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Wi-Fi天线如何工作, Wi-Fi网络的性能如何测试评估?(一)

2021-01-16

Wi-Fi天线如何工作,

Wi-Fi网络的性能如何测试评估?(一)

在数字世界中,个人和商业环境都离不开互联网。计算机、智能手机和打印机都需要连接网络通信,而Wi-Fi无线网络是目前最常用和方便的连接方式。


网络连接问题会导致设备联网异常,例如Wi-Fi信号不够强。


最近库尔蒂正在思考:如何放大Wi-Fi信号?有哪些环境因素是必须准确考虑的呢?


如何放大Wi-Fi信号?.png


01

天线如何工作?

 

图1:带辐射的天线.png

图1:带辐射的天线


为什么不同的无线电系统配备了结构不同的长天线?一个或多个天线能否连接到Wi-Fi路由器,这实际上是由什么不同而引起的?为什么需要这种扩展,或者仅仅是一个关于更好的设计的问题?在下一章中,在“天线技术”主题将详细介绍。


1.1

为什么天线的长度不同?

在无线通信系统中,发射器和接收器都使用天线。它们的长度取决于系统。例如,Wi-Fi天线比固定无线电的天线短。但是为什么会这样呢?为什么通信系统不使用相同的天线?原因在于将不同的频率分配给不同的服务和系统。Wi-Fi在2.4 GHz或5 GHz频率范围内(FM无线电在87.6 MHz – 108 MHz频率范围内)进行通信。该频率用于计算得出波长,这就决定了天线的长度。可以使用以下公式计算波长:

 

计算波长.png


λ对应波长,c对应光速,f对应频率。

 

表1:频率和波长(四舍五入).png

表1:频率和波长(四舍五入)


表1显示,随着频率增加,波长减小。为了在辐射和反射之间建立良好的比率,通常使用λ/4辐射器作为天线长度。

表2:天线长度.png

表2:天线长度


因此,具有2.4 GHz的Wi-Fi的天线长度约为3.1厘米。对于95 MHz的无线电,根据λ/4,其天线长度为78厘米。这就是Wi-Fi天线比无线电天线短的原因。


1.2

 Wi-Fi天线如何辐射?

天线的形状会影响辐射方向图。最简单的天线形状是全向或杆状天线。对于天线,水平辐射和垂直辐射之间有区别。如下可以看到天线的辐射示意图。

 

图2:杆状天线的水平辐射.png

图2:杆状天线的水平辐射


如图2所示,是从上方观察到的天线的水平辐射。在杆状天线中,电磁波围绕天线中心呈圆形传播。

 

图3:杆状天线的垂直辐射.png

图3:杆状天线的垂直辐射


如图3所示,通过垂直对齐,从侧面观察天线。在杆状天线中,磁力线从天线的一侧辐射出去,然后重新进入天线的另一端。辐射出去和再次进入的位置取决于天线的极性。


1.3

为什么Wi-Fi天线的形状不同?

天线按不同的形状制造,以获得特定要求的辐射方向图。天线被设计为具有良好方向性的辐射场线。另外,未使用的区域不被或仅被非常轻微地辐射。由于具有方向性,可获得较高辐射,该方向上的覆盖范围也较高。在家庭使用中,大多数情况下使用简单的全向辐射器。天线的外壳通常由制造商设计成更现代的,但是其内部仍然是全向辐射器。在拥有大型办公室或大厅的公司中,选择不同的天线形状会带来很大的好处。

 

图4:辐射图,左:垂直对齐,右:水平对齐.png

图4:辐射图,左:垂直对齐,右:水平对齐


图4显示了壁式天线的天线图。该天线具有清晰的方向特性,如果安装正确,它会向例如办公室或大厅辐射。在左图中,安装在墙壁上的那一侧被大大衰减。


02

如何改善Wi-Fi覆盖范围?

从根本上解释了天线的工作原理的同时。在下一章中,我们将讨论天线如何对准,以及为什么设备通常配备多个天线。


2.1

如何确定Wi-Fi路由器的最佳位置?

路由器和所连接天线的位置在覆盖不同房间的信号强度方面起着重要作用。观察天线的辐射方向图很重要。在安装路由器之前,应先确定需要Wi-Fi信号接收良好且重要的区域。然后,Wi-Fi路由器放置的位置应该使得重点区域尽可能被辐射到

 

图5:Wi-Fi天线对准.png

图5:Wi-Fi天线对准


对于只有一根天线的路由器,必须决定是服务于同一楼层还是位于路由器下方/上方的房间。为避免此限制,建议使用带有多个可调天线的设备。这样可以扩大覆盖范围。

 

图6:将Wi-Fi天线与3个天线对齐.png

图6:将Wi-Fi天线与3个天线对齐


使用三个天线奠定了良好的基础。使用三个天线,它们可以对齐,以使每个天线指向一个轴(x,y,z),并且在所有层级上的覆盖范围都相似。为了利用这种协同效应,路由器应尽可能放置在房屋或建筑物的中央,以便将产生的场强均匀地辐射到周围的房间。


2.2

Wi-Fi中继器(信号放大器)如何工作?

根据房屋、建筑物、办公室或大厅的大小,使用单个路由器作为Wi-Fi源可能不足以满足所需的Wi-Fi覆盖范围。源头附近的Wi-Fi网络原则上是好的,但离源头越远,Wi-Fi网络越弱。这可以通过使用中继器(即信号放大器)来解决。Wi-Fi中继器具有多种形式和不同的连接选项。

 

图7:无线网络中继器.png

图7:无线网络中继器

Wi-Fi中继器可以通过网络电缆、现有的Wi-Fi或供电线路来集成。供电线路,也称为电力线,是指将现有的电网用于网络终端设备。


2.3

哪些干扰会影响Wi-Fi信号?

Wi-Fi是无线通信链接。对于网络电缆,电缆的过度挤压会增加电阻并相应降低性能。在无线电信号的情况下,从这个意义上讲没有这样的麻烦,但是当然还有其他一些电阻也可以降低功率。Wi-Fi无线网络最主要的干扰之一就是墙壁。几乎每堵墙都会使无线电信号衰减并减弱。简而言之,发射器和接收器之间的墙壁越多,输入信号越弱。墙壁的相应衰减取决于各种因素,例如厚度和所用材料。墙壁和建筑物的体系结构是规划无线网络时的决定性因素,并且对中继器的使用产生重大影响。

 

如何测量Wi-Fi接收?怎么看Wi-Fi热图?为什么Wi-Fi传输速率会降低?使用什么仪器实现Wi-Fi性能的评估呢?


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这些问题似乎还困扰着库尔蒂(Kurthi),但我们相信,很快,在2021年,库尔蒂会帮我们找到答案!


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