1 / 37

Antény pro WIFI sítě (1 / 2)

Antény pro WIFI sítě (1 / 2). Katedra elektromagnetického pole FEL ČVUT v Praze 6.dubna 2004. Obsah přednášky. Představení katedry (prof.Mazánek) Parametry antén Co je WIFI? (ing. Piksa) Používané antény Analýza „plechovkové“ antény (ing. Hazdra)

helene
Download Presentation

Antény pro WIFI sítě (1 / 2)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Antény pro WIFI sítě(1/2) Katedra elektromagnetického pole FEL ČVUT v Praze 6.dubna 2004

  2. Obsah přednášky • Představení katedry (prof.Mazánek) • Parametry antén • Co je WIFI? (ing. Piksa) • Používané antény • Analýza „plechovkové“ antény (ing. Hazdra) • Software pro analýzu a optimalizaci antén (ing. Polívka) • Vizualizace elektromagnetického pole (ing. Sokol) • Vyhlášení zájmové soutěže (prof. Mazánek) (další kolegové podílející se na přípravě: doc. Pechač, ing. Bártík,ing. Hradecký, ing. Zvánovec, …)

  3. Úvod – kdo jsme? Kdo jsme – pracoviště (nejenom anténní) vybavené • Teoretickými znalostmi • Softwarovými prostředky • Technologií • Měřicí technikou Co sledujeme touto akcí • Odbornou popularizaci problematiky přednášky zejména mezi studenty ČVUT

  4. Čím se zabýváme? • Anténní technikou • Šířením elektromagnetických vln • Mikrovlnnou technikou • Elektromagnetickou kompatibilitou • Optickými komunikacemi • Aplikačními oblastmi včetně lékařských

  5. Čím disponujeme v anténní technice ?odborníky, softwarem, technologií, měřicí technikou, „know-how“ • c Bezodrazová měřicí komora, přístrojové vybavení Vnější anténní pracoviště Software pro měření a zpracování dat Vnější anténní pracoviště detail přijímací strany

  6. Profesionalita naší práce Profesionální anténa 20. let 20. století Vyrobené antény navrženéna katedře elektromagnetického pole

  7. Vymezení rámce akce Co chceme – rámce této akce • uspořádat dvě navazující přednášky • 1. přehled antén pro WIFI sítě a softwarové nástroje pro jejich návrh • 2. ověření parametrů antén měřením a měřicí technika • doplnit je zájmovou soutěží pro studenty ČVUT Co nechceme • jakkoli posuzovat konkrétní komerční antény • pokračovat v odborných konzultacích a měřeních mimo rámec těchto přednášek Avšak • studenti mají možnost s námi spolupracovat v rámci výuky, semestrálních projektů, bakalářských a diplomových prací • Veškeré jiné aktivity spolupráce se mohou odvíjet pouze na komerční bázi zúčastněných stran

  8. Parametry antén – důležitéhoprvku bezdrátové sítě • Co je anténa • pasivní prvek s vlastnostmi filtru v prostorové i ve frekvenční oblasti • prvek měnící vedenou vlnu vedením na vyzářenou vlnu do prostoru a naopak • hraniční prvek komunikačního kanálu, který zásadním způsobem ovlivňuje parametry přenosového kanálu • Základní parametry: směrový diagram vstupní impedance • Všechny parametry antény jsou vzájemně svázané a záleží na velikostech, orientaci a prostorovém rozložení zdrojů vyzařovaného pole – proudůna anténě (směrovost, zisk, účinnost, ztráty, přizpůsobení, polarizace …)

  9. Směrové parametry antén

  10. Impedanční parametry antén • PSV (VSWR) [-] – poměr stojatých vln • RL [dB] – koeficient odrazu

  11. Co je WIFI • Co je to WIFI ? • zkr. Wireless Fidelity (z ang. „bezdrátová přesnost, věrnost“) • bezdrátová síť používající standard 802.11a, b, g(ISM pásma 2,4 a 5 GHz, přenosové rychlosti 1 až 54 Mb/s) • umožňuje levně sdílet připojení k Internetu • stává se fenoménem zejména pro: • svoji finanční dostupnost • možnost instalace připojení i svépomocí(se základnímitechnickými znalostmi) • velké rozšíření mezi„amatérskou“ komunitou

  12. Co je WIFI • Legislativní rámec • upravuje Generální licence ČTÚ 12/R/2000 a změny č. 1 a 2 platnéod 1. 3. 2003 • odstranění nejasností ve výkladu pojmů • stanoven max. EIRP = 0,1 W ! (ekvivalentně izotropně vyzářený výkon –součin výkonu přivedeného do antény a zisku antény) • dále definuje použitelné kmitočtové pásmo (2,40 –2,483 GHz, spektrální hustotu výkonu …)

  13. Co je WIFI • Příklad výpočtu EIRP Výkon na výstupu karty: 15dBm tj. 0,032 W Ztráty kabelem: 2dB Zisk antény: 20dBi EIRP: 15 - 2 + 20 = 33dBm tj. 2 W GL12/R/2000 umožňuje max.: 20 dBm tj. 0,1 W Závěr: norma překročena o 13dB, tj. 20x • Jak vyhovět GL 12/R/2000? • omezením vysílacího výkonu karty snížení výkonu, např. o 13dB, pokud to karta umožní**** • použitím směrového útlumového členu různý útlum příjem/vysílání, např. 13dB/2dB*** • použitím klasického útlumového členu stejný útlum v obou směrech, např. 13dB** • použití antény s nižším ziskem použití antény s nižším ziskem, např. 7dBi (o 13dB nižší) *

  14. Směrové vysílaný výkon je soustředěn do úzkého prostorového úhlu malá šířka svazku v obou hlavních rovinách Sektorové (podle tvaru též panelové) malá šířka svazku ve vertik. rovině,větší v horizont. rovině řady 1xN nebo MxN žářičů, které vykrývají určitou část prostoru Všesměrové vykrývají celý prostor 360° (v horizontální rovině, ve vertikální rovině může být šířka svazku užší) Používané antény Rozdělení z hlediska směrovýchvlastností

  15. Používané antény Rozdělení z hlediska zisku (přímo souvisí se směrovými vlastnostmi) • Malý zisk (G < 8 dBi) • individuální zářiče (půlvlnný monopól, smyčka, patch, …) • Středně ziskové (G ~ 8 až 18 dBi) • Yagi-Uda (řada dipólů) • šroubovicové antény • trychtýřové • Biquad, 4quad (dvou-, čtyřsmyčková anténa) • Backfire anténa (zářič se zpětným reflektorem) • plechovková anténa • … • Vysoce ziskové (G > 20 dBi) • parabolické antény (reflektor s ozařovačem)

  16. Yagi-Uda anténa • řada liniových zářičů • maximální reálně dosažitelný ziskG ~ 18dBi • šířka svazku ~ 25°x25° model antény v simulátoru CST Microwave Studio

  17. Středně ziskové antény • Šroubovicová anténa • kruhová polarizace • zisk do 20dBi • Backfire anténa • zisk ~ 10dBi • Plechovková anténa • zisk ~ 8dBi

  18. Středně ziskové antény • Biquad (dvousmyčková anténa) • zisk ~ 9dBi • lineární polarizace • (vertikální, viz. foto) • šířka svazku 60°x60° • 4quad(čtyřsmyčková anténa) • zisk ~ 11dBi • šířka svazku 60°x40°

  19. Vysoce ziskové antény Parabolická anténa • zisk dle průměru reflektoru 15 až 24 dBi, i více • maximální zisk = optimální ozáření (14dB pokles na hraně reflektoru) Ozařovač: • plechovka – ústí vlnovodu • yagi • biquad – dvousmyčková anténa • koutový ozařovač • šroubovice d - průměr reflektoru, η - účinnost

  20. Sektorové, panelové antény • řady 1xN nebo MxN zářičů (štěrbin, dipólů, patch antén,…) • ozařují definovanou výseč prostoru, např. 60°, 90°, 120°, 180°

  21. Všesměrové antény • všesměrové (omni directional) vykrývají horizontálně prostor 360° • vyšších zisků se dosahuje vertikální řadou zářičů • vertikální rovina má pak užší svazek

  22. Příklad výpočtupotřebného zisku antény • Budeme vycházet z rovnice výkonové bilance radiokomunikačního řetězce • Pr = Pt + Gt + Gr – Lo – Lt – Lr - Rez • Pt - výstupní výkon WiFi karty • Pr - přijímaný výkon • Lo - ztráty vlivem šíření volným prostorem • Lt - ztráty mezi kartou a anténou na vysílané straně • (kabely, konektory, bleskojistky,…) • Lr - ztráty mezi kartou a anténou na přijímací straně • (kabely, konektory, bleskojistky,…) • Gt - zisk vysílací antény • Gr - zisk přijímací antény • Rez - rezerva

  23. Příklad výpočtu potřebnéhozisku přijímací antény Př. výpočtu:nezarušené / zarušené prostředí R = 1km,λ = 0,122m Pt = 15dBm Pn = -100dBm / -90dBm Pr = -85dBm / -75dBm(pro 11Mbps SNR > 15dB) Lo = 10·log((4·π·R/λ)^2) ~ 100dB Gt = 8dBi, Lt ~ 3dB, Lr ~ 3dB, Rez = 3dB Gr = Pr – Pt – Gt + Lo + Lr + Lt + Rez = -85 / -75 – 15 – 8 + 100 + 3 + 3 + 3 = = 1dBi / 11 dBi

  24. Analýza „plechovkové“ antény D=7,8 dBi BW-3dB_vert=75,80 BW-3dB_horiz=61,40 Přizpůsobení jako funkce délky „plechovky“ Směrovost jako funkce délky „plechovky“

  25. Analýza trychtýřové antény D=15,7 dBi BW-3dB_vert=24,90 BW-3dB_horiz=30,60 Vertikální rovina Horizontální rovina

  26. Analýza sektorové antény D=15,5 dBi (pro 8 štěrbin) BW-3dB_vert=10,50 BW-3dB_horiz=780 Vertikální rovina Horizontální rovina měření simulace měření simulace

  27. Analýza 3D úhlového reflektoru D=16,7 dBi

  28. Software pro analýzua optimalizaci antén • Kategorizace • dle metody řešení: analytické x numerické metody • Analytické metody • jednoúčelové programy (dipólové, smyčkové, šroubovicové, trychtýřové, … antény) • Numerické metody (časová x frekveční oblast): • simulátory drátových struktur (NEC) • planární simulátory (IE/MoM) • 3D simulátory (FDTD, FEM, TLM, …)

  29. Software pro analýzua optimalizaci antén • dle dostupnosti: volně dostupné x komerční • Volně dostupné • www zdroje, vydavatelství zahraniční literatury, „lite“ verze komerčních programů, Java apletyna Internetu, K13117 (http://www.rfprop.com/For_students/AS1/2002/Software/Software.htm) • Komerční • simulátory drátových struktur (NEC) • planární simulátory (IE/MoM) • 3D simulátory (FDTD, FEM, TLM, …) (http://www.rfprop.com/EM_simulators/nmp.pdf)

  30. Volně dostupný software • kódy založené na algoritmu NEC – použitelnépro dratové antény • EZNEC (http://www.eznec.com/) - demo version • Antenna Solver (http://www.gsolver.com/) • MININEC Classic (http://www.emsci.com/) • Yagi Modeler (http://fermi.la.asu.edu/w9cf/yagipub/index.html) - Java • NEC4WIN95 (http://www.orionmicro.com/) • MMANA (http://www.qsl.net/mmhamsoft/) výpočet vstupní impedance, směrových charakteristik, PZ poměru, směrovosti, …

  31. Volně dostupný software • př.MMANA (MM Antenna analyzer) • jednoduché, intuitivní ovládání • výpočet anténních parametrů

  32. Software pro analýzu (nejen) anténna K13117 • Sofistikované programy - použití pro vědecko-výzkumnou práci, výukové účely • planární simulátor Zeland IE3D (http://www.zeland.com/) • 3D simulátor Zeland Fidelity(http://www.zeland.com/) • 3D simulátor CST Microwave Studio (http://www.cst.de/) - dálev prezentaci výpočet vstupní impedance, s-parametrů, směrových charakteristik,směrovosti, zisku, účinnosti, složek E, H blízkého pole, SAR, … • použití v rámci výuky předmětů katedrou(http://www.feld.cvut.cz/cz/FEE/education/rozvrhy/predmety/#112)

  33. Vizualizace elektromagnetického pole - CST Microwave Studio • Antény • Planární mikrovlnné obvody • Vlnovodné komponenty • Filtry, rezonátory • Vedení • Subsystémy http://www.rfprop.com/For_students/mit/mit.htm

  34. Subsystémy - Interferometrie

  35. Vyhlášení zájmové soutěže„WIFI anténa“ Katedra elektromagnetického pole vyhlašuje zájmovou soutěž pro studenty ČVUT „WIFI anténa“ • Termín soutěže 6.4. – 4.5. 2004 • Soutěžní exponáty – antény pro ISM pásmo 2,4 GHz s konektorem N nebo SMA • Soutěžící – studenti ČVUT v Praze • Kritéria pro hodnocení exponátů – kvalita technického provedení, koeficient odrazu, subjektivní estetický dojem • Vyhlášení výsledků, předání symbolických cen – 11.5. 2004 • Pravidla soutěže na http//:www.rfprop.cz/wifi

  36. Vyhlášení zájmové soutěže – „O nejlepší WIFI anténu“ • Přihláška - povinné údaje: • jméno a příjmení + školní e-mail • souhlas s uveřejněním fotografie exponátu se jménem autorana www stránky katedry • prohlášení o původu antény a jejím předání k otestování a vyhodnocení • Předání antény v termínu soutěže s přihláškou • na sekretariát katedry elektromagnetického pole, blok B2, míst. Č. 636 • pouze každé pondělí nebo úterý od 9 do12 hod. • Vyhlášení výsledků, předání symbolických cen • na druhé přednášce 11.5. 2004 • Předání antén zpět autorům • 11.5. po přednášce nebo 13.5. na katedře elektromagnetického pole,za zpět nepřevzaté antény se dále neručí

  37. Příště (11.5.2004) Měření WIFI antén: • Jaké parametry se u antén měří • Profesionální měření parametrů antén • Malá WLAN síť • Vyhlášení výsledků soutěže • Exkurze na měřicí anténní pracoviště Děkujeme za pozornost

More Related