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无线网络的工作原理(二):天线强度才是硬道理

www.hx99.net    时间: 2014-08-31    阅读: 次     整理: 华西安全网

 无论无线系统有多昂贵,其性能都取决于天线的强度。本文为解密无线网络系列文章的第二部分,文章中,分析师Craig Mathias详细介绍了天线在其中扮演的角色。

天线强度才是硬道理

发射端和接收端都需要安装天线,它们是一个无线系统的最重要组成部分。但是,有人可能会质疑说:天线不就是一个值几美分的小金属部件吗?这样一个小小的金属部件还会比经过复杂工艺设计的集成电路芯片的作用更大吗?如果你这样想的话,我可以作一个类比,然后你可以从中更好地理解天线。任何喜爱赛车运动或喜欢驾驶的人都知道一个简单事实——轮胎非常重要!为什么呢?因为即使有了各种复杂技术和配置先进的引擎、动力传输、悬挂、娱乐和通信系统,轮胎仍旧是整个机器中唯一一种与承载车辆的地面相接触的部件。

天线也一样,它是唯一与无线电载体(即空气)相接触的部分。正确选择和使用天线是所有无线应用成功通信的关键。记住,任何无线系统的基本运营参数都受法规的限制。无线系统设计人员只能尽全力去平衡大量的参数——包括尺寸、重量、功耗、数据传输速度、预期范围、成本及环境特性。天线可以根据需要在较大范围内调整和优化,这样有助于改进它们的价值与性能。

设计可以弥补性能的不足

在了解不同类型的天线之前,要先知道无线电波在空中是以非线性方式传播的。因此,我们事实上无法确切地知道一个无线电信号如何或是否能从发射器传播到预期的接收器上:想知道结果的唯一方法是尝试。使用合适的天线,可以解决大多数的无线信号传输问题。

首先,天线可能是单方向或全方向的。通常,移动设备使用全方向天线,这意味着它们可以在任意方向接收和发送信号——通常是以天线为中心的360度角范围。这个功能是非常重要的,因为移动设备通知不知道连接另一端的位置。像蜂窝基站这样的固定基础设施则可以使用单向天线,因为这些系统知道客户端的位置,至少相对更明确一些。单向天线将能量聚集在一个特定的方向,从而可以改进覆盖范围、可靠性和吞吐量。全方向天线在发送信号时会浪费一定的能量,并且在接收信号时也达不到最佳状态,但是有一些技术可以在一定程度上弥补这些不足。

在一些特定环境中还可以通过调整很多参数来改进最终结果。例如,有一些Wi-Fi接入端(AP)带有一些可转换方向的外置天线。虽然这种优化并不涉及太多的技术因素,但是(有时候)它的改进效果却是非常显著的。

优化性能

接下来就是调整天线的频率,甚至让它发挥放大器的作用——这个属性称为“天线增益”。这些调整包括给天线设计不同的物理尺寸和结构,使它针对特定的频率范围进行优化。即使是完全被动的天线(那种属于非常小的金属部件),也可以实现天线增益,而且是性能优化的一个重要元素。我们可以将它看作是一种高性能轮胎。

另一种更聪明的优化方法是通过各个多方向天线将能量集中在一个特定的方向。这种方法称为波束成型,而且这种方法在Wi-Fi实现中应用越来越广泛。波束成型已经成为新的802.11ac标准的一个标准特性,而且它在提升吞吐量和传输距离方面(即所谓的“速度与覆盖范围”)发挥了重要作用。许多802.11ac接入端热销市场的原因并不是因为它们支持1.3Gbps的传输速度,而是因为它们的信号能够可靠地覆盖高层会议室。

 

最后,我们甚至还可以用一些电子或智能天线来解决问题。顾名思义,这些天线已经不是一种单纯的金属条——它们包含一些经过优化和增强性能的活电路。的确,它们造价更高,但是价格增幅并不大,而且也需要电源支持。但是它们能够显著提升性能(同样是所谓的“增益”)。

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