Các Khái niệm về anten vô tuyến

[friends]

Các Khái niệm về anten vô tuyến
Có nhiều khái niệm là kiến thức cơ bản khi cài đặt một giải pháp cần sử dụng đến RF anten. Các khái niệm sẽ được thảo luận bao gồm:
+ Phân cực (Polarization)
+ Độ lợi (gain)
+ Beamwidth
+ Free Space Path Loss

Các khái niệm trên là các khái niệm cơ bản cần phải biết để giúp cho admin hiểu được cách hoạt động của các thiết bị WLAN trong môi trường không dây.

Việc biết được nên đặt anten ở đâu, cài đặt chúng như thế nào, công suất phát bao nhiêu, khoảng cách phát sóng tương ứng với công suất đó? Và mức độ nhận được tín hiệu được phát bởi công suất đó là bao nhiêu? Đó chính là những công việc phức tạp nhất mà admin có thể gặp phải.

Polarization (sự phân cực)
Sóng vô tuyến thực chất được tạo bởi 2 trường: điện trường và từ trường. Hai trường này nằm trên 2 mặt phẳng vuông góc với nhau.

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/89-5-13.gif

Tổng của 2 trường được gọi là trường điện từ. . Mặt phẳng song song với thành phần anten được gọi là E-plane trong khi mặt phẳng vuông góc với thành phần anten được gọi là H-plane. Chúng ta chỉ quan tâm chủ yếu đến điện trường tại vì vị trí và hướng của nó trong mối tương quan đến bề mặt trái đất (mặt đất) sẽ quyết định sự phân cực của sóng.

Sự phân cực là huớng vật lý của anten theo vị trí ngang hay dọc. Điện trường là song song với thành phần bức xạ của anten (thành phần anten là phần kim loại của anten có nhiệm vụ phát sóng hay bức xạ) vì thế nếu anten nằm dọc thì cực của anten là dọc hay còn gọi là phân cực dọc (vertical).
+ Phân cực ngang: Điện trường song song với mặt đất
+ Phân cực dọc: Điện trường vuông góc với mặt đất

Phân cực dọc thường được sử dụng trong mạng WLAN là vuông góc với mặt phẳng của trái đất. Chú ý là các anten ở AP thường là hướng lên trời nên chúng có phân cực dọc. Phân cực ngang là song song với mặt đất. Hình dưới đây minh họa những ảnh hưởng có thể có của sự phân cực khi anten không được bố trí chính xác. Các anten có phân cực không giống nhau thì không thể giao tiếp được với nhau một cách hiệu quả.

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/88-5-14.gif


Ứng dụng thực tế
Các nhà thiết kế anten cho card PCMCIA sẽ đối mặt với một vấn đề thực tế. Thật không dễ dàng để tạo nên anten trên một bảng mạch nhỏ vào bên trong một hộp nhựa cắm phía cuối card PCMCIA. Hiếm khi anten tích hợp trong card PCMCIA cung cấp vùng bao phủ đủ cho user, đặc biệt là khi user roaming. Sự phân cực của card PCMCIA và của AP đôi khi không giống nhau, đây chính là lý do tại sao khi bạn quay laptop sang một hướng khác thì sẽ nhận được tín hiệu tốt hơn. PDA thường có card PCMCIA theo hướng thẳng đứng nên sẽ nhận được tín hiệu tốt hơn. Các anten lắp ngoài, có thể tháo rời được cài đặt thẳng đứng bằng một khóa kéo trên laptop sẽ luôn cải thiện được khả năng nhận tín hiệu. Trong vùng có số lượng người sử dụng card PCMCIA cao thì bạn nên hướng AP của bạn nằm ngang để các client nhận tín hiệu tốt hơn.

[friends]

Độ lợi (Gain)
Độ lợi của anten được đo theo đơn vị dBi, nghĩa là Decibel trong bức xạ đẳng hướng. Bộ bức xạ đẳng hướng có dạng hình cầu và phát ra theo mọi hướng đồng đều nhau. Chúng ta không có khả năng tạo ra một bộ bức xạ đẳng hướng, thay vào đó, chúng ta có thể tạo ra anten omni-directional như dipole có thể phát ra năng lượng 360 độ theo chiều ngang nhưng không thể 360 độ theo chiều dọc. Sự búc xạ tín hiệu RF như vậy sẽ tạo ra hình dạng bánh rán. Chúng ta càng hướng chúng theo chiều ngang (tức là giảm theo chiều dọc) thì hình bánh rán sẽ ngày càng phẳng hơn và chúng sẽ có dạng hình bánh đa khi có độ lợi rất cao. Anten có độ lợi bị động (passive gain), có nghĩa là chúng không làm tăng công suất được đưa đến chúng thay vào đó, hình dạng của trường bức xạ sẽ kéo dài ra hay thu ngắn lại khoảng cách sóng được quảng bá. Anten có độ lợi càng cao thì khoảng cách sóng di càng xa. Việc tập trung công suất phát của chúng chặc chẽ hơn làm cho nhiều năng lượng được truyền đến đích hơn, ở khoảng cách xa hơn.


Beamwidth
Như chúng ta đã thảo luận, việc làm hẹp (narrowing) lại hay tập trung các beam (tia) của anten sẽ làm tăng độ lợi của anten (đo theo dBi). Beamwidth của anten là độ rộng (width) của beam tín hiệu RF mà anten phát ra. Hình dưới minh họa khái niệm này.

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/87-5-15.gif

Có 2 yếu tố cần xem xét khi thảo luận về beamwidth của anten là Vertical (dọc) và Horizontal (ngang). Beamwidth dọc được đo theo độ (degree) và vuông góc với mặt đất. Beamwidth ngang cũng được đo theo độ (degree) và song song với mặt đất. Kiến thức về Beamwidth là rất quan trọng bởi vì mỗi kiểu anten khác nhau sẽ có các đặc điểm về beamwidth khác nhau

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/86-table5-1.gif

Việc chọn lựa anten có beamwidth rộng hay hẹp một cách thích hợp là rất quan trọng để có được hình dạng vùng phủ sóng mong muốn. Ví dụ, hãy tưởng tượng một hành lang dài trong bệnh viện, có các phòng ở cả 2 phía của hành lang. Thay vì sử dụng nhiều AP với anten omni thì bạn có thể sử dụng chỉ một AP duy nhất với một anten semi-directional như patch anten.

AP và patch anten có thể được đặt ở cuối hành lang. Để phủ sóng tầng phía trên và dưới của tầng nhà hiện tại thì bạn có thể sử dụng patch anten có beamwidth dọc lớn khoảng 60-90 độ. Bây giờ bạn xác định Beamwidh ngang, do chiều dài của hành lang nên bạn phải sử dụng patch anten có độ lợi cao để tín hiệu có thể phủ sóng đến cuối hành lang. Việc sử dụng anten có độ lợi cao sẽ làm cho beamwidth ngang hẹp đi đáng kể, vì thế các phòng ở 2 bên hành lang sẽ không nhận được sóng. Hơn nữa, nó cũng không đủ độ beamwidth dọc để phủ sóng lên tầng trên và dưới. Để giải quyết thì bạn có thể sử dụng 2 patch anten, mỗi anten nằm mỗi đầu của hành lang. Chúng phải có độ lợi thấp và beamwidth ngang và dọc phải đủ lớn để phủ sóng 2 bên hành lang cũng như tầng trên và dưới.

Như bạn đã thấy, việc chọn lựa beamwidth thích hợp để có được vùng phủ sóng như ý muốn là rất quan trọng và nó cũng giúp xác định các phần cứng cần phải trang bị cho việc cài đặt.

(còn tiếp)

[friends]

Free Space Path Loss
Path loss đề cập đến vấn đề mất mát mà tín hiệu RF gánh chịu do sự phân tán tín hiệu khi quảng bá sóng về phía trước. Nếu sóng quảng bá càng xa thì công suất ở anten nhận sẽ càng thấp. Khi tín hiệu di chuyển trong khí quyển thì mức công suất của nó sẽ giảm theo tỷ lệ nghịch với khoảng cách đi được và tỷ lệ thuận với bước sóng của tín hiệu. Mức công suất là một yếu tố rất quan trọng khi xét đến tính khả thi của một đường truyền.

Công thức tính path loss là nền tảng trong việc tính toán ngân sách đường truyền (link budget). Path loss chính là nguồn mất mát lớn nhất trong mạng không dây. Dưới đây là công suất tính toán Path loss

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/85-fomular5-1.gif

Nguyên tắc 6 dB
Nếu xem xét kỹ công thức tính path loss thì chúng ta sẽ thấy được mối quan hệ rất hữu ích khi tính toán link budget. Cứ mỗi khi tăng EIRP lên 6 dB thì tương đương với việc tăng gấp đôi khoảng cách quảng bá. Ngược lại , việc giảm EIRP 6 dB thì sẽ giảm khoảng cách đi một nửa. Bảng dưới đây cho bạn thấy được Path loss của một số khoảng cách khi truyền tín hiệu ở 2.4 Ghz.

http://i47.photobucket.com/albums/f185/hinhup/84-table5-2.gif


(hết)