Опыт эксплуатации аппаратуры беспроводного доступа показывает, что на качество связи в первую очередь влияет не выходная мощность или чувствительность устройства, хотя это немаловажные факторы, а именно качество антенно-фидерного оборудования. Объясняется это очень просто. В реальных условиях, качество любого приемника определяется способностью распознавать полезный сигнал на фоне помех от соседних станций и шумов. Этот параметр приемных устройств имеет название селективность или избирательность. И если способность выделять полезный сигнал на фоне других действительно зависит от избирательности приемника, то с шумами дело обстоит гораздо сложнее. Дело в том, что на входе приемника действуют два вида шумов: шум, принимаемый приемником из эфира и шум внутренний, вызванный процессами в самом приемнике, так называемый тепловой шум. Именно тепловой шум является определяющим фактором чувствительности приемника. Поэтому важно, чтобы сигнал на входе приемника был как можно выше уровня этих шумов.

Повысить соотношение полезного сигнала и шума на входе приемника возможно только с помощью антенны с большим коэффициентом усиления, поскольку антенна, будучи пассивным элементом, не содержащим активных усилительных приборов, не производит собственного шума (в первом приближении), а только усиливает, а точнее фокусирует, полезный сигнал. Именно поэтому применяются антенны таких сложных конфигураций как YAGI, коллинеарные антенны или антенны с параболическими отражателями. Также, наряду с правильным выбором антенны, важно правильно выбрать тип коаксиального кабеля, который соединяет антенну со входом Вашего устройства. Здесь рекомендации сводятся к одному: нужно выбирать кабель с наименьшими потерями на рабочей частоте вашего устройства. Чем короче соединительный кабель между антенной и радиомодемом, тем больший радиус действия будет иметь ваша сеть. Еще одним важным моментом является правильный выбор места установки вашей антенны. В общем случае должно соблюдаться правило прямой видимости, однако на расстояниях до 50-100 метров, и применении простых штыревых антенн с усилением от 2.5 до 5 dBi, прямая видимость может отсутствовать, например при организации сетей внутри зданий.

Очень важно правильно выбрать высоту установки антенны, особенно это касается коллинеарных антенн: внимательно изучите диаграмму направленности антенны, спроецируйте ее на план местности и геометрическим путем определите высоту, на которой должны стоять антенны, так чтобы их диаграммы пересекались не нарушая прямой видимости.

При расчете высоты установки антенн необходимо учитывать размеры эллипсоида, форму которого имеет "радиолуч" в пространстве. Для этого нужно рассчитать так называемую зону Френеля, а именно диаметр или радиус сечения радиолуча на некотором расстоянии от антенны. Желательно, чтобы нижняя часть воображаемого луча не пересекалась с препятствиями на земле, зданиями, деревьями и т.д.

Наличие прямой видимости не является достаточным условием для качественной работы высокочастотного радиолинка. Дело в том, что длина световых волн значительно короче волн радиодиапазона, поэтому, даже если мы можем видеть противоположную сторону линка, это не значит, что данное свободное пространство также "прозрачно" для волн радиодиапазона. В результате, если антенны установлены только исходя из наличия прямой видимости, радиолинк будет вести себя следующим образом: детектор качества сигнала будет показывать почти сто процентов, но скорость линка будет минимальной, потери и повтор пакетов, а также пропадания связи сделают работу линка невозможной.

Решить проблему в данном случае можно только путем поднятия антенн на высоту, равную половине зоны Френеля в месте наличия препятствия. Расчеты показывают, что на расстоянии 2.5 км, (половина общего расстояния), диаметр первой зоны Френеля для частот диапазона 2.4 ГГц, равен 12 метрам. Это значит, что линия прямой видимости должна проходить на 6 метров выше любого препятствия расположенного по ходу луча. Разумеется, что если препятствие находится сбоку, например в случае построения линка, луч которого проходит, между двух зданий, должно соблюдаться то же самое условие. После подьема антенн на высоту 6 метров на обеих сторонах, линк будет работать на максимальной скорости и с максимальной для данного расстояния отдачей.

Фундаментальное правило которое нужно запомнить всем строителям радиолинков: для нормальной работы СВЧ-радиоканала первая Зона Френеля должна быть свободной от препятствий не менее, чем на 0.707 от теоретически рассчитанной.
Поскольку 0.707 или 1/√2 равно изменению величины на 3 децибела, то считайте данное правило за Правило трех децибел для Зоны Френеля

Вычислить размеры первой зоны Френеля можно по формуле Ф=√D/4F где: D-расстояние между антеннами (км), F-рабочая частота в гигагерцах. В нашем случае это ≈2.45 ГГц. Для расчета можно использовать интерактивный калькулятор, например на сайте компании ZYTRAX. Учет зоны Френеля при установке антенн поможет вам избежать таких неприятностей, как например снижение скорости передачи, вызванное многолучевым приемом и фазовыми искажениями.

Установка любого микроволнового радиолинка должна начинаться с тщательного визуального обследования мест установки на обеих сторонах, кстати в английской терминологии называемого Site Survey, что в данном контексте означает "обследование участка земной поверхности с топографической сьемкой".

Первое, что вы должны сделать, это совершенно точно убедиться в наличии прямой видимости между точками установки. Задача по определению прямой видимости не так проста, как это может показаться на первый взгляд, и имеет свои «подводные камни». Во-первых, в условиях города, осматривая окрестности с высоты, иногда просто невозможно найти требуемую крышу или дом, ввиду непривычности такого вида. Во-вторых, даже при наличии в общем-то ясной погоды, невозможно увидеть противоположную сторону из за дымки и испарений, поднимающихся от земли. И, в третьих, человеческое зрение, которое не позволяет однозначно определить отчетливую видимость на расстоянии более 2-3 километров. В таких случаях единственным выходом является применение оптических приборов. Оптические приборы, такие как теодолиты, подзорные трубы или бинокли, следует выбирать не столько по усилению, которое указывается в паспорте, или на боковой поверхности таких приборов, сколько по светосиле обьектива, определяемой только диаметром входной линзы в случае рефрактора, или зеркала, в случае рефлектора. Светосилу обьектива проще всего определить визуально, методом сравнения. Удаленные предметы, и собственно наблюдаемый ландшафт, должны быть видимы с как можно большей яркостью, без сумеречного эффекта, цвета должны уверенно распознаваться на расстоянии 1.5-2км х Кус. оптической системы.

Вооружившись подходящим оптическим прибором, вы увидите, что этого также недостаточно, так как различить свою антенну среди «леса» антенн и всевозможных предметов, в изобилии присутствующих на наших с вами крышах, иногда просто невозможно. В таких случаях мы советуем обозначить место вашей антенны каким-либо ярким предметом, заведомо видимым на таком расстоянии. Можно применять связку из двух-трех блестящих металлизированных воздушных шаров, или проблесковый маячок. После определения прямой видимости необходимо определить истинное расстояние между точками установки.

Определить истинное расстояние между точками, а достаточно это сделать с точностью до 0.5-1 километра, можно интуитивно, "на глазок", можно используя топографическую карту, дальномерную шкалу теодолита или военного бинокля, или что наиболее соответствует реалиям сегодняшнего дня - миниатюрный приемник GPS. Расстояние между точками определяется для того, чтобы правильно выбрать Коэффициент Усиления антенны.

Правильно выбрать антенны важно прежде всего из экономических соображений, хотя качество выбранных антенн напрямую влияет на скорость передачи данных и стабильность работы в изменяющихся погодных условиях. Мы рекомендуем вам воспользоваться калькулятором, программа которого написана специалистом компании TAYLE, Россия, Андреем Платоновым.
Пользоваться калькулятором следует таким образом: Введите параметры чувствительности приемника и выходной мощности вашего радио, далее последовательно вводите усиление антенн, пока не получите требуемого расстояния уверенной связи. Запас по усилению (System Operating Margin) необходимо поддерживать около 10 дБ для коротких линков, порядка 5-7 км и 15 дБ для более длинных линков.

Устанавливая оборудование нашего производства с коммерческими целями, строго следуйте вашим расчетам. В случае использования аппаратуры производства компании Exergia Division II потери в кабеле отсутствуют, ввиду отсутствия во всех конструкциях самого кабеля, в этом случае следует вводить значение 0.5-1 dB соответствующее максимальным потерям в разьемах. Применяйте OMNI-антенны только в том случае, когда это действительно необходимо, это может быть только в сети с точкой доступа, расположенной посередине. В остальных случаях применяйте направленные параболические или секторные антенны, это помогает правильно использовать ресурсы выделенной вам полосы частот

Антенна является самой ответственной частью любой радиотехнической системы. Правильно выбранная антенна - залог успешной работы любого радиоканала связи. Не имеет значения, насколько высоки параметры электронной части вашей аппаратуры связи, хорошая антенна может улучшить параметры системы на один - два порядка, плохая антенна может сделать тоже самое, но увы, с обратным знаком.
Выбор антенны для использования вне помещений нужно производить, обращая особое внимание на материалы, из которых изготовлена антенна, качество пластика кожуха облучателя, кабель и коаксиальный разьем. Не покупайте антенну, если вы не уверены в продавце полностью.

Приобретая антенну через Интернет, не покупайте антенны на сайтах, не имеющих крупных фотографий антенн, узлов крепления и подробных технических характеристик. На сайте продавца должны быть ссылки на сайт производителя. Антенны должны продаваться с паспортом и инструкцией по установке и гарантией, не менее трех лет безотказной работы.

Отражатель антенны должен быть изготовлен из нержавеющего материала, если отражатель решетчатый, то особое внимание нужно обратить на соединение вертикальных и горизонтальных деталей решетки: соединение должно быть выполнено методом холодной сварки, необходимо проверить каждое пересечение, плохая сварка вызовет быструю коррозию всего отражателя. Практически идеальным является алюминиевый литой полудутый рефлектор, применяемый в антеннах PAWDC-24 производства Pacific Wireless, Эта антенна состоит из двух половинок, и легко пересылается по почте, она легка, всего 2 кг, и может быть собрана непосредственно на месте установки, что немаловажно, т.к. не надо поднимать наверх антенну с размахом в один метр. Не случайно эти антенны являются самыми популярными Wi-Fi-антеннами на сегодняшний день.

Антикоррозионное покрытие антенны должно быть выполнено при помощи порошковой эмали, новая антенна должна выглядеть "как пластмассовая". Отражатель антенны должен быть идеальной формы: положите его на плоскую поверхность, вершины сегментно-параболической антенны или окружность параболы должны полностью лежать на поверхности, не создавая зазоров. Не покупайте даже слегка деформированную антенну ни в коем случае.

Конструкция антенны в целом должна производить благоприятное впечатление, крепежное устройство и болты должны быть изготовлены из анодированной стали или дюралюминия, иметь избыточно массивный вид, и непропорциональные весу антенны, большие болты крепления. Мощные крепления важны для удержания антенны при сильном ветре и снегопаде.

Не следует забывать, что упавшая из за некачественного крепления антенна, может отправить вас прямиком на скамью подсудимых.

Коаксиальный разьем должен иметь фторопластовую изоляцию внутри, резьба на разьеме должна быть идеальной формы и иметь гладкую поверхность. Предпочтение надо отдавать маркированным разьемам, разьемы российского производства должны иметь серебряное покрытие, и маркировку СР-50-хх. Разьем-подделка, или разьем, не рассчитанный на работу в частотном диапазоне ISM может "сьесть" до 5 децибел.

Кабель, выходящий из антенны должен быть очень гибким и не в коем случае длинным, более 30 см. Кабель белого цвета не допускается.

Если вам дорога чистота эфира, и вы покупаете антенну не с целью выкинуть ее через год-полтора эксплуатации, то не покупайте антенны, произведенные где-то в районе "Золотого Треугольника" или, прости господи, в Китае. Такие антенны, как правило стоят так дешево, что иногда кажется что те кто их делает вообще не получает зарплату, а может еще и сам платит за то чтобы делать такие чудесные вещи. Китайские антенны, зачастую, будучи только вынутыми из упаковки, уже имеют следы ржавчины. На украинском рынке достаточное количество своих, отечественных производителей, продукция которых ничем не уступает в качестве европейским или американским образцам.

•Ячейки решетчатой антенны должны иметь размеры меньше четверти волны, пересчитанной из минимальной рабочей частоты, периметр холодносварного отражателя должен быть опоясан сплошным кольцевым проводником.

Если у вас есть возможность приобрести антенну со сплошным рефлектором, то естественно, надо отдать такой антенне предпочтение. Как правило, такие антенны, при одних и тех же размерах, что и решетчатые, имеют более высокие параметры, такие антенны выполняются по офсетной схеме (смещенный фокус) и очень удобны для монтажа аппаратуры прямо на держателе облучателя. Единственным недостатком таких антенн является повышенная "парусность", офсетная антенна серьезно добавляет нагрузку на мачту и крепежное устройство.

Выбирая офсетную антенну, особое внимание надо обращать на держатель облучателя, он должен быть мощным, не менее трех сантиметров шириной. Держатель серийных антенн высокого качества обычно выполнен из металлического прямоугольного профиля размерами 30х15 мм.. Держатель круглого сечения, сделанный из обычной трубки, зачастую пластмассовой, это верный признак того, что антенна сделана, как говорят "на Малой Арнаутской", т.е. кустарным способом.

Облучатель офсетной антенны должен быть закреплен на траверсе надежно, при помощи специального фасонного держателя, анодированными болтами, проходящими сквозь тело траверсы, никаких дополнительных отверстий в месте крепления облучателя быть не должно. Отверстия крепления должны быть окрашены изнутри в едином цикле с траверсой. Все это указывает на серийность изготовления антенны. Труба траверсы облучателя должна быть надежно закрыта заглушками, или заварена, во избежание попадания внутрь воды, и деформации на морозе, связанной с образованием льда внутри трубы.

Конструкция облучателя должна быть канонической, следует знать, что никаких комбинированных антенн с большим усилением, типа "восьмерок", "бабочек", "двойных квадратов", и тому подобных любительских конструкций, серьезные изготовители не применяют по двум причинам. Первая, это несовместимость геометрической формы поля, создаваемого такими облучателями, с геометрической формой стандартных Ku-Band рефлекторов, вторая, это низкая технологичность изготовления такого рода антенн.

Единственно возможными конструкциями облучателя фирменных профессиональных антенн с линейной поляризацией, являются Волновой Канал (Yagi) и, очень редко, рупор (Horn), или диэлектрическая антенна. Такие облучатели имеют форму короткого цилиндра, и могут использоваться как отдельные антенны.

Пример профессиональной конструкции антенны, а также пример того, как добросовестно нужно представлять достоверную информацию о продукции, приведен здесь: http://www.exergia.biz/link/exap.htm

В любом случае, если вам предлагают антенну по цене явно ниже, чем у ведущих производителей, то скорее всего это низкокачественная подделка, или вам перепродают антенну, которая уже кому-то принадлежит, вы понимаете что это значит.

Итак, внешний вид и элементы конструкции антенн, применяемых для связи в диапазонах ISM нами рассмотрены, теперь можно переходить к вопросу о выборе необходимого коэффициента усиления антенны.

В общем случае, коэффициент усиления антенны и цена связаны определенной зависимостью, но зачастую разница в цене между антеннами на 20 и 24 dBi составляет всего 10-15 долларов, и, например, если вам, исходя из ваших расчетов подходит антенна на 20 dBi, то лучше все-таки купить на 24dBi. Главным критерием выбора антенны безусловно является расстояние между точками линка, а в расчетах необходимо использовать данные о чувствительности и выходной мощности вашей аппаратуры.

Для начала расчетов необходимо и полезно произвести некоторые умозрительные рассуждения, Например, неплохо вспомнить, что аппаратура широкого применения имеет температурный дрейф, как чувствительности приемника, так и выходной мощности передатчика, и ведущие производители не стесняются приводить эти цифры. К счастью, дрейф не так велик, и составляет не более +/- 2dB. Естественно, что нас не интересуют положительный дрейф, а интересует только отрицательный, итак, мы имеем 4 децибела дрейфа в сторону уменьшения качества линка. Еще одним негативным фактором является наличие на улице всевозможных погодных аномалий, таких как туман, снег и сами понимаете, дождь. Из практики известно, что на качество линка более всего влияет проливной дождь, поэтому затухание, характерное для дождя, мы примем за максимум. Также необходимо учесть разброс коэффициента усиления антенн, и другие непредсказуемые потери. Все это, будучи просуммированным, включается в расчеты линка со знаком минус. Все отрицательные факторы учитываются в понятии SOM (System Operating Margin) или по-русски "Запас линка по усилению". Считается, что 15-ти децибельный запас по усилению достаточен для инженерного расчета линка.
В Украине продукцию нашей компании поставляет NTema Service.

О компании

Компания EXERGIA DIVISION II создана на базе ТОО Ексергия, основанного в 1989 году в городе Алма-Ата, Казахстан. Основным видом деятельности компании EXERGIA DIVISION II является производство и внедрение систем телемеханики и связи, разработка радиомодемов с широкополосной модуляцией, датчиков и модульных автономных радиотелеметрических метеостанций

Компания EXERGIA DIVISION II производит средства для создания беспроводных компьютерных сетей большого радиуса действия, городских систем коллективного доступа в глобальную сеть Интернет и корпоративных WLAN.

В настоящее время EXERGIA DIVISION II базируется в штате Иллинойс, США. Потребителей нашей продукции мы обслуживаем при помощи почтовой курьерской службы USPS, что гарантирует получение нашей продукции в любой точке земного шара в течении 4-10 дней.

ЗОНА ФРЕНЕЛЯ, ПРЕПЯТСТВИЯ НА ПУТИ РАДИОЛУЧА

Френель (Fresnel) Огюстен Жан (10.5.1788, Брольи, — 14.7.1827, Виль-д'Авре, близ Парижа), французский физик, один из основателей волновой оптики, член Парижской АН (с 1823). Родился в семье архитектора. Окончил Политехническую школу (1806) и Школу дорог и мостов (1809) в Париже. Работал инженером по ремонту дорог. В период 100 дней за участие в военных действиях против Наполеона был отстранен от работы. К этому периоду относятся первые серьезные работы Ф. по оптике. В конце 1815 он был восстановлен в должности и в 1818 переведён в Париж, где занимался реорганизацией маяков, предложил принципиально новый способ маячного освещения. В 1815—23 Ф. выполнил классические исследования дифракции и поляризации света. Ф. создал теорию дифракции (независимо от Т. Юнга), положив в основу принцип Гюйгенса и дополнив его фундаментальной идеей об интерференции элементарных волн (Гюйгенса — Френеля принцип). Он объяснил на основе этого принципа законы геометрической. оптики, в частности — прямолинейный характер распространения света. Им создан приближённый метод расчёта дифракционной картины, основанный на разбиении волнового фронта на зоны (зоны Френеля), и впервые рассмотрена дифракция от края экрана и круглого отверстия. Ф. — автор опытов с бизеркалами (1816) и бипризмами (1819), ставшими классическими методами демонстрации интерференционных явлений. Он впервые объяснил поляризационные явления, приняв в качестве основной гипотезу о поперечности световых волн, и установил количественные законы явления поляризации света при его отражении и преломлении. Высказанные Ф. идеи о неподвижном эфире и коэффициенте увлечения световых волн легли в основу электродинамики движущихся сред Х. А. Лоренца. Член Лондонского королевского общества с 1825.

- По материалам EXERGIA DIVISION II
Партнерская компания в Украине - NTema Service
www.ntema.com.ua
www.3n.com.ua