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無線區域網路天線概論

無線區域網路天線概論. 第四章. 班級：電通四甲. 組員：李泓儀、賴世陽. 學號： N49413008 、 N49413012. 報告組別：第 16 組. 指導老師：江啟忠老師. 簡介. 無線通訊之所以能影響人類生活甚鉅 主要還是對於無線電波傳導應用的發掘與掌握 其中又以天線理論的應用最為顯著 無線通訊用的天線裝置應用非常廣泛 如、家用的收音機、行動電話甚至 電視台的發射站、軍用衛星等裝置. 4-1 無線電波常識. 電腦將數位資料通過匯流排傳給無線區域網路卡 經過基頻電路 (Base-Band) 調變至載波 (Carrier) 上成為類比訊號

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無線區域網路天線概論

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Presentation Transcript

  1. 無線區域網路天線概論 第四章 班級：電通四甲 組員：李泓儀、賴世陽 學號：N49413008、N49413012 報告組別：第16組 指導老師：江啟忠老師

  2. 簡介 • 無線通訊之所以能影響人類生活甚鉅 主要還是對於無線電波傳導應用的發掘與掌握 • 其中又以天線理論的應用最為顯著 • 無線通訊用的天線裝置應用非常廣泛 如、家用的收音機、行動電話甚至 電視台的發射站、軍用衛星等裝置

  3. 4-1 無線電波常識 • 電腦將數位資料通過匯流排傳給無線區域網路卡 • 經過基頻電路(Base-Band)調變至載波(Carrier)上成為類比訊號 • 再藉高頻電路推進至該通訊頻道，經過天線(Antenna)的發射傳遞至空中

  4. 從反方向來看，天線也扮演接收者的角色 • 接收空中的高頻信號並且轉換處理為基頻訊號 • 再傳回電腦本身的通訊介面

  5. 天線在傳遞與接收無線電波訊號的關鍵性

  6. 天線處理的是無線電波信號，雖然看不到、摸不著，但可以以空氣中傳導的聲波來想像無線電波的物理行為天線處理的是無線電波信號，雖然看不到、摸不著，但可以以空氣中傳導的聲波來想像無線電波的物理行為 • 當無線電波碰到障礙物時，在那個點上必然產生反射 (Reflection)，反射電波會造成所謂『多重路徑』的負面效果

  7. 綠色線是碰到障礙物後的反彈路線

  8. 4-2無線區域網路通訊限制與功率計算 首先得要先認識兩個名詞： • 『增益』－ 就是增加傳輸電波的震幅，也就是予以放大的意思 • 『衰減』－ 就好像聲音在空氣間傳遞，音量會越來越弱，原因是碰到了『阻抗』，使波的震幅就變得越來越小

  9. 增益對天線發射電波產生凝聚作用的空間描述

  10. 雖然從上一張圖片，我們可以看出高增益的密度雖然從上一張圖片，我們可以看出高增益的密度 比低增益的密度來的高，但這不代表就一定能增 加發射能量，嚴格的說，只是把能量凝聚濃縮起 來往某方向發送，整體來說發射端所放送的能量 並沒有增加，只是因為『聚焦』(Focus)的關， 對接收端而言好像發射功率變強了

  11. 無線區域網路設備 • 無線區域網路設備的無線電波發射端，在天線與無線區域網路卡之間，存在著些許的連接器(Connector)與纜線(Cable) • 天線之前的裝置在 FCC 法規中統稱為 Intentional Radiator 系統 • 輸出功率(EIRP；Equivalent Isotropically Radiated Power)，又稱為等向發射功率

  12. 簡稱IR 等向發射功率 綠色框框內的架構，整稱為Intentional Radiator系統

  13. 美國聯邦通訊委員會(Federal Communications Commission；FCC) FCC規範下 點對多點的無線區域網路橋接器的最大功率限制

  14. FCC在點對多點無線區域網路橋接器 有個聽起來很奇怪的實行法則： 「當使用超過6dbi天線時，每增加3dbi天線增益，則IR必須在30dbm以下，等同降低3db」 意思就是要將EIRP控制在36dbm

  15. FCC規範下 點對點的無線區域網路橋接器的最大功率限制 由此可看出 EIRP和最大天線增益 跟 IR輸出功率 成反比

  16. FCC在點對點的網路橋接器的規範不同 對他也有個實行法則： 「當使用超過6dbi天線時，每增加3dbi天線增益，則IR必須在30dbm以下，等同降低1db」 可看出規範是比較輕鬆的，適用於常距離的無線 傳輸，但天線前的IR都必須控制在30dbm之內

  17. 4-3 微波天線理論與規格 • 此部份有個很重要的名詞，叫做『訊噪比』；SNR(Signal To-Noise Ratio) • 一般都是希望SNR越大越好，也就是說訊號本身要比噪音強，這樣才能減少被干擾的機會 • 天線的規格主要分為以下兩大類： • 『等向性』天線(Omni-directional antenna) • 『指向性』天線(Directional antenna)

  18. 等向性天線 • 顧名思義就是在水平方向360度全方位等量發 射的天線，一般我們見到的偶極天線就是屬於 這個範疇 • 無特定電波發送方向，較具彈性．適用於家庭 無線網路簡易安裝 • 此外『點對多點』橋接的應用也以此居多

  19. 指向性天線 • 是對某個特定方向而發射主要的訊號，一般而言都是增益較大的天線 • 越大的增益會對指向性天線帶來越狹窄的發射，也就是將發散的能量聚集，以求達到較遠的通訊距離 • 多用於『點對點』遠距傳輸

  20. 增益越大的天線組合具有越長的理論通訊距離

  21. 可以看到信號Ａ與Ｂ隨著曲線Ａ1和曲線Ｂ1因『距離』而遞減可以看到信號Ａ與Ｂ隨著曲線Ａ1和曲線Ｂ1因『距離』而遞減 圖４－７ 無線區域網路信號與通訊距離的影響圖 縱軸是信號的強度 橫軸則是Ａ與Ｂ兩台通訊端的距離

  22. 環境中的噪訊層級是N1，為了保持最小的SNR (圖中的S) 兩台通訊端的距離可達L13的長度 • 若環境中有像微波爐這樣升高噪訊干擾的因素，使噪訊層級升高至N2，為了保持SNR使距離縮短成L12的長度 圖４－７

  23. 選購無線區域網路天線所需注意的名詞： • 阻抗：大多無線區域網路設備的發射端阻抗約為50歐姆，若我們買到是75歐姆的天線，會出現阻抗不匹配的情況，這不良的搭配會導致發射功率的損失 • VSWR值：也就是電壓駐波率，就是構成了阻抗不匹配，造成能量被彈回發射端，形成了能量的反饋損失(Return Loss)

  24. 常見的RF纜線可分兩大種類： • LMR系列 (可說是市場上纜線的代表) • LDF系列 (較能降低信號衰減但卻相當昂貴)

  25. 4-4 天線配件選購與使用 RF無線電波系統裡的關鍵環節 → RF連接器。 大分為N-Type、SMA、BNC等 • N-Type跟較粗的RF纜線一起使用是最常用到的連接器 • SMA主用於坊間販售的家用無線閘道器與室內存取點，纜線也是尺寸較細的RF纜線 (另有SMB與SMC等較不常見的分支) • BNC連接器廣泛地見於10Base2網路同軸電纜的連結 (但不適用於2.4G Hz的無線區域，但相似的TNC接頭可以支援到12G Hz)

  26. 常見 N-Type 與 SMA形式的RF接頭

  27. 低衰減RF延伸纜線與天線及AP的連接

  28. 當要連接較粗較長的纜線至天線時，通常需要轉接線以轉換不同的連接介面，因為造型關係業界普稱為Pigtail(豬尾巴)當要連接較粗較長的纜線至天線時，通常需要轉接線以轉換不同的連接介面，因為造型關係業界普稱為Pigtail(豬尾巴)

  29. 使用時注意事項： • 連接器使用時要注意極性還有阻抗匹配的問題，接頭的部分一樣分公、母的極性，連接時要小心勿將金屬端折斷或撐壞 • 若安裝天線於戶外使用時，要在室外路徑上安裝避電器，安裝避電器時也要使其接地

  30. 天線要儘量與地面垂直 無線電波的電場和磁場是彼此垂直的 使用所謂的垂直偏振 (Vertical Polarization) 質點在入射平面內且與傳播方向垂直振動叫垂直偏振

  31. 4-4 天線配件選購與使用 無線網路天線安裝實務

  32. END!!

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