Klasyfikacja anten

20 Sie 2007 przez     Brak komenarzy    Kategoria: Zestawy antenowe

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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi
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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi
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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

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.

wardriving, warchalking, wireless, wlan, wi-fi, wifi

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.