الهوائي متعدد الاتجاهات في مقابل الهوائي الاتجاهي

المقدمة

يتناول هذا المستند تعريفات الهوائيات الأساسية ويناقش مفاهيم الهوائيات مع التركيز على الإيجابيات والسلبيات الخاصة بالهوائيات متعددة الاتجاهات والهوائيات الاتجاهية.

المتطلبات الأساسية

المتطلبات

لا توجد متطلبات خاصة لهذا المستند.

المكونات المستخدمة

لا يقتصر هذا المستند على إصدارات برامج ومكونات مادية معينة.

الاصطلاحات

راجع اصطلاحات تلميحات Cisco التقنية للحصول على مزيد من المعلومات حول اصطلاحات المستندات.

التعريفات الأساسية ومفاهيم الهوائيات

يمنح الهوائي النظام اللاسلكي ثلاث خصائص أساسية هي: الارتفاع والاتجاه والاستقطاب. الكسب هو مقياس الزيادة في القوة. يمثل "الربح" مقدار الزيادة في الطاقة التي يضفها الهوائي إلى إشارة التردد اللاسلكي (RF). الإتجاه هو شكل نمط الإرسال. كلما زاد ربح الهوائي الاتجاهي، تنخفض زاوية الإشعاع عادة. وهذا يوفر مسافة تغطية أكبر، ولكن مع زاوية تغطية مخففة. وتقاس مساحة التغطية أو نمط الإشعاع بالدرجات. هذه الزوايا تقاس بالدرجات ويسمى عرض الحزمة.

الهوائي عبارة عن جهاز سلبي لا يوفر أي طاقة إضافية على الإشارة. بدلا من ذلك، فإن الهوائي ببساطة يعيد توجيه الطاقة التي يتلقاها من جهاز الإرسال. إعادة توجيه هذه الطاقة لديها تأثير توفير المزيد من الطاقة في إتجاه واحد، وطاقة أقل في جميع الاتجاهات الأخرى.

ويتم تعريف الواجهات في كل من السهول الأفقية والرأسية. عرض الحزمة هو الفاصل الزاوي بين نقاط نصف الطاقة (3dB) في نمط الإشعاع للهوائي في أي مستوى. لذلك، بالنسبة للهوائي، يكون عرض الحزمة أفقيا وعرض الحزمة الرأسي.

شكل 1: عرض حزمة الهوائي

يتم تقييم الهوائيات بالمقارنة مع الهوائيات متساوية أقطاب وهوائيات ثنائية أقطاب. هوائي متناظر هو هوائي نظري ذو نمط إشعاع ثلاثي الأبعاد منتظم (مثل المصباح الضوئي بدون عاكس). بمعنى آخر، يحتوي الهوائي المتساوي الأضلاع النظري على عرض أمامي ورأسي مثالي يبلغ 360 درجة أو على نمط كروي للإشعاع. وهو هوائي مثالي يشع في جميع الاتجاهات وله ربح قدره 1 (0 ديسيبل)، أي صفر كسب و صفر خسارة. يستخدم هذا المزيج لمقارنة مستوى طاقة هوائي معين مع هوائي متناسق الأضلاع النظري.

الشكل 2: نمط الإشعاع في هوائي متناظر

يمكن تصنيف الهوائيات على نطاق واسع كهوائيات متعددة الاتجاهات والاتجاهات، والتي تعتمد على الإتجاه.

على عكس الهوائيات المتماثلة، تكون الهوائيات ثنائية القطب هوائيات حقيقية. شكل الإشعاع الثنائي القطب هو 360 درجة في المستوى الأفقي وحوالي 75 درجة في المستوى الرأسي (هذا يفترض أن الهوائي ثنائي القطب قائم رأسيا) ويشبه الدونت في الشكل. ونظرا لأن الحزمة مركزة قليلا، فإن هوائيات ثنائي قطب تتميز بنصيب أكبر من هوائيات متساوية المنتصف يصل إلى 2.14 ديسيبل في المستوى الأفقي. يقال أن هوائيات ثنائي القطب حققت ربحا قدره 2.14 ديسيبل آيزوتروبي dBi، وهو ما يقارن بهوائي متناسق. كلما زادت ربح الهوائيات كلما كان عرض الحزمة الرأسية أصغر.

تخيل النمط الإشعاعي لهوائي متناظر باعتباره بالون، والذي يمتد من الهوائي بالتساوي في جميع الاتجاهات. الآن تخيل أنك تضغط على أعلى وأسفل البالون. مما يتسبب في تمدد البالون في إتجاه خارجي يغطي مساحة أكبر في النمط الأفقي لكنه يقلل مساحة التغطية فوق الهوائي وأسفله. يؤدي ذلك إلى كسب أعلى، حيث يبدو أن الهوائي يمتد إلى منطقة تغطية أكبر.

الشكل 3: نمط الإشعاع في هوائي أومني

الهوائيات متعددة الإتجاهات لها نفس نمط الإشعاع. توفر هذه الهوائيات نمط إشعاع أفقي بمقدار 360 درجة. تستخدم هذه عندما تكون التغطية مطلوبة في جميع الاتجاهات (أفقيا) من الهوائي بدرجات متفاوتة من التغطية الرأسية. الإستقطاب هو الإتجاه الفيزيائي للعنصر في الهوائي الذي ينبعث منه طاقة التردد اللاسلكي. فالهوائي متعدد الإتجاه، على سبيل المثال، عادة ما يكون هوائيا مستقطبا رأسيا.

الشكل 4: إستقطاب الهوائي

تعمل الهوائيات الموجهة على تركيز طاقة تردد الراديو في إتجاه معين. كلما زاد ربح الهوائي الاتجاهي، تزداد مسافة التغطية، لكن زاوية التغطية الفعالة تقل. بالنسبة للهوائيات الموجهة، يتم دفع الفصوص في إتجاه معين وهناك طاقة قليلة على الجانب الخلفي من الهوائي.

الشكل 5: نمط إشعاع هوائي أتجاهي

جانب آخر مهم في الهوائي هو نسبة المقدمة إلى الخلف. يقيس قابلية الهوائي للتوجيه. نسبة الطاقة التي يوجهها الهوائي باتجاه معين تعتمد على نمط الإشعاع المتجه له مقابل الطاقة المتبقية بعد الهوائي أو المفقودة. كلما زاد كسب الهوائي، إرتفعت نسبة الإرسال من الأمام إلى الخلف. في العادة يبلغ معدل الهوائي الجيد من الأمام إلى الخلف 20 ديسيبل.

الشكل 6: النمط النمطي للإشعاع في هوائي أتجاهي مزود بفصوص معايرة

يمكن أن يحتوي الهوائي على مكاسب قدرها 21 ديسيبل آيزوتروبي dBi، أو نسبة من الأمام إلى الخلف قدرها 20 ديسيبل آيزوتروبي dB أو نسبة من الأمام إلى الجانب قدرها 15 ديسيبل. هذا يعني أن الربح في الإتجاه المعاكس يساوي 1 ديسيبل آيزوتروبي dBi، و 6 ديسيبل آيزوتروبي dBi من الجانب. من أجل تحسين الأداء الكلي للشبكة المحلية اللاسلكية، من المهم فهم كيفية زيادة تغطية الراديو إلى الحد الأقصى باستخدام تحديد الهوائي المناسب ووضعه.

التأثيرات الداخلية

يمكن تنفيذ النشر اللاسلكي عن طريق الانعكاس أو الانكسار أو الانعراج في بيئة معينة. الإنعراج هو انحناء الموجات حول الزوايا. يمكن أن تأخذ موجات التردد اللاسلكي مسارات متعددة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. المسارات المتعددة هي مزيج من إشارة أساسية وإشارة منعكسة أو منقسمة أو مختلفة. إذا على جانب المستقبل، الإشارات المنعكسة المقترنة بالإشارة المباشرة يمكن أن تفسد الإشارة أو تزيد من نطاق الإشارة، التي تعتمد على مراحل هذه الإشارات. ولأن المسافة التي تقطعها الإشارة المباشرة أقصر من الإشارة المرجوعة، فإن الفارق الزمني يؤدي إلى تلقي إشارتين.

هذه الإشارات متراكبة و مجمعة في واحدة واحدة. في الحياة الواقعية، الفترة ما بين أول إشارة تم تلقيها وآخر إشارة تم ترديدها تسمى عملية انتشار التأخير. امتداد التأخير هو المعلمة المستخدمة للإشارة إلى متعدد المسارات. يتم قياس تأخر الإشارات المنعكسة في جزء من مليون من الثانية. يعتمد مقدار التأخير الموزع على مقدار العوائق أو البنية التحتية الموجودة بين جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. ولذلك، فإن لانتشار التأخير قيمة أكبر بالنسبة لقاع التصنيع نظرا لوجود الكثير من الهياكل المعدنية مقارنة ببيئة المنزل. وبشكل عام، تعمل المسارات المتعددة على الحد من معدل البيانات أو خفض الأداء.

الشكل 7: التأثيرات المتعددة المسارات في البيئة الداخلية

انتشار التردد اللاسلكي داخل المباني ليس هو نفسه كما في الأماكن المفتوحة. يرجع ذلك إلى وجود عوائق صلبة وسقوف وأرضيات تساهم في التخفيف وفقدان الإشارات متعددة المسارات. لذلك، فإن انتشار التأخير أو تعدد المسارات يكون أكثر في البيئة الداخلية. إذا كان معدل انتشار التأخير أكبر، فإن التداخل يكون أكثر وسيتسبب في معدل إخراج أقل بمعدل بيانات معين.

كما يمكن تصنيف البيئة الداخلية على أنها قريبة من خط النظر (LOS) وغير LOS. في البيئات القريبة من لوس أنجلوس، حيث يمكنك رؤية نقاط الوصول (APs) مثل الممرات، تكون عادة المسارات المتعددة ثانوية ويمكن التغلب عليها بسهولة. فحجم الإشارات التي تردد صداها أقل كثيرا من حجم الإشارة الرئيسية. ومع ذلك، يمكن للإشارات التي ترددت بشكل متكرر أن تكون أعلى من حيث مستويات الطاقة في الحالات التي لا ترد فيها الإشارة، وذلك لأن الإشارة الأولية قد تكون معوقة جزئيا أو كليا، وبصورة عامة فإن هناك مسارات متعددة أكثر.

لقد كان المسار المتعدد حدثا شبه ثابت. على أي حال، عوامل أخرى مثل نقل الكائنات يمكن أن تدخل في حيز التشغيل. يتغير الشرط متعدد المسارات المحدد من فترة عينة إلى التالية. يسمى هذا بتباين الوقت.

يمكن أن يتسبب تداخل المسارات المتعددة في أن تكون طاقة التردد اللاسلكي للهوائي عالية جدا، ولكن لا يمكن إسترداد البيانات. يجب ألا تقصر التحليل على مستوى الطاقة فقط. ونظرا لأن إشارة التردد اللاسلكي المنخفضة لا تعني ضعف الاتصال، فإن جودة الإشارة المنخفضة تعني ضعف الاتصال. يجب تحليل جودة الإشارة ومستوى Rx جنبا إلى جنب. يعني مستوى الإرسال عالي وجودة الإشارة المنخفضة وجود الكثير من التداخل. يجب عليك تحليل خطة تردد القناة مرة أخرى في مثل هذا السيناريو. يعني مستوى RX المنخفض وجودة الإشارة المنخفضة أن هناك الكثير من الإعاقة.

كما يتأثر انتشار الموجات داخل المباني بمواد البناء. تحدد كثافة المواد المستخدمة في بناء البناية عدد الجدران التي يمكن أن تمر عبرها إشارة التردد اللاسلكي مع الحفاظ على تغطية كافية. ان جدران الورق والفينيل لا تؤثر كثيرا في أختراق الاشارات. يمكن أن تحد الجدران الصلبة والأرضيات الصلبة والجدران الإسمنتية في مرحلة ما قبل التغليف من أختراق الإشارة لجدار واحد أو إثنين دون تغطية مهينة. ويمكن أن يختلف ذلك بشكل واسع بين أي فولاذ يعزز داخل الخرسانة. يمكن لجدران الكتل الخرسانية والإسمنتية الحد من أختراق الإشارة إلى ثلاثة أو أربعة جدران. فالخشب أو الحوائط الجافة يسمح عادة بالدخول الكافي إلى خمسة أو ستة جدران. فالجدار المعدني السميك يجعل الاشارات تنعكس، مما يؤدي إلى انتشار ضعيف. وتحد الخرسانة المسلحة الفولاذية من المساحة التي تغطيها الطوابق إلى طابق أو طابقين.

كلما زاد التردد، كلما قصر طول الموجة. فالاطوال الموجية الاقصر لها امكانية أكبر ان تمتصها مادة البناء وتشوهها. ولذلك، فإن 802.11a، التي تعمل ضمن نطاق تردد أعلى، أكثر عرضة لآثار مواد البناء.

يجب إختبار التأثير الفعلي على التردد اللاسلكي في الموقع. لذلك من الضروري إجراء إستطلاع للموقع. يجب إجراء إستطلاع للموقع لرؤية مستوى الإشارة الذي تتلقاه على الجانب الآخر من الجدران. إن أي تغيير في نوع الهوائي وموقعه يمكن أن يؤدي إلى عدم حدوث تداخل بين المسارات المتعددة.

إيجابيات وسلبيات الهوائي العام

يسهل تركيب جميع الهوائيات. نظرا للنمط الأفقي بزاوية 360 درجة، يمكن أيضا تثبيته مقلوبا إلى أسفل من السقف في البيئة الداخلية. أيضا، نظرا لشكلها، من الملائم جدا ربط هذه الهوائيات بالمنتج. على سبيل المثال، قد ترى هوائيات بط مطاطية متصلة بنقاط الوصول اللاسلكية. ومن أجل الحصول على ربح شامل الإتجاه من هوائي متساوي الطوق، تدفع فصوص الطاقة إلى الداخل من الاعلى والسفلى، وتدفع إلى الخارج في نمط من الجوز المتساوي. وإذا إستمريت في الدفع في طرفي البالون (نمط الهوائي المتساوي الاستواء)، فسيؤدي ذلك إلى حدوث تأثير بقالب خفيف جدا يؤدي إلى عرض الحزمة رأسيا، ولكن مع تغطية أفقية كبيرة. يمكن لهذا النوع من تصميم الهوائيات توفير مسافات إتصالات طويلة جدا، ولكن يوجد به عقبة واحدة تتمثل في ضعف التغطية تحت الهوائي.

شكل 8: هوائي عمومي بدون تغطية تحت الهوائي

إذا حاولت تغطية منطقة من نقطة مرتفعة، فسترى ثقبا كبيرا تحت الهوائي بدون تغطية.

يمكن حل هذه المشكلة جزئيا بتصميم شيء يسمى الميل إلى أسفل. مع ميزة الإمالة، يتم التعامل مع عرض الحزمة لتوفير تغطية أكبر تحت الهوائي مقارنة بالدرجات الأعلى من الهوائي. هذا الحل للنزول غير ممكن في هوائي أومني بسبب طبيعة نمط الإشعاع الخاص به.

عادة ما يكون الهوائي أومني هوائي متعدد الاقطاب رأسيا، لذلك لا توجد مزايا لاستخدام الإستقطاب المتبادل هنا لمكافحة التداخل.

يوفر هوائي ذي ربح منخفض تغطية مثالية لبيئات العمل الداخلية. وهو يغطي مساحة أكبر بالقرب من نقطة الوصول أو جهاز لاسلكي من أجل زيادة احتمال تلقي الإشارة في بيئة متعددة المسارات.

ملاحظة: بالإضافة إلى مهايئات Cisco Aironet التي تعمل من أجل عمليات نشر أكبر، تعد هوائيات HGA9N وHGA7S هوائيات متعددة الإتجاه ذات كسب مرتفع تدعمها Cisco لبيئات المكاتب الصغيرة.

إيجابيات وسلبيات الهوائي الاتجاهي

باستخدام الهوائيات الموجهة، يمكنك تحويل طاقة التردد اللاسلكي في إتجاه معين إلى مسافات أبعد. لذلك، يمكنك تغطية النطاقات الطويلة، ولكن يقل عرض الحزمة الفعال. وهذا النوع من الهوائيات مفيد بالقرب من تغطية لوس أنجلوس مثل تغطية الممرات والممرات الطويلة، وهياكل الجزر التي توجد بينها مسافات، إلخ. ولكن، بما ان التغطية الزاوية اقل، لا يمكنكم ان تغطوا مناطق كبيرة. هذا الأمر غير موات للتغطية العامة في الأماكن المغلقة لأنك ترغب في تغطية مساحة زاوية أوسع حول نقطة الوصول (AP).

يجب أن تواجه صفيفات الهوائيات في الإتجاه الذي تتم فيه التغطية المطلوبة، مما قد يجعل التركيب أمرا صعبا في بعض الأحيان.

تداخل

ونظرا لأن الأجهزة التي تعمل وفقا لمعيار 802.11 تعمل في النطاقات غير المرخصة، فإن هذا يجعل هذه الأجهزة متاحة لأي شخص لاستخدامها. يأتي تداخل الشبكة المحلية اللاسلكية من أجهزة أخرى مشابهة ومصادر أخرى مثل أفران الميكروويف، الهواتف التي لا سلكية، إشارات الرادار من مطار قريب، إلخ. كما يمكن العثور على التداخل من خلال تقنيات أخرى تستخدم نفس النطاق الترددي الذي تستخدمه أجهزة Bluetooth أو الأمان. في بتردد 2.4 جيجاهيرتز غير المرخص، توجد قنوات محدودة للاستخدام لتجنب التداخل، مع توفر ثلاث قنوات غير متداخلة فقط.

يتسبب التداخل والمجالات المتعددة في تقلب إشارة الاستقبال على تردد معين. يسمى هذا الاختلاف في الإشارة بالتلاشي. الخفوت أيضا انتقائي للتردد، حيث تختلف درجة التوهين باختلاف التردد. يمكن تصنيف القناة كقناة سريعة الخفوت أو قناة بطيئة الخفوت. يعتمد ذلك على مدى سرعة تغير إشارة النطاق القاعدي المرسلة. يمكن أن يستقبل المستقبل المتنقل الذي يمر عبر بيئة داخلية تقلبات سريعة في الإشارة تنجم عن إضافات وإلغاءات الإشارات المباشرة في فترات نصف موجية.

التداخل يزيد من متطلبات نسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) لمعدل بيانات معين. يرتفع عدد مرات إعادة محاولة الحزمة في منطقة يكون فيها التداخل أو متعدد المسارات مرتفعا جدا. إن أي تغيير في نوع الهوائي وموقعه يمكن أن يؤدي إلى عدم حدوث تداخل بين المسارات المتعددة. يضيف كسب الهوائي إلى مكاسب النظام ويحسن من متطلبات الإشارة والتداخل مع حصص الإزعاج (SINR) كما هو موضح هنا:

الشكل 9: الحد الأدنى للضوضاء ونسبة الإشارة والتداخل إلى الضوضاء

على الرغم من أن الهوائيات الموجهة تساعد على تركيز الطاقة في إتجاه معين والذي يمكن أن يساعد على التغلب على التلاشي والمتعدد المسارات، إلا أن تعدد المسارات نفسه يقلل من قوة تركيز الهوائي الاتجاهي. يمكن أن يكون مقدار المسارات المتعددة التي يراها المستخدم على مسافة بعيدة من نقطة الوصول أكثر من ذلك بكثير.

والهوائيات الاتجاهية المستخدمة في الأماكن الداخلية لها عادة ربح أقل، ونتيجة لذلك لها نسب نسب نسب نسب نسب من الأمام إلى الخلف ومن الأمام إلى الجانب. ويؤدي ذلك إلى تقليل القدرة على رفض أو تقليل إشارات التداخل التي يتم استقبالها من أتجاهات خارج منطقة الفص الأساسية.

القرار

في حين أن الهوائيات الاتجاهية يمكن أن تكون ذات قيمة كبيرة لتطبيقات معينة داخل المباني، إلا أن الغالبية العظمى من التركيبات داخل المباني تستخدم هوائيات متعددة الإتجاهات للأسباب المذكورة في هذه الوثيقة. يجب أن يتم تحديد الهوائيات المختارة من هوائي موجه أو متعدد الإتجاهات بدقة من خلال دراسة الموقع بطريقة صحيحة وصحيحة.

معلومات ذات صلة

• الدليل المرجعي للهوائيات والملحقات Aironet من Cisco
• كبلات الهوائي
• طرق توسيع منطقة تغطية الراديو للشبكة المحلية اللاسلكية (WLAN)
• الأسئلة المتداولة حول إستطلاع الموقع اللاسلكي
• استكشاف أخطاء الاتصال في شبكة LAN اللاسلكية وإصلاحها
• تعدد المسارات والتنوع
• أداة حساب نطاق الجسر الخارجي
• حل المشاكل التي تؤثر على إتصالات التردد اللاسلكي
• الدعم التقني والمستندات - Cisco Systems