2006-11-27
Klasyfikacja i charakterystyka zewnętrzych anten Wireless
Papa32
W bezprzewodowych połączeniach
komputerowych na duże odległości stosujemy, specjalne, zewnętrzne
anteny. Nie są to żadne rewolucyjne konstrukcje, ale modyfikacje na
pasmo 2,4GHz znanych od lat anten. W niniejszym artykule postaram sie
przedstawić używane w sieciach Wi-Fi anteny oraz opisać ich
właściwości.
W świecie mobilnej elektroniki trudno
wyobrazić sobie nasze życie bez wykorzystania fal radiowych.
Spotykamy je praktycznie wszędzie - telewizja naziemna i
satelitarna, podczernień w pilotach oraz telefonach komórkowych,
różnego rodzaju radia, bezprzewodowe sieci komputerowe, telefonia
komórkowa i wiele innych. Człowiek wykorzystuje już prawie całe
spektrum fal elektromagnetycznych promieniowania niewidzialnego.
Warto więc przybliżyć trochę ten temat, objaśnić
klasyfikacje podstawowych konstrukcji antenowych wykorzystywanych
przez nasz w paśmie 2,4GHz oraz wytłumaczyć ich działanie i
budowę.
Ze względu na bardzo różne czynniki
anteny dzielimy na kilka typów:
1) Antena Yagi-Uda
Ta
antena została opracowana w latach dwudziestych XX przez Hidetsugu
Yagi i Shintaro Uda (stąd nazwa). Przez konstruktorów została
nazwana kanałem falowym, później jednak znana była jako antena
Yagi.
Zdjęcie
jest własnością firmy COEL
Jest
to antena kierunkowa, o polaryzacji pionowej bądź poziomej co
zależy od ustawienia dipola. Antena taka składa się z elementów
biernych i czynnych. Do tych pierwszych należą direktory (nadające
kierunek) oraz reflektor. Elementem aktywnym jest dipol – prosty,
pętlowy lub półotwarty.
Anteny te stosujemy do
połączeń punkt-punkt oraz punkt-wielopunkt. Ze względu na
stosunkowo prostą konstrukcje i popularność sieciowych
kalkulatorów znalazły zastosowanie w sieciach bezprzewodowych i są
tam bardzo często wykorzystywane.
2)
Antena tubowa
To
typ anteny kierunkowej pracującej w polaryzacjach linowych. Istnieją
tuby sektorowe, jednak nie znalazły one jeszcze zastosowania w
sieciach bezprzewodowych.
Antena
tubowa składa sie z tuby (falowodu) w której rozchodzą się fale
oraz ich odbiornika, umieszczonego w miejscu maksymalnego skupienia
się fal. Zwykle są nim przedłużenia złącza typu N, ze względu
na łatwość montażu.
Ze względu na trudną budowę
tuby, oraz brak możliwości dokładnego wyliczenia rozchodzenia się
w niej fal (jest to możliwe jedynie przy tubach o przekroju w
kształcie kwadratu lub koła). anteny te nie znalazły szerokiego
zastosowania w sieciach bezprzewodowych. Znana powszechnie jest
jednak pewna konstrukcja takiej anteny z puszki po Pringel's. To jest
właśnie najprostsza antena tubowa.
3)
Antena mikropaskowa
To
rodzaj anteny kierunkowej, wykonanej poprzez naniesienie odpowiednio
ukształtowanych ścieżek przewodnika na powierzchnię izolującą,
czyli laminat.
Zdjęcie
jest własnością firmy COEL
Paski,
które są dipolami, są połączone ścieżkami łączącymi.
Długości ścieżek łączących dobiera się, tak by sygnały z
poszczególnych dipoli docierały do punktów wspólnych w fazie a
przez to wzmacniały się. Czas dotarcia sygnału oraz własności
dipola zależą od długości fali dlatego dobierając odpowiednio
długości dipoli i pasków można ukształtować zależność
czułości anteny od częstotliwości.
Anteny te ze
względu na liczne zalety (mały wymiary, waga, prostota wykonania,
niskie koszty produkcji) znalazły zastosowania niemal w każdej
dziedzinie radioelektroniki, w tym także w sieciach Wi-Fi: anteny
zintegrowane z urządzeniami elektronicznymi i zewnętrzne anteny
mikropaskowe.
4)
Anteny reflektorowe
To
spora grupa anten, do której należy sklasyfikować kilka znanych
konstrukcji. Mają one zawsze polaryzacje liniową, pionową lub
poziomą zależnie od położenia względem ziemi elementu aktywnego.
Wszystkie anteny reflektorowe są kierunkowe (wyjątek stanowi pewna
amatorska, lecz ciekawa konstrukcja dookolnego quada).
A)
Quad
Standardowy
quad składa się z metalowego (lub powlekanego metalem) ekranu
maksymalnie skupiającym falę oraz dipola, którego zadaniem jest
jej odbieranie. Taki odbiornik umieszczony jest zwykle w plastikowej,
hermetycznej puszce by uchronić go przed zjawiskami atmosferycznymi.
Zysk
energetyczny takich anten wynosi od 10dbi do 15dbi, a moze i
wiecej...
Istnieją inne anteny quadowe. Każda z nich
opiera się jednak na podobnym dipolu. Liczba dipoli może być
znacznie większa, można je układać jak w Yagi i dokładać
direkty dla wzmocnienia sygnału. Jest to szerokie pole do popisu dla
konstruktorów anten, nie wykorzystane jeszcze przez amatorów
Wi-Fi.
B)
antena z reflektorom kątowym
Zdecydowałem
sie na zamieszczenie tego podpunktu ze względu na pewną konstrukcje
dla 2,4GHz krążącą w Internecie. Nie jest to żaden falsyfikat
czy coś w tym stylu jak niektórzy sądzą, to najzwyklejsza w
świecie antena. Składa się ona z dipola otwartego i dwóch
reflektorów skupiających fale.
C)
parabola i offset
Anteny te składają się z oświetlacza oraz talerza. Anteny
paraboliczne są często mylone z offsetowymi. Czym one się różnią?
Otóż antena offsetowa jest skierowane w dół, czyli jest
standardową anteną stosowaną w sieciach bezprzewodowych, natomiast
antena paraboliczna jest bezpośrednio nakierowana na odbiornik, zaś
oświetlacz znajduje się w jej środku (stoi na trzech nóżkach).
Anteny offsetowe zastąpiły parabole, dlatego zapewne przyjęło się
je tak (mylnie) określać.
Zysk energetyczny zależy od
rozmiaru talerza i sprawności oświetlacza.
5)
Antena kolinearna
To
typ anteny dookolnej, czyli promieniującej 360* w poziomie.
anteny
takie dla Wireless składają się z odpowiednio długich (½ fali)
kabli koncentrycznych, połączonych ze sobą na przemian - oplot do
gorącej żyły i na odwrót. Można także spotkać konstrukcje
bardziej zaawansowane oparte na odpowiednio ukształtowanym
przewodniku, co jednak jest bardzo trudne do osiągniecie bez
profesjonalnych narzędzi.
Pracują one w polaryzacji
pionowej i znalazły zastosowanie w budowie małych sieci
osiedlowych. Anteną koolineraną jest omini.
6)
Antena szczelinowa
Antena
ta należy do grupy anten sektorowych, tzn. jest przeznaczona do
pokrycia dużej przestrzeni, a nie do nawiązywania bezpośrednich
połączeń. Odmianą anteny szczelinowej jest semi-dookolna, o
charakterystyce promieniowania w kształcie ósemki.
Antena
taka składa się z falowodu (zwykle profilu alumninowego) z
odpowiednio wyciętymi szczelinami. Fala elektromagnetyczna wpadając
do środka przez szczelinę o odpowiednich rozmiarach ulega
rezonansowi i zostaje odebrana przez element aktywny, czyli stożek
lub igłę.
Zysk energetyczny takiej anteny zależy w
dużej mierze od ilości szczelin. anteny te pracują we wszystkich
polaryzacjach liniowych, zależnie do położenia szczeliny.
7)
Antena śrubowa
Konstrukcja
ta zwana też anteną helikalną jest typem anteny kierunkowej. Jest
to konstrukcja dość niezwykła, jednak nie nadająca się do
zastosowań w sieciach bezprzewodowych, a pomimo to i tak często
używana. Składa się ona z elementu aktywnego - cewki oraz biernego
- spirali nadającej kierunek i kształt fali.
Szczególną
właściwością anteny helikalnej jest jej polaryzacja – kołowa.
Otóż oddziaływają na nie wszystkie inne polaryzacje liniowe, a
wiec zbiera maksimum śmieci z pasma 2,4GHz, dlatego też antenom tym
towarzyszą znaczne szumy. Nie warto więc stosować anten
helikalnych, tak ze względu na trudną budowę jak i dodatkowe
szumy.
Zysk energetyczny tych anten zależy od spirali
(im jest dłuższa, tym mocniej skupia fale, a więc tym większy
osiąga zysk).
Właściwie przedstawiłem już
wszystkie popularne rodzaje anten dla Wi-Fi. Na pewno z czasem będzie
ich coraz więcej, a więc i do tego artykułu dodam kilka nowych
pozycji. Tymczasem pragnę poprosić naszych gości o kilka ładnych
zdjęć o wysokiej jakości (min 500px szerokości). Potrzebujemy
fotek anteny z reflektorem kontowym, paraboli lub offsetu, anteny
sektorowej lub helikalnej.
Źródło: warxing.pl