwo elektroniczne: Jakobiski nietakt - Jacek Dziennik 934827 http://www.jdziennik.info

ISBN - 978-83-934827-0-2 Licencja Creative Commons: Uznanie autorstwa Uycie niekomercyjne Bez utworw zalenych Na tych samych warunkach

Kopiowanie dozwolone za podaniem rda: www.jdziennik.info

Informacje podstawowe pojcia zwizane z antenami.Podzia anten WIFI:1. Ze wzgldu na budow: mikropaskowe yagi-uda szczelinowe helicalne paraboliczne biquad gp kolinearne OMNI dipolowe 2. Ze wzgldu na kierunkowo: dookolne (GP, OMNI, szczelinowe, kolinearne, dipolowa) sektorowe (szczelinowe, mikropaskowe, biquad) kierunkowe (yagi, paraboliczne, biquad, helicalne, tubowe) 3. Ze wzgldu na zastosowanie: bazowe ( szczelinowe, paraboliczne, GP, OMNI) klienckie ( yagi-uda, helical, mikropaskowe, paraboliczne, biquad)

Charakterystyka promieniowania anten.Jeeli energia z anteny wypromieniowywana jest w kadym kierunku jednakowo, to jest antena o charakterystyce dooklnej. Gdy energia jest wypromieniowywana w okrelonym kierunku, mwimy o antenie kierunkowej. Szczeglnym przypadkiem anteny dooklnej jest antena izotropowa, ktrej charakterystyka jest w ksztacie kuli. Antena izotropowa jest anten wzorcow, czyli tak ktra jest odniesieniem przy ocenie i pomiarach parametrw anten rzeczywistych. Wikszo anten dookolnych pracuje z polaryzacj pionow, jednym z wyjtkw s anteny wyposaone w szczeliny z dwch stron falowodu, ktre pracuj, podobnie jak zwyke anteny szczelinowe (z zestawem szczelin z jednej strony falowodu), z polaryzacj poziom. Warto pamita, e anteny szczelinowe o przekroju falowodu okoo 10*2,5 cm maj polaryzacj pseudodookln (to znaczy po bokach s luki w charakterystyce), dopiero zwikszenie przekroju do okoo 10*5 cm powoduje, i charakterystyka jest zbliona do dooklnej.

1


Antena izotropowaAntena izotropowa jest to teoretyczna antena o nastpujcych cechach:

emituje sygna rwnomiernie (izotropowo) we wszystkich kierunkach, cay sygna, ktrym zasilana jest antena, jest wysyany bez strat i odbi, ma zerowe wymiary fizyczne.

Zysk energetyczny anteny izotropowej wynosi 0 dBi. Pojcie anteny izotropowej jest stosowane przy okrelaniu EIRP i jest modelem teoretycznym, gdy antena taka w rzeczywistoci nie istnieje. Antena ta jest szczeglnym przypadkiem anteny dooklnej, jej charakterystyka promieniowania jest idealn kul.

Rys.1 Teoretyczna antena izotropowa, kieruje tak samo we wszystkich kierunkach.

Zysk energetyczny anteny.To stosunek gstoci mocy wypromieniowanej przez anten w danym kierunku U(,) do gstoci mocy wypromieniowanej przez anten wzorcow, najczciej anten izotropow, zakadajc, e do obu anten zostaa doprowadzona taka sama moc. W przeciwiestwie do zysku kierunkowego, ktry zaley jedynie od charakterystyki promieniowania anteny, uwzgldnia rwnie jej sprawno.

2


Rys. 2 Przedstawia zysk energetyczny anteny Yagi., wynika z niego i maksymalny zysk uzyskamy ustawiajc access pointa na pocztkowych kanaach wifi.

Wspczynnik fali stojcej WFS.(ang. standing wave ratio, SWR) jest to stosunek wartoci amplitudy maksymalnej do amplitudy minimalnej napicia elektrycznego fali stojcej w linii zasilajcej anten, okrela stopie dopasowania anteny do linii j zasilajcej. Zaley od stosunku impedancji obcienia do impedancji falowej linii.

Tab. 1: Wielko SWR anteny a wypromieniowana moc.

3


Rys. 3 Przyrzd do mierzenia wspczynnika WFS oraz mocy wypromieniowanej.

Rys. 4 Na rysunku powyej przedstawiona zostaa charakterystyka SWR anteny Yagi, wynika z niej i najlepiej antena ta pracuje na kanaach od 1 do 9 ( czstotliwoci 2,35 2,45 Ghz) patrz zacznik z tabel czstotliwoci.

Impedancja anteny:Kolejny parametr to impedancja anteny, czyli obcienia jakie przedstawia antena dla generatora (urzdzenia bdcego rdem sygnau). Impedancja anteny zaley od geometrii anteny ora od czstotliwoci. Poza tym na impedancj wpywa obecno innych anten i obiektw znajdujcych si w pobliu. Z punktu widzenia sprawnoci ukadu urzdzenie-kabel-antena wymagane jest, by wszystkie elementy tory transmisyjnego miay taka sam impedancj. Tylko wtedy nastpuje przekazanie caej (prawie, bo kable

4


i zcza maj pewne tumienie) energii z urzdzenia do anteny i jej wypromieniowanie. W skrajnym przypadku due niedopasowanie impedancji moe spowodowa uszkodzenie urzdze nadawczych. Problem dotyczy urzdze wikszej mocy, od kilku W. W radiokomunikacji, generalnie, stosujemy urzdzenia o impedancji 50 omw.

Polaryzacja.Drgania fal elektromagnetycznych odbywaj si w cile okrelonych paszczyznach. Fale elektromagnetyczne mog drga zarwno w paszczynie poziomej jak i pionowej . W przypadku gdy gdy drgaj tylko w jednej paszczynie mwimy o polaryzacji liniowej pionowej lub poziomej . Gdy drgaj w obu paszczyznach mwimy o polaryzacji koowej lub eliptycznej prawoskrtnej i lewoskrtnej. Do czsto spotykane jest pojcia polaryzacji ortogonalnej, oznacza ono polaryzacj przeciwn do danej . Np. polaryzacje ortogonalne to pionowa i pozioma czy prawoskrtna i lewoskrtna. Warto pamita, e cho antena nadaje w jednej polaryzacji to na skutek odbi i przej przez obiekty sferyczne (podczas odbicia od ziemi lub podczas przejcia przez krople wody) nastpuj zmiany polaryzacji, wskutek czego do anteny odbiorczej dochodz fale w obu polaryzacjach. To zjawisko ogranicza moliwo niezalenej pracy dwch systemw w jednym kanale, nadajcych na polaryzacji ortogonalnej.

Rys. 5 Na rysunku przedstawiono wykres polaryzacji poziomej i pionowej szeciu elementowej anteny yagi. Naley zauway, e wyduenie listka promieniowa a polaryzacji poziomej jest tym wiksza im wikszy jest zysk anteny co zwizane jest z jej dugoci.

5


Pasmo.Pasmo anteny to zakres czstotliwoci w ktrym antena zachowuje nominalne (deklarowane) parametry. Wyznaczajc pasmo pracy najwaniej sze jest dopasowanie, i w mniejszym stopniu zysk oraz charakterystyka. Do czsto dopasowanie i inne parametry anteny s zachowane w szerszym. zakresie, ni jest to podawane (zazwyczaj jeli antena przeznaczona jest np. do sieci na 2,4GHz, to podaje si pasmo pracy 2,400-2,4835 GHz, cho naprawd moe by ono wiksze).

Propagacja fal.

Rys. 6 Interferencje sygnaw docierajcych do anteny odbiorczej powoduj naprzemienne wzmocnienia sygnau i jego zaniki.

Podstaw przy okrelaniu zasigu cza telekomunikacyjnego jest bilans, ktry opisuje zaleno midzy moc odebran i moc transmitowan. Bilans uwzgldnia zysk energetyczny anteny nadawczej i odbiorczej oraz straty w wolnej przestrzeni, ktre zale od dugoci fali, a take zaley od odlegoci midzy nadajnikiem i odbiornikiem. Na transmisj wpywaj take przeszkody znajdujce si na drodze sygnau. Przyjmuje si, e na propagacj fali maj wpyw przeszkody znajdujce si w pierwszej strefie Fresnela. Strefy Fresnela to elipsoidy, ktrych ogniskami s anteny: nadawcza i odbiorcza. S wyznaczane na podstawie zjawiska dyfrakcji, czyli uginania si fali na przeszkodach, co powoduje powstawanie wtrnego pola. Promie pierwszej strefy Fresnela zaley od dugoci fali oraz od odlegoci midzy nadajnikiem i odbiornikiem. W przypadku cz charakteryzujcych si wysok niezawodnoci na etapie projektowania dy si do braku przeszkd na drodze fali w pierwszej strefie Fresnela. Gdy na cze s naoone sabsze wymagania zakada si, e wystarczy, aby obszar pozbawiony przeszkd obejmowa 60% tej strefy.

6


Rys. 7 Jeeli opnienie sygnau docierajcego do anteny na skutek odbicia jest rzdu czasu trwania bitu sygnau oryginalnego prowadzi to do interferencji midzysymbolowej (ISI). Wpyw ISI na odbierany sygna ma szczeglnie znaczenie dla duych szybkoci transmisji sygnau. Wwczas bowiem opnienia s blisze czasom trwania jednego bitu.

Na propagacj fali maj wpyw te takie zjawiska jak absorpcja promieniowania i refrakcja (zaamanie). Straty spowodowane tymi czynnikami s wyznaczane dowiadczalnie. O znacznym wpywie absorpcji promieniowania niech wiadcz pomiary wykonywane w przypadku, gdy nadajnik i odbiornik znajdoway si na rnych pitrach w budynku. Tumienie wprowadzane w takim wypadku wynosio 13dB gdy anteny dzielio jedno pitro i 27dB - w przypadku odlegoci 4 piter. W sytuacji, gdy na drodze transmitowanej fali ustawiono przeszkod w postaci betonowego muru wystpio tumienie na poziomie 13-20dB. Tymczasem dla szklanej przeszkody tumienie spadao do 2dB. Std wniosek, e wprowadzane tumienie zaley od rodzaju konstrukcji danej przeszkody. W rzeczywistych czach sygna do odbiornika dociera nie tylko po drodze bezporedniej. Odbierane s take promienie odbite, oraz fale powstae w wyniku dyfrakcji i rozproszenia. Problemem w czach jest tzw. wielodrogowo. Powoduje ona powstanie zanikw sygnau i interferencji. Aby zapobiega zanikom stosuje si rne rodzaje tzw. odbioru zbiorczego. Przestrzenna odmiana odbioru zbiorczego polega na sumowaniu wedug okrelonych zasad sygnaw odebranych przez kilka anten (MIMO). Drugim rodzajem odbioru zbiorczego jest odbir czstotliwociowy. W tym wypadku konieczne jest stosowanie dwch rnych anten, poniewa sygna jest powielany poprzez przesyanie go na dwch rnych czstotliwociach. Trzecim rodzajem odbioru zbiorczego jest odbir czasowy. Moe on polega na powtarzaniu danej informacji co jaki czas lub odbieraniu sygnaw i dodawaniu ich z pewnym opnieniem.

Jak czyta informacje o antenach.Solidni producenci anten korzystaj zazwyczaj z programw do ich projektowania co pozwala im osign zaoone rezultaty, ktre bezporednio przekadaja si na parametry anteny. Niestety jak widc po lekturze Allegro takich producentw jest stosunkowo mao. Wida to po odbywajcych si aukcjach, janczesciej w ich opisach widnieje jedynie podstawowa informacja dotyczca zysku anteny, polaryzacji i na tym kocz si informacje. Szukajmy wic na aukcjach anten obok ktrych znajdziemy nastpujce informacje: ( przykadem jest antena GRID oferowana przez sklep www. Sprzet-sieciowy.pl)

7


Znajdujemy tutaj informacje dotyczce nie tylko zysku anteny, czstotliwoci pracy polaryzacji itp. Ale take jej SWR, ktry w tym konkretnym przypadku wynosi 1,9. Porwnujc ta informacj z Tab. 1 dowiemy , e i okoo 90% energii dostarczonej do tej anteny zostanie z niej wypromieniowane. SWR 1,9 nie jest rewelacyjny ale naprano jest to uczciwe potraktowanie klienta. Znajduj czasami na aukcjach opis i SWR anteny wynosi od 1,1 do 1,3. Trudno uwierzy aby by on osigalny parzc na cen anteny np. 35 z za anten Yagi Uda przedstawian jako anten z zyskiem 19 dBi. Starajmy si patrze realnie jeli widzimy anteny o SWR 1,5 to jest to bardzo dobry wynik !

Charakterystyka promieniowania antenyCharakterystyka promieniowania to najwaniejszy obok kta poowy mocy, kierunkowoci i zysku energetycznego parametr anteny. Ukazuje w sposb graficzny na wykresie trjwymiarowym zdolno wypromieniowywania energii przez anten w rnych kierunkach, definiowana jako rozkad pola EM na powierzchni kuli posiadajcej bardzo duy promie, rwny strefie promieniowania. rodek tej kuli znajduje si w tym samym miejscu co rodek anteny. Dlatego te charakterystyka promieniowania nie zaley od oddalenia od anteny tylko od ktw i . Listki charakterystyki promieniowania anteny: W wikszoci anten promieniowanie jej poszczeglnych elementw powoduje interferencje pod rnymi ktami. Wynikiem tego jest zerowe promieniowanie na pewnych kierunkach, gdzie fale radiowe z rnych czci nadchodz w przeciwfazie, oraz maksima promieniowania na innych kierunkach, gdzie fale radiowe nadchodz w fazie. Dlatego wykres promieniowania wikszoci anten daje wzr maksimw, czyli tak zwanych listkw (wizek) pod rnymi ktami, rozdzielonych "zerami", w ktrych promieniowanie zblia si do zera. Im wiksza jest antena w porwnaniu do dugoci fali, tym wicej bdzie miaa listkw. W antenie kierunkowej, gdzie celem jest skierowanie fal radiowych w jednym konkretnym kierunku, listek na tym kierunku jest wikszy ni inne i zwany jest wwczas listkiem gwnym. O promieniowania maksymalnego, przechodzca przez rodek listka gwnego jest zwana osi wizki lub osi optyczn anteny. Inne listki, reprezentujce promieniowanie niepodane w innych kierunkach s zwane listkami bocznymi. Listek boczny o kierunku przeciwnym (180) do listka gwnego jest zwany listkiem wstecznym.

8


Rys. 8 Charakterystyka anteny Uda-Yagi

Rys.9 Charakterystyka przestrzenna promieniowania anteny: 1. Wizka gwna, 2. Listki boczne, 3. Listek wsteczny

Antena kierunkowaJest to antena promieniujca prawie ca moc, w jednym wyrnionym kierunku. Zysk kierunkowy moe wynosi nawet kilkadziesit dBi. Ksztat charakterystyki promieniowania anteny jest przewanie szpilkowy. Szeroko wizki na poziomie poowy mocy (kt poowy mocy) wynosi kilka-kilkanacie stopni. Dla porwnania szeroko wizki dipola plfalowego, na poziomie poowy moc wynosi 78.

Przykady anten kierunkowych

antena tubowa antena Yagi-Uda 9


antena rubowa antena reflektorowa antena mikropaskowa

Antena dooklnaTo antena, ktrej spadek mocy promieniowania wzdu wektora H jest nie wikszy ni 3 dB (poowa mocy) (maksymalny spadek mocy w stosunku do szczytowego zysku jest mniejszy od 3 ddB) Ze wzgldu na swoj charakterystyk anteny te nadaj si gwnie do zastosowa mobilnych. Anteny dooklne ze wzgldu na budow dziel si na: Typowymi antenami dooklnymi s anteny dipolowe, prtowe i szczelinowe (falowodowe), kolinearne.

Antena panelowaJest to potoczna nazwa anteny o paskiej budowie. Najczciej w hermetycznej obudowie umieszczony jest w tylnej czci anteny paski ekran pozwalajcy na maksymalne skupienie odbitej fali radiowej. W przedniej czci obudowy umieszczony jest dipol lub zesp dipoli, ktre poczone s z urzdzeniem radiowym za pomoc kabla koncentrycznego. Zysk energetyczny anteny panelowej (zaley od jej zoonoci oraz dokadnoci wykonania) osiga od kilku do kilkunastu dBi.

10


Typy anten stosowanych w technologii WIFI.

Anteny YAGI UDA:Antena Yagi-Uda zbudowana jest z wielu elementw, ma charakterystyk kierunkow i polaryzacyjn zgodn z ustawieniami jej elementw (poziom lub pionow). Gwnym elementem anteny jest dipol (wibrator) prosty, ptlowy lub bocznikowy o dugoci rwnej poowie dugoci fali, podczony do przewodu antenowego. Pozostae elementy anteny nie s podczone, dlatego nazywa si je elementami biernymi. Prty od strony odbiorczej maj mniejsz dugo od wibratora i nosz nazw direktorw (od ang. direct nadawa kierunek), a prty z przeciwnej strony, dusze od wibratora nazywane s reflektorami (odbija fale). Liczba direktorw ma wpyw na kierunkowo oraz na zysk energetyczny anteny (im wicej direktorw tym wikszy zysk i wiksza kierunkowo czyli wsza wizka promieniowania).

Rys 10 Antena Yagi Uda o zysku ( podawanym przez producenta ! porwnaj z wykresem przedstawiajcym zaleno iloci radiatorw od zysku anteny)19 dB wykonana w technologii CNC poprzez wycinanie co zapewnia jej powtarzalno parametrw: Od lewej: polaryzacja pionowa i pozioma anteny. Antena charakteryzuje si wibratorem bocznikowym. Brak tuby osaniajcej anten powoduje zwikszenie jej zysku okoo 2 dB.

Rys. 11 Antena Yagi UDA Netus o deklrowanym zysku 14,5 dBi.

11


Rys. 12 Budowa anteny trzyelementowej YAGI UDA , u dou antena 8 elementowa

Rys. 13 Maksymalny zysk anten Yagi-Uda w zalenoci od iloci radiatorw n schemat ten pozwala nam oceni prawdziwo podawanych danych producentw anten YAGI, oferujcych np. anteny 10 elementowe podajc ich zysk w zakresie np. 18 dBi.

12


Widzimy, wic i zysk anteny Yagi uzaleniony jest przede wszystkim od jej dugoci a co za tym idzie od iloci direktorw. Jednak czasami mnoenie ich iloci moe napotka trudnoci konstrukcyjne. Wwczas stosujemy tzw. zespoy anten. W technice antenowej do czsto dla uzyskania parametrw nieosigalnych dla pojedynczej anteny stosuje si zespoy anten. Zespoy takie dla uzyskania zaoonych parametrw, zasila si poprzez specjalnie dla nich zaprojektowane ukady zasilania. Dziaanie takie moe mie rnoraki cel, przewanie chodzi jednak o jedn lub kilka spord nastpujcych moliwoci: uzyskanie zysku wypadkowego nieosigalnego dla pojedynczej anteny, uzyskanie dodatkowych stopni swobody w ksztatowaniu charakterystyki promieniowania anteny, jak np. zestawienie waciwie zasilanego zespou anten kierunkowych, dla uzyskania charakterystyki dooklnej, dla zespow anten przeznaczonych do odbioru, uzyskanie szczeglnego wytumienia na przewidywanym kierunku nadchodzenia zakce.

Rys.14 Zesp czterech anten YAGI

Podsumowujc moemy stwierdzi i antena typu Yagi Uda jest doskonaym rozwizaniem dla stacji klienckich. Dobrze wykonana zapewnia nam przyzwoity zysk energetyczny umoliwiajce zestawienie poczenia internetowego. W czasie zakupu naleaoby poprosi sprzedajcego o wysanie zdj przedstawiajcych anten waciw znajdujc si wewntrz tuby aby upewni si co do jakoci jej wykonania. Naley rwnie pamita, e tuba osaniajca delikatne elementy anteny przed wiatrem, niegiem i oblodzeniem wnosi te pewna tumienno sygnau rzdu 2-3 dBi. Ktre naley odj od podawanego zysku anteny, ktry jak ju zdylimy si przekona jest czsto chwytem reklamowym.

13


Antena szczelinowaZazwyczaj anteny sektorowe i niektre dookolne montowane w stacjach bazowych wykonane s jako anteny szczelinowe. Budowa podstawowej wersji anteny szczelinowej jest do prosta. Antena skada si z kawaka paszczyzny przewodzcej tak zwanej rury paskiej stanowicej falowd i wycitej w niej szczelinach o takich samych wymiarach jak antena liniowa (np. poowa dugoci fali). Ciekaw cech takiej anteny jest polaryzacja dla szczeliny wycitej poziomo jest ona pionowa, a dla szczeliny wycitej pionowo jest ona pozioma. Charakterystyka takiej anteny jest kierunkowa, o kcie poowy mocy w poziomie rzdu 120 stopni i kcie poowy mocy w pionie rzdu 10 stopni. W tej technice mona te wykona anteny o charakterystyce pseudo-dookolne, poprzez wycicie szczelin z obu stron falowodu anteny. Ten typ anteny dookolnej ma charakterystyk typu 2*120 stopni do 1* 160 stopni.

Rys. 15 Antena szczelinowa mocowanie

Rys. 16 Antena szczelinowa widok

Anteny szczelinowe dookolne posiadaj wycicia w rurze paskiej ( falowodzie) po obu stronach szerszej powierzchni anteny. Natomiast anteny tego typu sektorowe po jednej stronie. Naley zwrci uwag na mocowanie anteny do masztu jeli mocowanie nie narusza falowodu jak na rys. 11 gdzie rura przymocowana jest do mocowania obejm lub jest przyspawane jak na rys. 13 mamy wtedy do czynienia z prawidow budow anteny. Jednak czsto producenci wprowadzaj do falowodu rub zakcajc dziaanie anteny ale obniajc jej koszt wykonania.

14


Rys. 17 Inny sposb mocowania anteny

Rys. 18 Nieprawidowy sposb mocowania anteny ingerencja w falowd

Elementem promieniujcym anteny szczelinowej jest tzw. stoek. Musi by on wykonany z dobrej jakoci materiau najlepiej pozacany aby nie by podatny na dziaanie warunkw atmosferycznych. Ceny dobrze wykonanych stokw sigaj okoo 55 zotych. Wida wic, e nie mona naby dobrej anteny szczelinowej za cen 60 70 zotych na aukcjach allegro.

Rys. 19 Stoek (element promieniujcy) anteny szczelinowej

15


Antena szczelinowa jak wida na zdjciu i co byo ju mwione zbudowana jest z rury paskiej na ktrej powierzchni znajduj si wycicia. Na zdjciu mamy przedstawiona anten o charakterystyce poziomej promieniowania. Poniewa anteny te wykorzystywane s gwnie w stacjach bazowych czasami wrcz nieodzownym elementem jej budowy jest moliwo jej pochylenia jak na rys. 16 co przy mocowaniu anteny na wysokich obiektach np. wieach kocielnych pozwala zapewni dobra jako sygnay w jej pobliu. Kolejna wan cecha tej anteny jest zapewnienia waciwego zabezpieczenia szczelin. Dobrzy producenci tych anten nie stosuj tam a elementy plastikowe jak na rys. 15. Warto jednak dla bezpieczestwa krawdzie zabezpieczy silikonem sanitarnym aby zapobiec dostawaniu si wody a co za tym idzie rozoeniu na duszy czas anteny. Nieprawidowe zabezpieczenia tego typu anteny przedstawia rysunek 21. Wspczynnik tych anten w zasadzie nie powinien przekracza 1:5 co powinno zapewnia dobre poczenia ze stacjami klienckimi. Kolejn i chyba ju ostatni rzecz na ktr naley zwrci uwag przy zakupie tego typu anten jest Zamknicie falowodu u gry i dou anteny powinien to by bezwzgldnie przyspawany metal a nie plastik ! Zastosowanie plastiku eliminuje ta anten ! Zysk anten tego typu dochodzi do ok. 20 dBi

Rys. 20 Budowa falowodu anteny szczelinowej

Rys. 21 Nieprawidowe zabezpieczenie szczelin w antenie. (tama nie jest odporna na dziaanie warunkw meteo)

16


Rys. 22 Charakterystyka promieniowa anteny szczelinowej: sektorowej i dooklnej

Anteny mikropaskowe ( zaliczane do panelowych)Antena mikropaskowa to rodzaj anteny, wykonana poprzez naniesienie odpowiednio uksztatowanych paskw przewodnika na powierzchni izolujc, w jednej lub kilku warstwach. Paski, ktre s dipolami odbiorczymi, s poczone paskami czcymi. Dugoci paskw czcych dobiera si, tak by sygnay z poszczeglnych dipoli docieray do punktw wsplnych w fazie a przez to wzmacniay si. Czas dotarcia sygnau oraz wasnoci dipola zale od dugoci fali dlatego dobierajc odpowiednio dugoci dipoli i paskw czcych mona uksztatowa zaleno czuoci anteny od czstotliwoci. Antena ta jest w ostatnim czasie stosowana w niemal wszystkich dziaach radioelektroniki nadawania i odbioru fal o dugoci mniejszej od decymetra. Zalety: - mae wymiary, waga i objto; - niskie koszty produkcji; - atwa integracja z ukadami elektronicznymi, jest czsto elementem obwodu drukowanego; - moliwo umieszczenia nie tylko na paskiej powierzchni, ale rwnie na powierzchniach cylindrycznych, kulistych; - prostota wykonania, - moliwo tworzenia duych ukadw antenowych. Anteny mikropaskowe wystpuj w dwch strukturach: jednowarstwowej i wielowarstwowej. Zastosowanie poszczeglnych struktur zaley od zastosowania anteny oraz moliwoci konstrukcyjnych i technicznych.

17


Wady: - maa szeroko pasma pracy, - niewielka sprawno oraz zysk energetyczny, - niepodane promieniowanie z obwodw zasilajcych, - niezbyt dobra czysto polaryzacji, - ograniczenia mocy dla anten nadawczych, - problemy zwizane elementw tolerancjami wymiarw geometrycznych anteny oraz konieczno uywania podoa elementw dobrej jakoci, gwnie w funkcji temperatury.

Rys. 23 Typowa antena mikropaskowa z zewntrz trudno zauway rnic pomidzy anten biquad dlatego te czsto stosuje si jedna nazw dla obu antena panelowa.

Rys. 24 Obwd drukowany a zarazem antena mikropaskowa ( jeden z wielu moliwych wzorw)

18


Anteny mikropaskowe doskonale nadaj si ze wzgldu na swoje niewielkie wymiary oraz moliwo zamaskowania na stacje klienckie. Odporno na wiatr oraz moliwo pracy w polaryzacji poziomej i pionowej czyni je uniwersalnymi antenami o niezej charakterystyce promieniowania i do duym zysku. Dodatkowo jak ju zostao to wspomniane s antenami powtarzalnymi tzn. e ich skuteczno niewiele zaley od ich montau a przede wszystkim od wykonania pytki z laminatu a ta najczciej wykonywana jest przez wyspecjalizowane firmy dysponujce odpowiednim sprztem, o ile nie zosta popeniony bd w fazie konstrukcji antena musi sprawowa si dobrze i spenia odpowiednie wymogi stawiane tego typu antenom.

Anteny biquad

Anteny typu BIQUAD zaliczamy do anten panelowych ( podobnie jak mikropaskowe) , cechuj si podobn charakterystyka promieniowania jak anteny mikropaskowe (rys.24). Podobnie jak one znajduj gownie zastosowanie w stacjach klienckich. Bardzo czsto anteny tego typu wykorzystywane s jako promienniki ( owietlacze) anten parabolicznych. Anteny biquad cechuj niewielkie rozmiary oraz do przyzwoity zysk energetyczny dochodzcy w zalenoci od ich konstrukcji do 16 dBi. Zalety: - zwarta konstrukcja - prostota konstrukcji - duy zysk energetyczny - charakterystyka promieniowania pozioma lub pionowa Wady: - antena ta podobnie jak antena yagi wymaga duej uwagi w czasie montau co czyni j do wraliwa na wszelkie jego bdy.

Rys.25 Antena biquad

19


Rys. 26 Amatorskie wykonanie wntrza anteny biquad (od lewej: biquad i dualbiquad)

Rys. 27 Dwie anteny w jednym: u gry dooklna antena biquad, u dou dualbiquad o charakterystyce pionowej

20


Rys.28 Charakterystyka promieniowania anteny biquad.

Anteny biquad s bardzo czsto wykonywane przez amatorw konstruktorw chccych sprawdzi si w konstrukcjach antenowych. W sieci istnieje wiele tutoriali pokazujcych sposb konstrukcji tych anten gdzie znajdziemy dokadne wymiary. Oprcz tego mona znale kalkulatory on i offline wymiarujce elementy anteny do podanej czstotliwoci. Linki znajdziesz na kocu skryptu.

Anteny paraboliczneNazywana czasami anten satelitarn - antena suca do odbioru lub nadawania sygnau z satelitw telekomunikacyjnych. Anteny satelitarne wykonywane s jako: paraboliczne, offsetowe, panelowe lub wieloogniskowe w ukadzie pojedynczego, podwjnego zwierciada lub bezzwierciadowym. Wikszo anten przydomowych to anteny offsetowe, w ktrych konwerter i elementy mocujce go nie zasaniaj sygnau. Skupienie promieni poza obszarem promieni padajcych na anten uzyskuje si poprzez ukone ustawienie anteny do padajcego promieniowania. Skone ustawienie anteny zmniejsza powierzchni, z ktrej antena skupia promienie. W przypadku duych anten, powierzchnia utracona przez skone ustawienie jest wiksza ni zasonita przez konwerter, dlatego anteny o duych rozmiarach konstruuje si w dalszym cigu gwnie z centralnie pooonym konwerterem lub kolejnym zwierciadem.

21


Rys. 29 Antena paraboliczna i antena offsetowa WIFI.

W technice WIFI anteny paraboliczne (pod t nazw bdziemy okrela oba przedstawione wyej typy anten) stosowane s gwnie jako anteny czce stacje bazowe pomidzy sob ale take czsto wykorzystywane s przy niesprzyjajcych warunkach ( dugie linki) jako anteny klienckie. Gwna ich zalet jest bardzo wska promieniowania (rys.26) co przekada si na jej zysk. Zysk tej anteny w duej mierze jest uzaleniony od rednicy czaszy oraz jakoci wykonania promiennika. Promiennikami zajmiemy si za chwil natomiast trzeba powiedzie, e jest moliwy do uzyskania zysk nawet 32 dBi przy rednicy czaszy 120 cm. Aby pozyska czasze do tego typu anteny nie trzeba wkada specjalnego wysiku tak si szczliwie skada, e anteny do obioru TV satelitarnej pracuj w tym samym zakresie czstotliwoci co WIFI i dlatego tez doskonale nadaj si do tego celu. Wystarczy zastosowa inny promiennik (owietlacz) i sprawa gotowa.

Rys. 30 Charakterystyka promieniowania anteny parabolicznej.

Coraz czciej spotykamy si w technice WIFI z antenami parabolicznymi wykonanymi w technologii siatki, podyktowane jest to sab odpornoci na wiatr anten parabolicznych. O ile w technice TV satelitarnej anteny te umieszczane s zazwyczaj na elewacji budynku o

22


tyle w WIFI najczciej na masztach znajdujcych si na dachach budynkw co powoduje ich du ekspozycj na wiatr a co za tym idzie s naraone na uszkodzenia. Wad tych nie posiadaj anteny wykonane w technologii siatki.

Rys. 31 Anteny paraboliczne wykonane w technologii siatki.

Owietlacz ( promiennik) anteny parabolicznej.

Niewtpliwie najwaniejsz czci anteny parabolicznej jest dobr odpowiedniego owietlacza (promiennika). O ile w antenach wykonanych w technologii siatki otrzymujemy gotowy do powieszenia na maszcie zestaw anteny a nasza jedyna czynnoci jest dobr polaryzacji to w przypadku gdy chcemy zastosowa gotow czasz satelitarn stajemy przed dylematem jaki promiennik wybra. Najczciej mamy do czynienia z dwoma typami promiennikw.

Rys 32 . Promienniki anten parabolicznych (offsetowych) od lewej: z antena yagi-uda i biquad..

23


Oba przedstawione wyej typy promiennikw s krtko mwic promiennikami z dolnej pki. Zasada dziaania anteny parabolicznej przedstawiona na rysunku przedstawionym niej najoglniej polega na ogniskowaniu w jednym punkcie fali skupionej przez czasz. Wanie w tym punkcie powinien znale si promiennik. Bdem stosowanym przez wikszo producentw jest wykonanie promiennika jako anteny yagi lub biquad. Co nie zapewnia ogniskowania w jednym punkcie ale na jakim elemencie anteny, co tak naprawd jest dziaaniem bezsensownym z kilku powodw najwaniejszy to taki, e przy odbiorze nie pracuje caa antena zawarta w owietlaczu ale jeden jej punkt a przy nadawaniu caa antena rozprasza sygna ktry nie trafia do czaszy i nie jest wysyany kierunkowo ale rozpraszany na boki. W niektrych wypadkach owietlacz anteny moe peni rol anteny tubowej, czyli by samoistna antena bez czaszy.

Rys. 33 Zasada ogniskowania anteny parabolicznej offsetowej.

Prawidowo wykonany promiennik (owietlacz) musi by skonstruowany w technice falowodowej. Nie jest to rzecz trudna do wykonania. Natomiast wykonany fabrycznie jest kosztuje okoo 120 z jest jednak znacznie bardziej efektywny od owietlaczy przedstawionych na rysunku 28.

Rys. 34 Owietlacz do anten parabolicznych, wykonany w technologii falowodowej. Precyzyjny ksztat odlewu aluminiowego w peni wykorzystuje apreture anteny, a doskonae parametry elektryczne daj wysoki zysk z antenami parabolicznymi: 29 dBi dla czaszy o rednicy 60 cm, 32 dBi dla czaszy 90 cm oraz 35 dBi dla czaszy 120 cm.

24


Rys. 35 Wntrze amatorskiego wykonania owietlacza naley jednak pamita, e aby zosta wykonany prawidowo naley uy kalkulatorw pozwalajcych okreli jego precyzyjne wymiary.

Antena tubowaW najprostszym wykonaniu antena tubowa to falowd prostoktny. Koniec falowodu nie jest optymalnym przejciem fali elektromagnetycznej do wolnej przestrzeni, std pojawia si dua fala odbita. Odpowiednie przeksztacenia konstrukcyjne dokonane na kocu falowodu prowadz do stworzenia anteny tubowej, ktra posiada lepsze parametry (mniejszy SWR). Zalety anten tubowych:

duy zysk kierunkowy, may wspczynnik fali stojcej (SWR), do due pasmo pracy, prostota budowy.

25


Zastosowanie:

jako anteny owietlajce inne anteny (anteny paraboliczne), jako anteny wzorcowe.

Rys. 36 Antena tubowa.

Rys. 37 Inny typ anteny tubowej.

26


Rys. 38 Charakterystyka promieniowania anteny tubowej.

Anteny helicalneAntena heliakalna (rubowa) jest zbudowana z odcinka przewodnika zwinitego w ksztat helisy. Ten typ anten jest stosowany przede wszystkim w zakresie mikrofal. A co za tym idzie w technologii WIFI. Anteny helikalne mog pracowa w dwch trybach: normalnym i osiowym. Tryb normalny charakteryzuje si tym, e rednica anteny jest maa w porwnaniu z dugoci fali. W tym trybie maksimum promieniowania wystpuje na kierunku prostopadym do osi anteny, za wytwarzana fala ma polaryzacj eliptyczn (koow) a co za tym idzie nadaje si doskonale do pracy z hotspotami gdy nie wiemy w jakiej polaryzacji pracuj. Sprawno energetyczna tej anteny jest niska, poniewa antena pracujca w trybie normalnym jest elektrycznie krtka. Charakterystyka promieniowania nie zaley od liczby zwojw. W trybie osiowym wymiary pojedynczego zwoju s porwnywalne lub wiksze od dugoci fali. Kierunek maksymalnego promieniowania w tym przypadku pokrywa si z osi anteny, a polaryzacja fali jest zbliona do koowej. Anteny rubowe w trybie osiowym mog mie polaryzacj zgodn lub przeciwn do ruchu wskazwek zegara. Jeli odbierany sygna jest spolaryzowany liniowo (poziomo lub pionowo), nie sprawia to problemw. Jednak odbieranie sygnau spolaryzowanego zgodnie z ruchem wskazwek zegara przez anten spolaryzowan przeciwnie (lub na odwrt) powoduje znaczn strat mocy. Jednak z tak polaryzacja mamy zazwyczaj do czynienia przy odbiorze sygnaw pochodzcych z przestrzeni kosmicznej nie odgrywa wiec to roli przy naszych zastosowaniach WIFI gdy mamy do czynienia tylko z polaryzacj pozioma lub pionow.

27


Anteny tego typu jak zostao powiedziane uzyskuj stosunkowo may zysk energetyczny rzdu ok. 12 dB. Jednak powan zaleta jest odporno na zmiany polaryzacji anten bazowych.

Rys. 39 Antena Helicalna ( rubowa) charakterystyczn cecha jest reflektor w formie koa.

Rys. 40 Charakterystyka promieniowania anteny heliakalnej.

28


Antena kolinearnaJest to rodzaj anteny dooklnej bdcy najczciej liniowym zoeniem dipoli pfalowych zasilanych przeciwfazowo. Anteny kolinearne znalazy zastosowanie m. in. jako anteny nadawcze w maych sieciach osiedlowych pokrywajcych swym zasigiem obszary (o promieniu do 2 km). Anteny tego typu s stosunkowo rzadko spotykane w technologii WIFI. Antena ta jest odmiana anteny wielofalowej. Przykadowe parametry:

Rodzaj anteny: kolinearna 2 x 7/8 (dugoci fali) Czstotliwo rodkowa: 434 MHz Polaryzacja: pionowa Charakterystyka: dooklna Zysk energetyczny ok. 6-7 dBi

Rys. 41 Budowa anteny kolinearnej.

29


Antena OMNIJest to rodzaj anteny dooklnej ( podobnie jak kolinearna) charakteryzujca si pionow polaryzacj. Anteny te najczciej s stosowane jako anteny do hotspotw. Dua odporno na wiatr , niska cena s ich niewtpliwa zalet. Mog by rwnie stosowane jako anteny bazowe na niewielkich obszarach (wioska). Jest to antena wielofalowa. Ktrej dugo znacznie przekracza ( dugo fali) . Charakterystyka promieniowania takich anten w znacznej mierze zaley od ich pooenia wzgldem masztu oraz jego rednicy. Mona w ten sposb ksztatowa charakterystyk promieniowania w paszczynie poziomej. Anteny te czsto wymagaj dodatkowego odgromnika.

Rys. 42 Antena dooklna GP o zysku 9 dBi.

30


Rys. 43 Charakterystyka promieniowania anteny dookolnej (GP, kolinearna).

Antena GP (Grodnu plane) inaczej MarconiegoJest to antena dooklna nieczsto spotykana w zastosowaniach WLAN. Jej zysk wynosi ok. 1 dBi co nie jest wartoci oczekiwana przez wikszo uytkownikw jednak wci znajduje zwolennikw wrd domowych konstruktorw. Antena ta powinna by zawieszona przynajmniej w odlegoci 4 nad ziemi co przy wykorzystaniu jej w WLAN nie juest rzecz nie do zrobienia ;-) ( 12 cm ;-) Anteny te czsto s stosowane w zabudowie jak na rys. 44 i umieszczane w sufitach pomieszcze.

Rys. 44 Zabudowana antena GP.

31


Rys. 45 Wygld rzeczywisty anteny GP (cz promieniujca oraz tzw. przeciwwagi)

Antena dipolowaTo najstarsza, lecz wci najbardziej popularna antena. Sowo dipol pochodzi z jzyka greckiego i oznacza ukad dwubiegunowy. Antena dipolowa skada si przewanie z dwch symetrycznych ramion zasilanych za pomoc symetrycznej linii transmisyjnej. Tego typu antena jest tzw. anten symetryczn, poniewa prdy pynce w obu ramionach anteny s rwne co do amplitudy i maj przeciwne zwroty. Mona spotka rwnie anteny dipolowe: o niesymetrycznych ramionach oraz anteny zasilane bocznikowo, optymalizowane, czy zaamane. Anteny dipolowe ze wzgldu na sabe parametry (wskie pasmo pracy, may zysk kierunkowy) wystpuj rzadziej jako samodzielne, pojedyncze anteny, czciej stosuje si je jako elementy skadowe bardziej skomplikowanych i rozbudowanych ukadw antenowych. W technice WIFI najczciej spotykamy si z dipolem prostym przedstawionym na rys. 47. Anteny te znajduj si na fabrycznym wyposaeniu Access Pointw oraz routerw bezprzewodowych. Niestety ich wad jest stosunkowo may zysk oscylujcy w zakresie 1-3 dBi. Jednak jest on zupenie wystarczajcy jeli mamy zamiar obj zasigiem WIFI dom lub mieszkanie.

Zalety anten dipolowych:

prosta budowa niskie koszty produkcji atwa adaptacja z innymi rodzajami anten moliwo tworzenia duych ukadw antenowych, np. kilka poczonych odpowiednio ze sob anten Yagi-Uda atwy dostp

32


Wady anten dipolowych:

wskie pasmo pracy (co moe by rwnie zalet) may zysk energetyczny

Rodzaje anten dipolowych:

Dipol prosty (a) Dipol ptlowy (b) Dipol prosty zasilany bocznikowo (c) Dipol szerokopasmowy (d) Dipol zaamany (e) Dipol optymalizowany (f)

Rys. 46 Rodzaje anten dipolowych.

33


Rys. 47 Antena dipolowa

34


Bibliografia:- www.wikipedia.pl - Anteny KF i UKF Zdzisaw Biekowski SP6LB , Wawa 1978 - Pomiar tumienia cian i innych elementw charakterystycznych dla rodowiska wewntrzbudynkowego w pamie 2,4 GHz, ukasz Jasiski, www.alvarus.org http://support.ap.dell.com/support/edocs/network/tmap1170/po/specifications/Radio_Specifications.htm#XREF_ 80211a_Channel_Frequencies - Fale i anteny Jarosaw Szstka, Wawa 2001, WKI

Linki:Kalkulator 1: http://www.cyberbajt.pl/cyber.php?get=wiedza_obliczenia,,4 budet cza obliczenia EIRP obszar pokrycia przeliczenia jednostek strefa fresnela tumienie wolnej przestrzeni Kalkulator 2: http://www.wikarekare.org/Antenna/biquad.html http://www.wikarekare.org/Antenna/doubleBiquad.html Kalkulator obliczajcy wymiary anteny biquad i dualbiquad

Kalkulator 3: http://www.gr.ssr.upm.es/sabor.htm#Introducing Kalkulator anteny parabolicznej Kalkulator 4: http://www.wikarekare.org/Antenna/WaveguideCan.html Kalkulator obliczajcy owietlacz do paraboli Kalkulator 5: http://www.wikarekare.org/Antenna/8+8Waveguide.html http://www.wikarekare.org/Antenna/8Waveguide.html Obliczanie anteny szczelinowej Kalkulator 6: http://www.wikarekare.org/Antenna/Waveguide.html Kalkulator anteny tubowej Kalkulator 7: http://www.antenna-theory.com/antennas/main.php Wicej o rnych typach anten

35


Dodatek:Tumienie wybranych elementw charakterystycznych dla rodowiska wewntrz budynkowego w pamie 2,4 GHz:

Numery kanaw i odpowiadajce im czstotliwoci:Kanay czstotliwoci dostpne w urzdzeniach 802.11a zale od przepisw midzynarodowych i/lub krajowych. Certyfikacja urzdze radiowych 802.11a jest moliwa w nastpujcych regionach:

FCC: USA, Kanada

36


Dla standardu 802.11b istnieje jeden model urzdzenia radiowego uywany na caym wiecie. W poniszej tabeli przedstawiono przydziay kanaw dla urzdze 802.11b.

Kanay czstotliwoci dostpne w przypadku urzdze 802.11b/g zale od przepisw midzynarodowych i/lub krajowych. Dla urzdze 802.11b/g istniej dwa modele: model FCC i model ETSI/MKK (stosowany w Europie i w Japonii). W niektrych krajach przepisy ograniczaj moliwo korzystania z urzdze 802.11b/g do okrelonych pasm czstotliwoci. W interfejsach sieci Web i CLI mona wywietli dostpne kanay zgodnie z przepisami obowizujcymi w kraju, w ktrym dziaa urzdzenie radiowe. W poniszej tabeli przedstawiono przydziay kanaw czstotliwoci dla urzdze 802.11b/g, ktre mog si zmienia zalenie od kraju.

37


38


INFORMACJE PODSTAWOWE POJCIA ZWIZANE Z ANTENAMI. ..............................1 PODZIA ANTEN WIFI: .....................................................................................................................1 CHARAKTERYSTYKA PROMIENIOWANIA ANTEN...............................................................................1 ANTENA IZOTROPOWA ......................................................................................................................2 ZYSK ENERGETYCZNY ANTENY.........................................................................................................2 WSPCZYNNIK FALI STOJCEJ WFS............................................................................................3 IMPEDANCJA ANTENY: ......................................................................................................................4 POLARYZACJA...................................................................................................................................5 PASMO. ..............................................................................................................................................6 PROPAGACJA FAL. .............................................................................................................................6 JAK CZYTA INFORMACJE O ANTENACH...........................................................................................7 CHARAKTERYSTYKA PROMIENIOWANIA ANTENY.............................................................................8 LISTKI CHARAKTERYSTYKI PROMIENIOWANIA ANTENY:.................................................................8 ANTENA KIERUNKOWA......................................................................................................................9 PRZYKADY ANTEN KIERUNKOWYCH ..................................................................................................9 ANTENA DOOKLNA ........................................................................................................................10 ANTENA PANELOWA ........................................................................................................................10 TYPY ANTEN STOSOWANYCH W TECHNOLOGII WIFI. ....................................................11 ANTENY YAGI UDA: ......................................................................................................................11 ANTENA SZCZELINOWA ...................................................................................................................14 ANTENY MIKROPASKOWE ( ZALICZANE DO PANELOWYCH) ...........................................................17 ANTENY BIQUAD ..............................................................................................................................19 ANTENY PARABOLICZNE .................................................................................................................21 OWIETLACZ ( PROMIENNIK) ANTENY PARABOLICZNEJ. ....................................................................23 ANTENA TUBOWA ............................................................................................................................25 ANTENY HELICALNE ........................................................................................................................27 ANTENA KOLINEARNA .....................................................................................................................29 ANTENA OMNI................................................................................................................................30 ANTENA GP (GRODNU PLANE) INACZEJ MARCONIEGO .................................................................31 ANTENA DIPOLOWA .........................................................................................................................32 BIBLIOGRAFIA: ...........................................................................................................................35 LINKI: ............................................................................................................................................35 DODATEK: ....................................................................................................................................36 TUMIENIE WYBRANYCH ELEMENTW CHARAKTERYSTYCZNYCH DLA RODOWISKA WEWNTRZ BUDYNKOWEGO W PAMIE 2,4 GHZ: ..............................................................................................36 NUMERY KANAW I ODPOWIADAJCE IM CZSTOTLIWOCI:......................................................36

39

Documents

Typy, Charakterystyka Anten Wlan