Techopedia Explains High Gain Antenna HGA

High-Gain Antenna (HGA)

A high-gain antenna (HGA) is an antenna with a narrow radio beam that is used to increase signal strength. High-gain antennas provide a more precise way of targeting radio signals and are therefore very essential to long-range wireless networks. They even amplify weak signals used in satellite communication.

A high-gain antenna may also be known as a directional antenna.

Techopedia Explains High-Gain Antenna (HGA)

High-gain antennas are focused antennas with narrow radio beams, allowing for precise targeting of radio signals. This antenna is used in space missions as well as in flat, open areas where the geography won’tdisrupt radio waves.

High-gain antennas transmit more power to the receiver, increasing the strength of the signal it receives. As a result of their reciprocity, high-gain antennas can also make transmitted signals 100 times stronger by capturing more energy when used in receiving antenna. As a result of their directivity, directional antennas send fewer signals from a direction other than the main beam. This property reduces interference.

High-gain antennas can also be produced from parabolic antennas, phased arrays and yagi antennas. Antenna gains are defined with respect to hypothetical antennas that radiate equally in all directions – the isotropic radiator. This gain can be measured in decibels (dBi) or, in certain cases, decibels compared to the maximum intensity of the direction of half-wave dipoles (dBd).

Источник

What Is Antenna Gain

Find out more about antenna gain and the optimum antenna positioning for the best signals and connections.

Thinking about antennas? You need to be thinking about gain!

With any antenna, the apparent increase in signal is not an amplification of signal, but it is the act of redistribution of available Radio Frequency (RF) signal into a preferred direction. So basically, antennas only divert, direct, or concentrate radio energy in some direction, they don’t create it.

The increase in signal using an antenna is called gain and is measured in dBi. The base for dBi measurement is an isotropic radiator (idealistic model that has the same value when measured in different directions) at radio frequencies. As new RF signal is not generated, the stronger signal is achieved at the expense of most other directions.

Some people think that a higher gain antenna will give them the strongest signal and highest quality connection. This is true in some cases, but in certain applications too much gain can be a bad thing. The truth is, the answer to whether you need a higher or a lower gain antenna lies in your application.

Antenna Gain Explained

The fact that we can’t immediately see the RF waves sometimes confuses people, but don’t worry, once you know what gain really is, you can determine if more (or less) is better for any particular application.

An antenna that radiates energy equally in all directions and has no preference for radiation in any direction is said to have «no gain». You would say this no-gain situation is 0 dBi.

Omni-directionality is said to have no directivity (preference for any direction), as opposed to having the signal concentration in a particular direction, and the amount of signal in a preferred direction is quantified as gain. The +(number)dBi is said to have double the (number) gain and the -(number)dBi is creating loss, not gain following the same pattern.

Which Antenna and Gain Do I Need?

If you want to focus all of the signal to direct it to a distant target, then the high gain antenna is definitely the best choice. High gain antennas need to be pointed in a preferred direction to send RF signal so that limited signal can be intensified in desired location, as illustrated below.

Antenna location

In addition, the positioning of an antenna is key:

Antenna positioning

However, if you want to broadcast evenly to a whole room (or give omni-directional access to your wireless signal), you do not want much gain (or it’s directivity). Remember, «gain» is simply stealing radiated energy from some directions to intensify others. The higher the dBi number of the antenna, the higher the gain, but less of a broad field pattern, meaning that the signal strength will go further but in a narrower direction, as illustrated in the diagram below.

Antenna Length vs dBI

Antenna Application Example

As you can see, higher gain is not automatically better — it depends on the application. If you don’t intend to point your antenna in a particular direction, then you don’t need much gain.

For example, say you want to set up a wireless network in an outdoor beer garden of a pub. For this application you would want an Omni-directional antenna to provide 360° signal coverage for every customer.

Using a 15 dBi Omni-directional antenna, the high gain will project the WiFi signal way above the required 400 ft coverage, and will give better signal for people far outside the garden. Users within the 400 ft will actually see lower speeds and poorer signal quality. For this application, a lower gain antenna such as a 6 or 8 dBi would provide better signal quality and coverage for the pub’s customers. Additionally, a high gain antenna will not reach users sat down as the wireless signal is projected better horizontally rather than vertically. The lower dBi antenna will provide more of a round shaped signal pattern, which will then project the WiFi signal lower to the ground with better vertical reach, as illustrated in the diagram below.

Antenna reception

Antenna Gain — Things To Look Out For

You may want to take some manufacturers’ published gain figures with a pinch of salt, as figures can often published with the highest possible gain, in an ideal environment for the antenna. Even omnidirectional antennas can potentially have their ‘blind spots’ or ‘nulls’ in radiation patterns. Understanding the radiation pattern of an antenna can be a great way to identify important parameters, like the beam width of an antenna.

Moreover, you can be looking at two different antennas that have the same gain according to the spec sheets, but one of them can have the potential to perform better than the other. An understanding of where and how the antenna will be deployed is key to help determine which environmental parameters are important and in turn which antenna would suit you best.

Some antenna manufacturers, such as Ubiquiti and Poynting, publish their Radiation patterns. This insight will give you the confidence to choose which antenna is best for your application. We would recommend that you look at the gain across the required frequency band(s) and not just the published maximum gain, because antenna radiation patterns and gain change as the frequency changes.

Another thing that you have to be aware of is that walls or objects can weaken the signal. In addition, certain radios work better transmitting more power and using smaller antenna while others like to transmit less power but use larger antenna. Having a bigger antenna does not always increase usability of the signal. It may increase the total signal strength but it also can increase the noise in the signal.

Tips When Choosing Antennas

As you can see gain is an important parameter in any antenna. Manufacturers such as Poynting dedicate their whole career to designing antenna systems because it is such a complex subject. Here are some of their tips on what to look for when choosing an antenna:

Have the manufacturers performed measurements at all frequency bands and angles, using anechoic chamber or qualified antenna test range?

Have you used manufacturer measured results? If these are trustworthy and comprehensive — do they provide performance vs freq. graphs?

Have you asked for references/case studies of ‘larger customers’ who have done rigorous testing? (For Poynting this includes Vodafone, MTN, Telkom, Bell, Airstream and others.)

Источник

Question: What Is A High Gain WiFi Antenna?

A High Gain WiFi Antenna is a directional antenna (such as a Yagi antenna or parabolic grid antenna) that has a narrow radio wave beam width.

In addition to using a directional, narrow beam width, a high gain WiFi antenna typically features gain of 12-14dBi and greater.

What is WiFi antenna gain?

Antenna Power Gain

The connection range of a Wi-Fi device depends greatly on its antenna’s power gain. A numeric quantity measured in relative decibels (dB), gain represents the maximum effectiveness of an antenna compared to a standard reference antenna.

Читайте также:  Федеральный закон о Wi Fi в России

What does high gain antenna mean?

A high-gain antenna (HGA) is an antenna with a narrow radio beam that is used to increase signal strength. High-gain antennas provide a more precise way of targeting radio signals and are therefore very essential to long-range wireless networks.

Do high gain antennas make a difference?

Since an antenna does not make power, increasing gain in one direction will decrease propagation in another. Typically, antennas with gain will lose the vertical propagation or “roundness” of the pattern and become flattened and elongated with the higher gain antenna you choose.

Is a higher dBi Antenna better?

higher has more gain, but less of a broad field pattern, meaning it’ll go further but cover less area. Good if your far away and don’t move stuff around, so you can position the antenna for best reception and leave it. lower gain, covers a more broad area, but shorter distance.

Источник



What is a High Gain WiFi Antenna? (Benefits & Best Products)

High gain WiFi Antenna

You may be encountering challenges with a poor WiFi signal and wondering what to do to remedy the situation. Most of the time, the cause of a poor signal is a poor quality router that have weak antenna.

There are certain modifications that can be made to the router to ensure that you enjoy the best wireless connectivity whether indoor or outdoor. The installation of a high gain antenna will solve the problem of poor coverage and poor internet experience.

Table of Contents

Benefits of installing high gain antenna

Increased Coverage Area – the main reason why people will make use of the high gain antenna is to increase your wireless broadcast range. With improved coverage, you can have a strong WiFi connection in every room of your home or smaller office building and some outdoor areas from a single router.

Better Broadcast Control – the replacement of high gain omnidirectional Wifi antennas with high gain directional WiFi antennas will provide you with precise control of the best direction for your WiFi broadcast.

Faster WiFi Speed – the best high gain WiFi antennas will not only increase the broadcast range but will also offer a huge boost to throughput ensuring efficiency and best internet experience.

Types of high gain WiFi antennas

There are two major types of high gain WiFi antennas that you can use:

Omni-directional high gain antenna

This type of antenna broadcasts radio frequencies in all directions creating a large sphere of coverage. The antenna has capability to send and receive signals in a circumference around the antenna. The setting up of these antennas is quite straightforward since you will not determining the best direction to point the antenna. There are basically no benefits to trying to align omni directional WiFi antenna to a specific direction.

The best omnidirectional antenna are fairly portable and consumer a minimal amount of power making them ideal when you travel a lot. The antenna are the best suited for network hubs especially because they offer better speeds when users are closest to the WiFi antenna which is testament to their short range. However, you will lose significant amounts of signal where it has to pass through obstacles such as walls.

Directional high gain antenna

They usually broadcasts radio frequency in a specific direction thereby enhancing the sending and receiving of signals in the specific direction they are pointed. They are normally available in two shapes – the rod-shaped and the satellite-dish shaped WiFi antenna. The satellite dish-shaped antenna may offer a wider degree of coverage compared to the narrow range of the rod-shaped antenna. The calibration of direction must be done in a careful manner since you will have no ability to send and receive signals in another direction other than that of your long range antenna.

A major advantage of the directional antenna is that it offers the longest possible range but also has the disadvantages of diminished security and will not be the best for setting up a network hub. Gaming enthusiasts can take advantage of the directional antenna for good signal strength and greater speeds.

In comparison to the omnidirectional antenna, the directional long range antenna are not easy to setup, offer fantastic range but only in a narrow direction, have good speeds, have high power consumption, and have average portability.

It is worth mentioning that there are other types of highly specialized high gain WiFi antennas such as the Yagi antenna, which are a subtype of the directional antenna but are more sophisticated. Yagi antenna, also referred to as parabolic antenna, have the potential to broadcast a WiFi signal over a few miles. They are larger, less portable, and make use of numerous multiple rod-shaped elements to send and receive signals. One significant advantage is that they have lower power consumption compared to other directional WiFi antenna.

The Yagi antenna are an ideal compromise when bridging isolated networks especially where other more powerful directional antenna do not provide sufficient ability to redistribute a wireless signal at the receiving end. The speeds may not be high but it is a good economic tradeoff and has a wider reception angle

Factors to Consider When Looking For the Best High Gain Wifi Antenna

When you decide to get a high gain WiFi antenna, consider the following four factors before committing to make the purchase.

1. Wireless Standards

There are different wireless standards that guide the frequency (2.4ghz or 5GHz or dual band) and broadcast range in use. WiFi is simply not just WiFi in the manner that you can interchange router and other equipment or simply just deploy and commission a router or other equipment without encountering compatibility issues especially for devices that do not support dual band.

Some of the latest and most popular wireless standards are 802.11ac which makes use of the 5 GHz broadcast frequency to offer coverage at between 100 and 150 feet from a router and at speeds that reach 1Gbps. Another popular standard is 802.11n which makes use of the 2.4ghz frequency to broadcast for distances of between 200 and 250 feet from a router and reaches speeds of up to 300 Mbps.

Other standards offer dual band making sure router can be configured from its settings manually or automatically to work with any selected frequency. Check to see if you may have an older router that make use of older wireless standards especially 2.4ghz that may not support the throughput and ranges of the latest devices and equipment.

2. Router Placement

Router placement has a profound impact on the broadcast range which will be severely reduce if a router is placed in a secluded corner or is placed amidst obstacles such as walls. Placing a router at a corner may mean that other rooms in your home will not have wireless coverage. The ideal location for a WiFi router is at the most central location of your home or office so that WiFi signals remain strong in all rooms.

3. Broadcast Channel

Channel selection is an important factor to have in mind since a router broadcast WiFi signals on a specific channel. Some of the default channels will be taking up other wireless signals from neighboring buildings. Take time to learn how to identify a unique wireless channel for your router to enjoy interrupted strong WiFi signals. Alternatively, there are routers that have smart technology that make channel selection easy for an optimally strong indoor and outdoor WiFi signal.

Generally, WiFi can be broadcast on two frequency bands: the 2.4ghz and 5GHz ranges. For comparison, the 2.4ghz is preferred for covering a larger range and is slower whereas the 5 GHz is the faster but covers a shorter range. The 2.4ghz and 5GHz frequency bands in turn have broadcast channels that are used to offer wireless coverage.

Many routers will have a default specification for the channel used to broadcast. Other routers will automatically pick a broadcast channel that will offer optimal signal levels depending on the prevalent conditions such as interference from nearby outdoor WiFi networks.

4. Integrated Power Boost

Make use of routers that have the power boost setting available in the administration panel. It will allow you to optimize power for a high gain antenna. If you have no idea about the presence of this setting, search online for your router type and check to see if it has the power increase setting to know if you can install the high gain antenna.

Читайте также:  Обзор маршрутизатора Apple AirPort Time Capsule A1470 стоит весь в белом красивый

Long Range WiFi Antenna That Offer 5 Miles of Range

You might be staring at the challenge of getting a few extra feet of wireless coverage outdoor of your home or office. In other instances, you may want to get a signal from a building a few miles removed from your access point. In both instances, a long range WiFi antenna will do the job seeing that it has greater capability over the common antenna in the box from your cable provider.

There are different types of long range outdoor WiFi antenna that can actually offer up to 7 miles of range meaning that you can stay connected to the world of information irrespective of your location. The mounting of your antenna should be in such a way that it points vertically upward and that it has the necessary clearance from other transmitters.

The choice of long range WiFi antenna will be depend on information such as power, range, speed, weatherproofing, portability, USB compatibility, and security options. Clearly identify your needs and choose a long range antenna that fully supports your indoor and outdoor WiFi needs.

Here is our list of best High Gain wifi Antennas that you can buy.

The following are some of the best-reviewed long-range WiFi antenna for their ease of deployment and remarkable performance.

The SimpleWiFi Ultra Long Range WiFi Extender G2424 (rights reserved)

This is a heavy-duty long-range extender that offers point to point extension for a range of up to 8 miles through a narrow beam that gives 24dBi of gain. It offers up to 150 Mbps in data transfer speed over the 2.4ghz frequency range; and up to 1.3 Gbps over the 5 GHz frequency range.

The setting up of the antenna is easy and it will hold up well in a wide range of weather conditions. Compatibility with a number of wireless standards on the 2.4ghz and 5GHz frequency bands will make the best choice without having to spend tons of cash on equipment. The disadvantages of the G2424 are it large size and unsuitability for wide area coverage. Check for the pricing of the extender on amazon.com.

The TP-Link EAP225 AC1200 Wireless MU-MIMO Gigabit Indoor/Outdoor WiFi antenna

This omnidirectional antenna makes use of 2×2 MIMO technology and has two detachable 5dBi antenna which provides stable wireless coverage. The antenna is small in size but packs a punch with an ability to achieve speeds of up to 300Mbps on the 2.4ghz frequency band and 360-degree coverage.

Being small in size and coupled with a powerful mounting design, it is easy to mount and is ideal for outdoor applications. The antenna is IP65-rated which means that it can withstand extreme weather conditions.

The International Protection Marking also referred to as the Ingress Protection Marking (IP) is used to classify and provide a rating for the degree of protection a device can offer against the intrusion of dust, water, and accidental fall/contact Protection is achieved through a combination of mechanical casings and electrical enclosures as per the guidelines published by the International Electrotechnical Commission.

Источник

Характеристики WiFi оборудования

Подробно о характеристиках WiFi оборудования

Для многих, кто только начинает свое знакомство с WiFi, технические параметры беспроводного оборудования могут казаться не совсем понятными. Особенно, если спецификация — на английском языке, как в случае MikroTik, Ubiquiti и других вендоров.

Попробуем рассмотреть некоторые наиболее важные параметры — что они означают, на что влияют, в каких случаях и на какие нужно обращать внимание.

Мощность передатчика (Tx Power, Output Power)

Разные единицы измерения. Некоторые производители указывают мощность в mW, некоторые — в dBm. Перевести dBm в mW и наоборот, не забивая себе голову формулами перерасчета, можно с помощью нашего калькулятора.

Стоит заметить, что зависимость между этими двумя представлениями мощности — нелинейная. Это легко увидеть при сравнении готовых значений в таблице соответствий, которая расположена на той же странице, где и вышеприведенный калькулятор:

  • Увеличение мощности на 3 dBm дает прирост в мВт в 2 раза.
  • Увеличение мощности на 10dBm дает прирост в мВт в 10 раз.
  • Увеличение мощности на 20dBm дает прирост в мВт в 100 раз.

Т. е., уменьшив или увеличив мощность в настройках «всего лишь» на 3 дБм, мы фактически понижаем или повышаем ее в 2 раза.

Чем больше, тем лучше? Теоретически, существует прямая зависимость — чем больше мощность, тем лучше, дальше «бьет» сигнал, тем больше пропускная способность (объем передаваемых данных). Для магистральных каналов точка-точка с направленными антеннами, поднимаемых на открытых пространствах, это действует. Однако во многих других случаях не все так прямолинейно.

  • Помехи в городе. Выкрученная на максимум мощность может скорее повредить, чем помочь в городских условиях. Слишком сильный сигнал, переотражаясь от многочисленных препятствий, создает массу помех, и в итоге сводит на нет все преимущества большой мощности.
  • Засорение эфира. Неоправданно мощный сигнал «забивает» канал передачи и создает помехи для других участников WiFi-движения.
  • Синхронизация с маломощными устройствами. Снижать TX Power может быть необходимо п ри соединении с маломощными устройствами. Для хорошего качества соединения, особенно двусторонне ёмкого трафика, такого как интерактивные приложения, онлайн-игры и т. д. нужно добиваться симметрии скорости для входящих и исходящих данных. Если же разница в мощности сигнала между передающим и принимающим устройствами будет значительна, это скажется на соединении не лучшим образом.

Мощности должно быть ровно столько, сколько необходимо. Даже при настройке точек доступа советуется сначала сбросить мощность до минимума и постепенно повышать, добиваясь наилучшего качества сигнала. При этом помните о нелинейной зависимости между мощностью, выраженной в дБм и фактической энергетической мощностью, о чем мы говорили в начале статьи.

Важно также учитывать, что дальность и скорость зависят не только от мощности, но и от КУ (коэффициента усиления) антенны, чувствительности приемника и т. д.

Чувствительность приемника (Sensitivity, Rx Power)

Чувствительность приемника WiFi — это минимальный уровень входящего сигнала, который способно принять устройство. От этой величины зависит, насколько слабые сигналы приемник сможет расшифровать (демодулировать).

Соответственно этому можно подобрать оборудование для условий, в которых вы хотите поднять беспроводное соединение.

«Слабый» в данном случае не обязательно — «недостаточно мощный». Слабым сигнал может быть как в результате естественного затухания при передаче на дальнее расстояние (чем дальше от источника — тем слабее уровень сигнала), поглощения преградами, так и в результате плохого (низкого) соотношения сигнал/шум. Последнее важно, так как высокий уровень шума заглушает, искажает основной сигнал, вплоть до того, что принимающее устройство не сможет его «выделить» из общего потока и расшифровать.

Чувствительность (RX Power) — это второй важный фактор, влияющий на дальность связи и скорость передачи. Чем абсолютное значение чувствительности больше, тем лучше (например, чувствительность в -60 dbm хуже, чем -90 dBm).

Почему чувствительность отображается со знаком минус? Чувствительность определяется подобно мощности в dBm, но со знаком минус. Причина этого — в определении dBm как единицы измерения. Это относительная величина, и отправной точкой для нее служит 1 мВт. 0 дБм = 1 мВт. Причем соотношения и шкала этих величин устроены своеобразным образом: при увеличении мощности в мВт в несколько раз, мощность в дБм растет на несколько единиц (аналогично мощности).

  • Мощность радиопередатчиков больше, чем 1 мВт, поэтому выражается в положительных величинах.
  • Чувствительность радиопередатчиков, или точнее — уровень входящего сигнала, всегда намного меньше 1 мВт, поэтому ее принято выражать в отрицательных величинах.

Представлять чувствительность в в мВт просто-напросто неудобно, так как там будут фигурировать такие цифры, как 0.00000005 мВт, к примеру. А при выражении чувствительности в dBm мы видим более понятные -73 dbm, -60dBm.

Чувствительность и мощность

Чувствительность — неоднозначный параметр в характеристиках точек доступа, роутеров, и т. п. (впрочем, как и мощность, на самом деле). В реальности он зависит от скорости передачи сигнала и в характеристиках оборудования обычно указан не одной цифрой, а целой таблицей:

Чувствительность принимающей антенны

На скриншоте из спецификации Nanobeam M5-300 перечислены различные параметры передачи сигнала WiFi (MCS0, MCS1 и т. д.) и то, какую мощность и чувствительность сигнала показывает устройство с ними.

Здесь мы упираемся в еще один вопрос — что означают все эти аббревиатуры ( MCS0, MCS1, 64-QAM и т. д.) в спецификациях , и как нам все-таки с их помощью определить чувствительность точки?

Что такое MCS (Modulation and Coding Scheme)?

MCS в переводе с английского расшифровывается как «модуляции и схемы кодирования». В обиходе его иногда называют просто «модуляции», хотя в отношении MCS это не совсем верно.

Читайте также:  Wifi приставки для принтеров

Что такое модуляция

Что такое модуляция? Для согласования пространственных потоков между различными устройствами и повышения эффективности передачи в радиотехнике уже довольно давно используются модуляции сигнала. Модуляция — это когда на несущую частоту накладывается сигнал с информацией, видоизмененный определенным образом (шифрование, изменение амплитуды, фазы и т. д.).

В результате получается модулированный сигнал. Со временем изобретаются все новые, более эффективные методы модуляции.

Но MCS-индекс, который устанавливается стандартами IEEE, означает не просто модуляцию сигнала, а совокупность параметров его передачи:

  • тип модуляции,
  • скорость кодирования информации,
  • количество использованных при передаче пространственных потоков (антенн),
  • ширину канала при передаче,
  • длительность защитного интервала.

Например, если мы выберем из вышеприведенной спецификации лучшее сочетание мощности (26 dBm) и чувствительности (-96 dBm) — это MCS0.

  • 1 антенна (1 пространственный поток)
  • Скорость передачи от 6,5 Мбит/сек на канале 20 МГц до 15 Мбит/сек на канале 40 МГц.

Например, в той же спецификации на Nanobeam возьмем MCS15: мощность 23 dBm, чувствительность -75 dBm. В таблице этому индексу соответствует 2 пространственных потока (2 антенны) и скорость от 130 Мбит/сек на канале 20 МГц до 300 Мбит/сек на 40 МГц.

Собственно, именно на этих параметрах (2 антенны, 20 МГц, 130/144.4 Мбит/сек) в большинстве случаев и работает Nanobeam (MCS15 в поле Max Tx Rate в AirOS обычно выставлено по умолчанию).

Таким образом, стандартная, то есть используемая чаще всего, чувствительность Nanobeam M5-300: -75 dBm.

Однако следует учесть то, что иногда нужнее как раз не высокая скорость, а стабильность линка, или дальность, в этих случаях в настройках можно изменить модуляцию на MCS0 и другие низкие канальные скорости.

Таблицу MCS-индексов (или таблицу скоростей, как ее иногда называют) также используют для обратного поиска: просчитывают, какой скорости можно добиться на определенной мощности и чувствительности Wi-Fi оборудования.

Ширина полосы (Channel Sizes)

В WiFi для передачи данных используется разделение всей частоты на каналы. Это позволяет упорядочить распределение радиочастотного эфира между разными устройствами — каждое оборудование может выбрать для работы менее зашумленный канал.

Упрощенно такое разделение можно сравнить с шоссе. Представьте, что было бы, если вся дорога была одной сплошной полосой (пусть даже односторонней) с потоком машин. А вот 3-4 полосы уже вносят определенный порядок в движение.

Складываем и делим. Стандартная ширина канала в WiFi — 20 МГц. Начиная с 802.11n была предложена и регламентирована возможность объединения каналов. Берем 2 канала по 20 МГц и получаем 1 на 40 МГц. Для чего? Для увеличения скорости и пропускной способности. Шире полоса — больше данных можно передать.

Объединение каналов

Недостаток широких каналов: больше помех и меньшее расстояние передачи данных.

Существует также обратная модификация каналов производителями: уменьшение их ширины: 5, 10 МГц. Узкие каналы дают большую дальность передачи, но меньшую скорость.

Модифицированная ширина канала (уменьшенная или увеличенная) и есть ширина полосы.

На что влияет: на пропускную способность и «дальнобойность» сигнала, наличие нескольких полос — на возможность тонкой подстройки этих характеристик.

Усиление антенны (Gain)

Это еще один важный параметр, который влияет на дальность сигнала и пропускную способность.

Под усилением антенны WiFi не следует понимать то, что она добавит вашему сигналу мощности. Антенна — пассивное устройство, не потребляющее электроэнергию, и не может «добавлять мощность» хотя бы по закону сохранения энергии.

Коэффициент усиления (КУ) — это относительная величина, которая измеряется в изотропных децибелах (dBi). За отправную точку для расчета этого коэффициента (тех самых цифр, которые мы видим в графе «Усиление антенны» в технических характеристиках) берется виртуальная (несуществующая) эталонная изотропная антенна.

Каким же образом антенна может усиливать сигнал?

Возьмем для примера фонарик с возможностью изменения фокусировки луча.

Усиление антенны на примере фонарика

Широкий луч будет освещать большую площадь, но недалеко.

Узкий луч будет освещать меньшую площадь, но «достанет» дальше.

Примерно так же работает и усиление антенны.

Посмотрим на примере диаграммы направленности.

Диаграмма направленности (ДН) — графическое отображение распространения мощности сигнала WiFi от источника. По радиусу диаграммы откладывается значение усиления антенны. Поскольку луч распространяется в пространстве и горизонтально, и вертикально, то и диаграммы направленности делаются в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной.

ДН эталонной (несуществующей) изотропной антенны:

Как видите, здесь излучение идет во все стороны, и в горизонтальной плоскости, и в вертикальной. В трехмерном виде это выглядит примерно так:

Диаграмма направленности эталонной антенны 3D

В реальных же антеннах — направленных, секторных и даже всенаправленных — антенна перераспределяет сигнал, «фокусирует» его.

Диаграмма всенаправленной антенны.

На рисунке — ДН антенны Omni (поляризация антенны двойная, поэтому представлены «срезы» горизонтальной и вертикальной плоскостей обеих поляризаций).

В вертикальной плоскости (Elevation) диаграмма всенаправленной антенны «сжалась», сузилась. Перераспределенная энергия пошла на усиление сигнала в горизонтальной плоскости, антенна «добавила» мощности в одном направлении, «забрав» его у другого.

Именно поэтому всенаправленные антенны чаще всего имеют самое маленькое усиление, а направленные — самое большое (больше потенциала для перераспределения сигнала).

Конечно, усиление антенны неравномерно на всей площади покрытия. Если в параметрах направленной антенны указано, например, 20 dBi, то это усиление относится только к главному лепестку антенны, не к боковым. Существуют формулы расчета усиления, и, соответственно, мощности в любой точке диаграммы направленности, но мы не будем здесь на них останавливаться.

Так на сколько увеличилась мощность благодаря усилению антенны? Несмотря на то, что мощность и усиление антенны выражаются, казалось бы, разными величинами (dBm и dBi), на самом деле и то, и то — децибелы, просто отсчет ведется от разных опорных точек. Децибелы можно спокойно складывать и вычитать между собой, собственно, в этом их прелесть.

Поэтому, зная мощность передатчика (в dBm) и коэффициент усиления антенны (в dBi), можно рассчитать какой стала мощность после усиления (по главному лепестку диаграммы направленности). Складываем мощность (например 23 dBm) и усиление (например, 30 dBi) и получаем 53 dBm.

Переведя dBm в мВт, видим, что мощность возросла с 200 мВт (23 дБм) почти до 200 Вт!

Угол антенны, ширина луча (Beamwidth, degree)

Угол антенны или ширина луча — характеристика, которая важна для правильного подбора оборудования для различных целей (создание Wi-Fi моста, установка базовой станции и т. д.).

К примеру, для базовой станции не используется оборудование с узконаправленным лучом, а для моста (бридж) наоборот, такие точки доступа, как PowerBeam M5-300, будут наиболее эффективны.

Иногда ширину луча или угол антенны называют также диаграммой направленности, хотя, на наш взгляд, это не совсем верно, или же углом диаграммы направленности, что более соответствует действительности.

Не следует путать этот параметр с углом наклона антенны, ниже на изображении видна разница между этими двумя понятиями.

Сигнал WiFi распространяется не прямой линией, а лучом. Соответственно, если сделать срез такого луча, мы получим его геометрическое представление. Примерно так, как на картинке.

Ширина луча, угол антенны визуально

Угол антенны определяется в двух плоскостях: вертикальной и горизонтальной. В технических характеристиках это может обозначаться как Azimuth (по горизонтали, грубо говоря распространение сигнала относительно стоящего на земле человека вправо и влево) и Elevation (по вертикали, распространение сигнала WiFi вверх и вниз). Эти характеристики также могут приводиться отдельно для горизонтальной (H-pol) и вертикальной (V-pol) поляризации антенны.

Соответственно, при подборе оборудования необходимо учитывать угол антенны в обеих плоскостях. Например, довольно часто всенаправленные антенны имеют угол 360° в горизонтальной плоскости и очень узкий (7°, к примеру, у AMO-5G13) в вертикальной.

Это означает, что если по горизонтали клиентское оборудование можно располагать где угодно, и оно будет в зоне покрытия WiFi, то по вертикали нужно будет поднять его на определенную высоту, чтобы попасть в зону действия сигнала.

Как определить угол антенны (ширину луча) по диаграмме. Если угол антенны (ширина луча) не указана в технических характеристиках, ее можно определить по все той же диаграмме направленности. Шириной луча будет являться угол, построенный с помощью трех точек:

  • центра диаграммы,
  • 2-х точек пересечения линии диаграммы антенны (лепестков) с условной окружностью на уровне -3 dBi. Почему именно 3 dBi — не будем вдаваться, это принятая величина половинной мощности.

Понятнее будет, если увидеть это в графическом отображении.

Например, возьмем, ДН Mikrotik SXT ac.

Диаграмма направленности RBSXTG-5HPACD

Диаграммы направленности от MikroTik хороши тем, что угол антенны (ширина луча) там уже прорисован (синие линии).

На остальных такой угол можно прочертить и измерить самим (школа, уроки геометрии, транспортир :))

Виды антенн в зависимости от ширины луча (угла). Как уже упоминалось, антенны бывают всенаправленными, секторными и направленными. Определяет это угол антенны — т. е ширина луча сигнала WiFi — в горизонтальной плоскости.

  • Всенаправленные антенны имеют угол луча 360°
  • Секторные — чаще всего 60 ° , 90 ° , 120 ° и др., они делят общую окружность на равные сектора.
  • Узконаправленные — 3 ° , 5 ° , 8 ° и т. д.

Надеемся, что информация была вам полезной :).

Об остальных параметрах (поляризация антенны, MIMO, и т. д.) — в следующей статье.

Источник

Опубликовано в рубрике WiFi