Зачем внешняя антенна
Точка доступа Wi-Fi с маленькими антеннами на корпусе закрывает квартиру или офис. Чтобы раздать интернет на участок, склад, парковку или соединить два здания без кабеля, нужна внешняя антенна: она поднимает сигнал над препятствиями и собирает мощность туда, где она нужна. В каталоге KADAMM 145 внешних антенн Wi-Fi для диапазонов 2,4 и 5 ГГц трёх типов.
| Тип | Моделей | Усиление | Для чего |
|---|---|---|---|
| всенаправленные | 47 | 2,0–18,0 дБи | круговая зона вокруг мачты |
| секторные | 54 | 6,0–20,5 дБи | сектор 60–120° от точки доступа |
| направленные | 44 | 6,0–24,0 дБи | мост точка–точка, дальняя связь |
Выбор типа — первое решение. Всенаправленная антенна на мачте в центре участка раздаёт сеть по кругу; секторная на стене здания покрывает двор или площадку перед ним; направленная антенна с узким лучом соединяет два здания на расстоянии сотен метров и километров.
2,4 или 5 ГГц
Диапазон 2,4 ГГц лучше проходит через листву и лёгкие препятствия и дальше распространяется, но он загружен: в нём всего три неперекрывающихся канала, и их делят все соседние сети, микроволновки и радиоудлинители. Диапазон 5 ГГц свободнее и быстрее, каналов в нём много, но сигнал сильнее ослабляется препятствиями. Для мостов между зданиями с прямой видимостью берут 5 ГГц, для покрытия участка с деревьями — 2,4 ГГц или обе полосы.
Центры каналов идут через 5 МГц, а ширина канала — 20 МГц; без взаимных помех работают только каналы 1, 6 и 11.
Внешняя антенна с большим усилением слышит не только свою точку доступа, но и чужие сети в своём луче. Поэтому перед установкой посмотрите загрузку каналов анализатором на смартфоне и выберите свободный — это даст больше, чем лишние децибелы усиления.
Диапазон 5 ГГц и DFS
В диапазоне 5 ГГц каналов больше двух десятков, но часть из них делится с метеорологическими и другими радиолокаторами. На таких каналах точка доступа обязана слушать эфир и уходить с канала, если обнаружила радар, — это функция DFS. Для моста это означает возможные перерывы на минуту при смене канала, поэтому для ответственных линий выбирают каналы без DFS или оборудование, которое переключается быстро.
Всенаправленная антенна
Всенаправленная антенна светит по кругу и прижимает излучение к горизонту: чем выше усиление, тем тоньше «блин» диаграммы. Антенна на 10–12 дБи на высокой мачте закрывает большой участок, но под самой мачтой сигнал слабее — туда попадают только боковые лепестки. Для небольшого двора лучше антенна с меньшим усилением и широким вертикальным лучом.
Секторная антенна
Секторная антенна вешается на стену или мачту у края зоны и светит в сектор 60–120°. Это лучший выбор для площадки перед зданием, парковки, склада или улицы: мощность не уходит в стену за антенной, а соседние секторные антенны на одной мачте с разными каналами закрывают круг без взаимных помех.
Несколько секторов на одной мачте
Чтобы закрыть круг секторными антеннами, на мачту ставят три антенны по 120° или четыре по 90°, каждую на свою точку доступа. Соседние секторы настраивают на разные каналы: в 2,4 ГГц — 1, 6 и 11, в 5 ГГц — каналы, разнесённые хотя бы на один. Антенны разносят по высоте на полметра и больше: чем меньше они видят друг друга, тем меньше помех. Такая схема даёт втрое-вчетверо больше ёмкости, чем одна всенаправленная антенна.
Пример: покрытие участка
Всенаправленная антенна на 8 дБи на мачте высотой 8 м в центре участка и точка доступа мощностью 20 дБм на 2,4 ГГц: на расстоянии 100 м потери в свободном пространстве составят около 80 дБ, уровень у телефона — около -52 дБм. Телефон ответит слабее: его передатчик и антенна хуже точки доступа, поэтому реальный радиус двусторонней связи определяет именно обратный канал — обычно 100–200 м для смартфона на открытом месте. Для большего участка ставят несколько точек доступа, а не одну антенну с огромным усилением.
Направленная антенна и мост
Для соединения двух зданий ставят пару направленных антенн — панелей, решёток или параболических — друг на друга. Узкий луч даёт большое усиление и отсекает помехи со сторон. Уровень на приёме считают по потерям в свободном пространстве: L = 20·lg(d, км) + 20·lg(f, МГц) + 32,44 дБ. Для передатчика 20 дБм, двух одинаковых антенн и 2 дБ потерь в кабелях:
| Расстояние | Частота | Антенны | Потери в пространстве | Уровень на приёме |
|---|---|---|---|---|
| 1 км | 2,4 ГГц | 18 дБи | 100 дБ | -46 дБм |
| 1 км | 5,8 ГГц | 24 дБи | 108 дБ | -42 дБм |
| 3 км | 2,4 ГГц | 18 дБи | 110 дБ | -56 дБм |
| 3 км | 5,8 ГГц | 24 дБи | 117 дБ | -51 дБм |
| 5 км | 2,4 ГГц | 18 дБи | 114 дБ | -60 дБм |
| 5 км | 5,8 ГГц | 24 дБи | 122 дБ | -56 дБм |
Для устойчивой работы на высокой скорости нужен уровень на приёме −65…−70 дБм и лучше, с запасом 10–15 дБ на дождь, ветер и сезонные изменения. По таблице видно: на 5 км пара антенн по 24 дБи на 5,8 ГГц даёт около −69 дБм — это рабочий мост, если соблюдена прямая видимость и свободна зона Френеля.
Зона Френеля
Прямой видимости «глаз в глаз» мало: радиоволна занимает вокруг линии между антеннами объём в форме вытянутого эллипсоида — первую зону Френеля. Если в неё попадают деревья, крыши или земля, часть энергии теряется, и связь нестабильна. Свободной должна оставаться хотя бы 60 %% зоны. Радиус первой зоны в середине пролёта: r = 8,66·√(d/f), где d — длина пролёта в километрах, f — частота в гигагерцах, r — в метрах.
На 5 км зона Френеля на 2,4 ГГц — больше 12 м в радиусе: антенны поднимают на мачты выше крыш и деревьев.
Погода и сезоны
Дождь на частотах Wi-Fi почти не ослабляет сигнал: заметное затухание в осадках начинается выше 10 ГГц. Мешают другое: мокрая листва в зоне Френеля, снег и лёд на антеннах и радиопрозрачных колпаках, раскачивание мачты ветром. Поэтому запас по уровню в 10–15 дБ закладывают именно на эти явления, а мачты для узкого луча делают жёсткими и с растяжками.
Поляризация и MIMO
Современные точки доступа передают несколько потоков — MIMO. Для них нужны антенны с двумя разъёмами и двумя поляризациями: вертикальной и горизонтальной или ±45°. Каждый разъём подключают к своему порту точки доступа. У моста обе антенны должны иметь одинаковую поляризацию и быть повёрнуты одинаково — перекошенная на 45° антенна теряет половину сигнала.
Скорость и число пользователей
Скорость Wi-Fi делится между всеми, кто подключён к точке доступа, и падает с расстоянием: на краю зоны устройство переходит на более медленную модуляцию и занимает эфир дольше, тормозя остальных. Поэтому для площадки с десятками пользователей лучше несколько точек доступа с секторными антеннами и ровным уровнем сигнала, чем одна точка с мощной антенной. Для моста между зданиями выбирают отдельную пару антенн и отдельный канал, чтобы магистраль не делила эфир с пользователями.
Ширина канала тоже влияет: канал 80 МГц в 5 ГГц даёт высокую скорость на коротком чистом мосту, а на длинном мосту с помехами надёжнее работает канал 20 или 40 МГц — у него лучше отношение сигнал/шум.
Кабель и точка доступа
На частотах Wi-Fi кабель теряет много: на 5 ГГц тонкий кабель теряет около децибела на метр. Поэтому точку доступа ставят прямо у антенны — в всепогодном корпусе на мачте — и подают на неё питание и данные по одной витой паре. Антенну соединяют с точкой доступа короткими перемычками с разъёмами N или RP-SMA.
Мощность ограничена. Разрешённая мощность излучения Wi-Fi ограничена правилами, и направленная антенна с большим усилением повышает излучаемую мощность. Для мостов мощность передатчика снижают так, чтобы с учётом усиления антенны не превысить допустимую.
Питание по витой паре
Уличные точки доступа питаются по той же витой паре, по которой передают данные, — технология PoE. Инжектор стоит в помещении, кабель до мачты может быть длиной до 100 м. На вводе витой пары в здание ставят устройство грозозащиты для Ethernet, а мачту и корпус точки доступа заземляют.
Установка
- Мачту ставят выше крыш и деревьев на пути луча, с учётом зоны Френеля.
- Направленные антенны наводят по уровню сигнала на точке доступа, поворачивая по несколько градусов.
- Секторные антенны на мачте разносят по высоте и ставят на разные каналы.
- Разъёмы на улице закрывают гидроизоляцией, мачту заземляют.
- Проверяют скорость и уровень в дальних точках зоны, а не только у мачты.
Проверка моста
После наведения смотрят уровень сигнала и отношение сигнал/шум на обеих сторонах моста — они должны быть близкими. Если на одной стороне заметно хуже, одна из антенн наведена неточно или повёрнута по поляризации. Затем проверяют реальную скорость передачи в обе стороны и оставляют мост поработать сутки: вечером и в выходные загрузка эфира соседними сетями другая.
Типовые ошибки
- Мощная всенаправленная антенна на низкой мачте — под мачтой сигнал хуже, чем без неё.
- Мост через деревья — летом связь пропадает, когда распускается листва.
- Длинный кабель от точки доступа к антенне — потери съели усиление.
- Антенна «шире» диапазона точки доступа или с другой поляризацией.
- Работа на загруженном канале, хотя рядом свободный.
Что уточнить перед выбором
- Задача: покрыть участок, площадку или соединить здания.
- Диапазон точки доступа: 2,4, 5 ГГц или оба.
- Расстояние и есть ли прямая видимость для моста.
- Разъёмы точки доступа и число портов MIMO.
- Где можно поставить мачту и на какую высоту.
Модели KADAMM
Все антенны Wi-Fi — в разделе «Антенны Wi-Fi 2,4 и 5 ГГц» каталога KADAMM.
| Частоты | 2380–2520 МГц |
| Усиление | 10 дБи |
| Луч | 360° |
| Частоты | 2400–2500 МГц |
| Усиление | 16 дБи |
| Луч | 60° |
| Частоты | 2400–2500 МГц |
| Усиление | 15 дБи |
| Луч | 15° |