無線天線知識

2023年12月6日發(作者：中國龍歌詞)

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天線的架設

城區戶外無線傳輸AP架設現場實景圖

定向天線懸掛

AP+定向柵欄天線

無線AP

室外AP

樓頂AP+定向天線

天線

在典型的WLAN環境，主要有發送數據和接收的設備，這稱為接入點/熱點/網絡橋接器通常一個AP能夠在幾十至上百米內的范圍內連接多個無線用戶，甚至點對點傳輸30公里信號。在同時具有有線與無線網絡的情況下，AP可以通過標準的Ethernet電纜與傳統的有線網絡連接，作為無線和有線網絡之間連接的橋梁。

而這也是目前的主要應用方式，比如電腦通過無線網卡與AP的連接，再通過AP與ADSL等寬帶網絡連接入互連網。除此之外,AP本身具有網管的功能,能夠針對無線網卡作出一定的監控。AP理論上可以支持一個ClassC的工作站，但是為了保證每個工作站都有足夠的帶寬，一般建議一臺AP支持20-30個工作站。

無線AP在那些需要大面積無線網絡覆蓋的公司、廠區或校園等環境中使用得比較多，更適合于那些只需要將有線信號轉換成無線信號，并對信號有放大作用的場合。覆蓋范圍比較大，可當作無線信號的轉發站，所能支持的無線客戶端數量也比較多。

無線路由器在個人、家庭用戶和SOHO的環境中使用得比較多，集有線寬帶路由器和無線AP于一體，管理功能強大，可以通過雙絞線以有線的方式鏈接計算機，輕松實現有線和無線的互相通信。但支持的無線客戶端數量有限。

總結：雖然它們都是無線局域網內的設備，但無線AP工作在相對“大”的環境中，支持的用戶數量要比無線路由器多，信號收發能力也更強一些，對無線信號的處理能力要求比較高，所以說無線AP更“專注于無線擴展和無線布局”，廠商投入的成本相對要高一些，這或許是無線AP的售價要高于無線路由器的主要原因之一。大家可以根據自己實際的需要和網絡條件來選擇無線AP或是無線路由器。

關于天線

在大多數情況下，要擴大無線網絡的覆蓋范圍，最直接的方法是更換高增益的天線，或是安裝一個外置天線，最好是全向或定向天線。

定向天線

定向天線通常使用在點對點系統中，有時用在點對多點的系統中的遠端點，如果你想連接兩個不同的位置，建議使用這種天線。定向天線主要有：背射天線，平板天線，Yagi天線，拋物面天線等。

全向天線

這種天線通常使用在點對多點系統中中心點使用的網絡，或者使用在你的汽車上。全向天線作為中心天線給其他的計算機或設備（比如：無線打印機，PDA等）提供信號。你也可以使用2個全向天線來組建點對點系統，通常我們不建議你這樣做，因為這樣做信號不集中，效果非常的差。常用的全向天線有：垂直全向，吸頂天線，橡膠鴨嘴天線，桌面天線和移動垂直天線。

點對點

點對點通常包括2個不同的無線AP，或建筑物到建筑物的無線連接。但是也有例外的情況，如果你的AP是穿過一個河流或山谷，你想給多個用戶提供無線接入，這是點對多點的方式，但是要使用定向天線。

點對多點

點對多點通常是共享一個WLAN，或者家庭成員共享因特網的連接，或者和鄰居共享因特網的連接。 也可以是咖啡店，火車站，機場等的WAP (Wireless Access Points)。

信號覆蓋范圍

信號的覆蓋范圍包括幾個主要的因素，包括無線網卡或路由器的輸出功率，無線網卡的信號接收靈敏度，傳輸路徑上障礙物的情況，比如，樹、墻等。由于有這么多的因素影響你的覆蓋范圍，在這里不可能說的十分清楚。但是一個常用的方法就是選擇一個合適的天線，為什么這么說呢？因為輸出功率是非常的小 。

特定環境的天線

我們經常問到的一個問題是，如何為特定的環境選擇一個合適的天線呢。這是一個既簡單又復雜的問題，取決于用戶的特殊需求，即想要做什么。目前的802.11b(11 Mbps)、802.11g(54 Mbps)和SuperG（108 Mbps)標準提供了一個比較好的速度，信號效果主要取決于你的無線網卡和無線路由器的信號強度和噪聲。也就是說：信號強度越大，噪聲越低，信號就越好。

有很多種無線的應用，在家庭里，辦公室等，讓我們來看一下這些應用。

家庭

家庭使用的天線是最容易購買的，選擇和安裝也最簡單。 在多數情況下，只需要在遠端的計算機上使用天線就可以了。我們建議你使用天線在遠端的計算機上， 由于你安裝到路由器上的時候，信號會擴大到你的鄰居，安全就得不到保證。如果你有多個書房或房子比較大，你需要在每個計算機上安裝天線，這樣范圍和帶寬才可以 得到提高。你需要穿過的每一個墻都會減少信號的強度。為了達到更強的信號強度和信號，我們建議在遠端的PC上安裝5db的天線，桌面天線等。最好的方法是先用一個天線在遠端的PC上進行測試。

辦公室

辦公室的天線一般都要求是漂亮美觀的。如果你想在辦公室任何地方工作的時候都能接入網絡，而不使用網線，那么首先你必須買一個質量好的無線網卡，然后在無線路由器上安裝天線，以便將信號達到最大的延伸。它是很簡單的。然而，如果你的辦公室被分成幾個不同的房間或者非常大，就會有一些困難。

關于雙天線

拋開環境因素的影響，在發射功率一定的情況下，雙天線可以有效增加無線覆蓋面，平均帶來約3dB的訊噪比增益（是指有用訊號功率與無用的功率之比），目前市場上的無線路由天線增益一般為2dBi，但這并不意味著兩根天線就是4dBi，雙天線不是簡單的1+1=2，而是兩根天線的自動協調，也稱天線分集，一根天線只收，另外一根又收又發，路由器可以不斷去選擇接收得較好的那根天線去接收無線訊號，從而達到理想的效果。

·如何選擇天線

移動中的天線

為什么要在車里面使用無線網絡呢？這個問題非常好，現在在國外發達國家的一些地方，整個城市內都提供了無線的服務，在車上你就可以直接的接入到因特網上。WiMAX網絡正在向這個方向發展，不久的將來，國內的一些主要城市也會提供高品質的無線接入服務。

背射天線

背射天線是一種小的定向天線，增益比較高。這種天線看起來想一個圓盤子一樣，這種天線建議使用在點對點或點對多點的系統中。背射天線的增益有16dbi，直徑不超過30cm。

拋物面天線

這是一個真正的高功率天線，很像接收衛星信號的“鍋”，增益非常大，但是，在對準目標方向的時候存在一定困難。天線的增益越大，波束越窄，方向性越強，所以調整起來就越困難。這種天線通常使用在遠距離的點對點系統中。這種天線工作的時候將功率集中到一個中心點上，并將無線的信號集中到一個特定的區域，就象一個打開的手電筒一樣。

選擇天線增益的時候，需要考慮的問題

你需要天線的增益取決于傳輸路徑上的障礙物的情況，需要覆蓋的范圍和你的無線網卡的性能。在選擇天線的時候，這些因素都要考慮進去。對于普通消費者來說，目前市面上的無線路由和AP的天線增益在2dBi、3dBi和5dBi之間，完全可以滿足日常環境的使用，對于特殊需要的用戶來說，還有8dBi、9dBi的天線可供用戶更換。

關于信號干擾

和所有的無線設備一樣，WIFI同樣存在干擾的問題。就象你在聽收音機的時候，有時能聽到一些雜音，這就是干擾。同樣的事情也會發生在WIFI系統里，只是沒有那么明顯。影響WIFI系統的主要有微波爐，一些特定的 燈光系統，其它的802.11設備，微波傳輸設備，甚至計算機的高速處理器都能引起802.11系統的干擾。在你使用無線設備的時候，這些因素都要考慮到。

小結：無線網絡最重要的就是速度和信號效果，原有的設備可能無法滿足我們的實際要求，這就需要加裝天線的幫助，大家可以根據實際情況來選擇一款最合適的。

什么是無線天線

當計算機與無線AP或其他計算機相距較遠時，隨著信號的減弱，或者傳輸速率明顯下降，或者根本無法實現與AP或其他計算機之間通訊，此時，就必須借助于無線天線對所接收或發送的信號進行增益（放大）。

無線設備本身的天線都有一定距離的限制，當超出這個限制的距離，就要通過這些外接天線來增強無線信號，達到延伸傳輸距離的目的。這里面要涉及到兩個概念：

1、 頻率范圍

它是指天線工作的頻段。這個參數決定了它適用于哪個無線標準的無線設備。比如802.11a標準的無線設備就需要頻率范圍在5GHz的天線來匹配，所以在購買天線時一定要認準這個參數對應相應的產品。

2、 增益值

此參數表示天線功率放大倍數，數值越大表示信號的放大倍數就越大，也就是說當增益數值越大，信號越強，傳輸質量就越好。

分類

無線天線有多種類型，不過常見的有兩種，一種是室內天線，優點是方便靈活，缺點是增益小，傳輸距離短；一種是室外天線。室外天線的類型比較多，一種是鍋狀的定向天線，一種是棒狀的全向天線，室外天線的優點是傳輸距離遠，比較適合遠距離傳輸。

室內無線天線

1、 全向天線

室內全向天線適合于無線路由、AP這樣的需要廣泛覆蓋信號的設備上，他可以將信號均勻分布在中心點周圍360度全方位區域，適用于鏈接點距離較近，分布角度范圍大，且數量較多的情況。

2、 定向天線

室內定向天線適用于室內，它因為能量聚集能力最強，信號的方向指向性也極好。在使用的時候應該使得它的指向方向與接收設備的角度方位相當集中。

定向天線

室外無線天線

1、 全向天線

室外的全向天線也會將將信號均勻分布在中心點周圍360度全方位區域，要架在較高的地方，適用于鏈接點距離較近，分布角度范圍大，且數量較多的情況。

2、 定向天線

室外的定向天線的能量聚集能力最強，信號的方向指向性極好。同樣因為是在室外，所以也應架在較高的地方。當遠程鏈接點數量較少，或者角度方位相當集中時，采用定向天線是最為有效的方案。

3、 扇區天線

扇區天線具有能量定向聚集功能，可以有效地進行水平180度、120度、90度范圍內的覆蓋，因此如果遠程鏈接點在某一角度范圍內比較集中時，可以采用扇區天線。

扇區天線

4、 組合天線

上述三種天線各具一定的特性，因此在實際項目中，經常會出現組合使用的情況，例如利用多幅扇面天線，或者扇面天線和定向天線相結合使用。

無線天線相當于一信號放大器，主要用來解決無線網絡傳輸中因傳輸距離、環境影響等造成的信號衰減。

2.4G無線WIFI關于天線增益的一些計算公式

天線的導購

為什么要升級增益天線

眾所周知，無線網絡的傳輸距離、覆蓋范圍和穿透能力一直是人們關注的問題，按照無線協議標準，當我們選擇802.11g標準或802.11n標準的無線設備時，它的傳輸速率一般為54Mbps或108Mbps，而覆蓋范圍一般是：室內100米、室外300米。但這些也僅是理論數值。而在實際應用中，由于混凝土墻壁、玻璃、木板等障礙物的影響，一旦室內傳輸距離超出20～30米，室外傳輸距離超出50～100米時，無線傳輸效率下降非常大，也無法做到100％覆蓋范圍。當然，對于一些遠距離的無線AP，盡管不少產品聲稱傳輸距離可達到數十公里以上，然而不借助外置無線天線，顯然是不可能實現的。

圖1，采用增益天線的無線路由器

毫無疑問，幾乎所有的無線設備都內置了無線天線，但其提供的信號覆蓋范圍比較有限，比如傳輸距離較近或受障礙物影響不大的辦公室，無須安裝外置的無線天線即可直接使用。但當傳輸距離較遠，甚至會遇到障礙物，比如校園網或無線網吧，內置無線天線就不堪負重了，即便是不少無線設備安裝了外置天線，但由于增益強度太小而無法滿足用戶需求，此時必須升級高強度的無線增益天線來提升無線信號的傳輸能力。值得幸運的是，不少無線設備（特別是PCI無線網卡）的無線天線都是可拆卸的，這為升級無線天線提供了有利條件。

圖2，采用增益天線的PCI無線網卡

室內與室外，兩種環境的選擇

無線局域網擺脫了有線網絡的線纜束縛，因而組建形式也更加自由，有的無線網絡全部在室內進行，信號只需覆蓋室內特性的小范圍場所（比如無線辦公網絡），而有的無線網絡不僅要滿足室內傳輸需要，同時又需要覆蓋室外很多使用場所（比如校園無線網）。因此，有些無線設備的天線位于室內，而有些則位于室外，在選擇無線增益天線時，應該根據實際情況，選擇適用于不同環境的室內天線或室外天線，增益表示天線功率放大倍數（單位是dBi），數值越大表示信號的放大倍數就越大，傳輸質量就越好。一般而言，室內天線的增益大小大多為3～6dBi，而室外天線大多為8.5～16dBi。

圖3，室內吸頂覆蓋增益天線

室內天線由于增益小，適合傳輸距離較近、發射接收功率較弱的環境使用，如果需要進行遠距離的數據傳輸，建議選擇增益大、發射接收功率強的室外天線，但在實際組網中，室外天線并不一定非要在室外使用，對于規模較大的無線網絡（比如無線網吧），由于面積大，環境復雜，此時建議在室內使用增益大的室外天線，另外，有的室內天線只適合安裝于桌面，而又的則可以安裝于墻壁或吸頂，應當根據無線設備的安裝位置，確定采用適當類型的室內天線。但值得提醒的是，室內天線一般沒有防水、防雷、防塵等功能，所以絕對不適合用于室外。

圖4，室外柵格拋物面天線

定向與全向，方向性不要錯

根據天線輻射和在水平面的接收方向，無線天線可分為定向與全向兩種。定向天線是指天線在對某個特定方向傳來的信號特別靈敏，并且發射信號時能量也是集中在某個特定方向上，全向天線可以接受水平方向來自各個角度的信號和向各個角度輻射信號，覆蓋區域極其廣泛，但每個方向的信號都比較弱。對于點對點定向連接，可以采購高增益定向天線（如跨越幾棟樓宇或街區）；若是在一定區域內覆蓋式連接，可以采購高增益全向天線（如在同一棟樓或相臨的樓宇）。此外，還有一種扇面天線，它界于定向與全向之間，具有能量定向聚焦功能，可以在水平180、120、90的范圍內進行有效覆蓋，非常適合某一角度范圍內信號比較集中的遠程連接點使用。

圖5，使用全向天線的中繼網橋方案

在實際應用時，到底選擇哪種無線天線，還需要根據無線網絡的組網形式而定，比如在組建無線對等網時，無線網卡都應當采用全向天線，而在組建接入點網絡時，由于無線路由器、無線AP需要為無線網絡內所有的無線網卡提供無線連接，此時就必須選擇全向天線，網卡則選擇定向天線。但在進行點對點的無線接入時，無線AP都使用定向天線，對于點對多點的無線網絡，中心無線AP采用全向天線，其它無線AP都采用定向天線，如果要進行無線漫游，無線AP、無線網卡都必須采用全向天線。

圖6，使用定向天線的中繼網橋方案

小貼士：什么是極化方向？

極化方向是指天線輻射時形成的電場強度方向，電場周圍會產生電磁場，而電磁場的方向垂直于電場，當電場強度方向垂直于地面時，電波就是垂直極化波，此時無線電波是水平向外傳播，當電場強度方向平行于地面時，電波就是水平極化波，此時無線電波則是向垂直方向傳播，在實際應用中，水平極化因受大地阻抗影響而產生熱能，使電場信號迅速衰減，而垂直極化則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播，因而建議選擇垂直極化的天線為宜。

無線增益天線安裝方法

對于無線設備的天線安裝，需要根據設備的自身屬性去判斷，比如對于可拆卸天線的無線網絡設備，如果需要為其升級高增益的外置無線天線，首先將無線網絡設備上自帶的天線取下來，然后將新的天線安裝上去即可，這種無線天線的拆卸和安裝相對比較簡單，安裝時類似擰螺絲一樣，但必須小心謹慎，用力要得當，并確保接口上的金屬部位不外露，但值得提醒的是，無線設備上的天線接口一般而可分為SMA或TNC兩種，在進行天線升級時，如果兩種接口不對應，此時需要使用SMA轉TNC的跳線來轉換，而且外接天線與無線網卡之間的聯接饋線不宜過長，過長的信號線會增加信號的衰減。

圖7，無線路由器上的天線接口

如果需要對可拆卸天線進行延長，需要使用具有磁鐵底部的天線，即可以擺放也可以吸附剛制的機箱測板上，還能夠讓使用者依照需求，將天線作90度彎折，而且天線的接線長度延長后，方便擺放收訊較佳的地方。對于室外使用的拋物面定向天線或室內吸頂天線，還必須掌握延長部分的安裝，比如必須使用支架來固定拋物面定向天線，假如在室外無線局域網的中心已經有個基站，可以利用移動鐵塔的高度把AP架設在鐵塔上，若天線放于樓頂，還要使用避雷器，也可找視距內的陽臺上安裝天線，則可省去避雷器的支出。但值得提醒的是，天線盡量遠離金屬網等金屬物體，若是定向天線，應盡量在直線上對準，這樣接收最靈敏。

圖8，無線網卡的天線延長接法

無線增益天線推薦

1.吸頂天線

吸頂天線的工藝水平良好，做工和用料也比較扎實，性能表現比較穩定，最高可提供8dBi高增益能力，最大功率為50W，工作帶寬為83MHz，頻率范圍為2400－2483MHz，并提供了垂直極化方向能力，比較適合用于距離傳輸不遠的室內使用，比如辦公室、網吧等場合。不過由于自身的特點，不適合在校園網等室外網絡使用。

圖9，吸頂天線

2.24DBi定向天線

24Dbi是一款拋物面定向天線，用料和工藝非常出色，具有波瓣角度小、能量集中、增益高、作用距離遠等特點，由于擁有24dBi高增益能力，所以覆蓋范圍非常理想。最大功率為100W，工作帶寬為83MHz，頻率范圍為2400－2483MHz，并具備了垂直或水平的極化方向，非常適合遠距離無線組網接入的室外使用。

圖10，24DBi定向天線

4.15DBi全向天線

15DBi全向天線是一款全向玻璃鋼天線，擁有15dBi高增益能力，覆蓋高度達1.7米，最大功率為100W，工作帶寬為83MHz，頻率范圍為2400－2483MHz，并提供了垂直極化方向能力，由于采用高強度玻璃鋼封裝，有良好的抗風、防水性能，適合用于2.4GHz的室外橋接模式的點對多點系統以及無線覆蓋模式的中心基站之用，可以實現360度強勁的無線信號覆蓋。

圖11，15DBi全向天線

5. 29dBi拋物面天線

擁有29dBi高增益能力，最大功率為100W，工作帶寬為125MHz，頻率范圍為5725～5850MHz，并具備了垂直或水平的極化方向，它的做工非常優良，用料比較考究，由于具備了高增益、作用距離遠、覆蓋范圍大、性能穩定等特點，非常適合需要遠距離無線組網的室外使用。

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