Объяснение антенн с высоким коэффициентом усиления dBi и Wi-Fi – что это значит

Россия+7 (910) 990-43-11
Обновлено: 2022-01-30

Этот пост является дополнением к другой моей статье о dBm. Я объясню здесь ещё одну спецификацию, относящуюся к покрытию Wi-Fi – dBi – высокие значения которого обычно указывают на, так называемых, антеннах Wi-Fi с высоким коэффициентом усиления.

Как оказалось, сам по себе dBi обычно мало что значит для Wi-Fi. Это то, на что вы не должны обращать много внимания, или вообще игнорировать.

Вот почему большинство поставщиков оборудования не указывают это значение на домашних устройствах, а те, которые это делают, делают это исключительно в маркетинговых целях.

Суть в следующем: не используйте dBi как фактор при выборе домашнего роутера или точки доступа.

Вы можете сохранить эти знания и двигаться дальше или продолжить – этот пост может быть забавным чтением в спокойный день.

Установка съёмной усиливающей сигнал антенны на роутер

Что такое dBi

Чтобы понять dBi, нам сначала нужно понять dB или децибел. Опять же, я подробно описал это в посте о dBm и мощности сигнала Wi-Fi, но вот суть:

  • dB является логарифмическим измерением. Он увеличивается и уменьшается не последовательно, а по экспоненте.
  • Помимо уровня звука, dB – это логарифмический способ передать другие свойства материала.
  • dBm (десятичная милливатта) является примером, где dB используется для измерения уровня мощности или чувствительности сигнала.

При этом dBi – это изотропных децибел. Это логарифмический способ передать физические свойства объекта, измеренные в разных направлениях. В частности, 0 dBi означает, что объект излучает радиоволны одинаково во всех направлениях. Это похоже на сферу с излучателем прямо в центре.

Поскольку мы не можем видеть радиоволны, вы можете представить 0 dBi как свет, излучаемый одним источником, например, солнцем или лампочкой. Он выходит одинаково во всех направлениях или всенаправленно.

Теоретически, в тот момент, когда вы увеличиваете dBi выше нуля, сфера сигнала начинает менять свою форму – она больше не является идеальной сферой. На самом деле, это зависит от обстоятельств.

Это потому, что в нашем случае объект – это антенна Wi-Fi, а свойство – это радиосигналы, которые она излучает. И всё это очень сложно.

Вся правда об антеннах с высоким коэффициентом усиления

Стоит отметить, что антенны используются не только в Wi-Fi. Все приложения на основе радиоволнах требуют, чтобы эти маленькие столбы передавали и принимали сигналы.

В телекоммуникациях мы часто хотим поговорить со стороной в определенном направлении. Например, если вы едете в трейлере по бездорожью, первая машина обычно хочет разговаривать по радио с теми, кто позади неё, а последняя машина хочет разговаривать только с теми, кто впереди неё.

И в этом случае есть смысл сфокусировать антенны в двух конкретных направлениях, сзади и спереди соответственно. Так что, скорее всего, автомобили будут использовать направленные антенны.

С этим типом антенны сигналы идут дальше в одном направлении (усиление) за счёт других (часто противоположных) направлений (потери).

Зависимость направленности антенны от уровня dBi

Чем выше значение dBi, тем более сфокусированы сигналы в направлении усиления – тем дальше он может идти – и тем больше область, где сигнала нет вообще.

Как правило, направленные антенны используют значение 9 dBi или выше, вплоть до 24 dBi. Но число варьируется в зависимости от конкретного устройства или приложения.

Вы можете думать о направленных антеннах как о фонарике. Чем больше вы фокусируете свет, тем уже луч и чем дальше он уходит, но тем менее освещённой будет область за пределами луча. А когда вы используете фонарик, за вами вообще нет света. Тем не менее, фонарик имеет такой же световой поток, как если бы вы вынули отражатель и позволили лампе светить во всех направлениях.

Суть этого в том, что в сигналах нет «усиления». Вы только берете их с одного направления, чтобы сконцентрироваться в другом. Суммарный выходной сигнал остаётся прежним. Почти.

На самом деле, использование сфокусированных сигналов всегда приводит к некоторой потере общего результата из-за накладных расходов. (Рефлектор фонарика не отражает на 100% количество падающего на него света – он поглощает часть света и преобразует его в тепло.)

Но при покрытии большой площади направленные антенны (также известные как антенны с высоким коэффициентом усиления) практичны для конкретных приложений, таких как FM-радио или сотовые сигналы – в зависимости от того, где вы размещаете антенны, есть вероятность, что вам нужно покрыть больше в одном направлении, чем в других.

И это возвращает нас к Wi-Fi и его антеннам.

Wi-Fi и антенны

Все домашние Wi-Fi-вещатели – роутеры и точки доступа – являются всенаправленными (без усиления) по уважительным причинам.

Во-первых, это связано с тем, что сигналы Wi-Fi имеют короткий радиус действия из-за высоких частот – здесь мы говорим о частоте 2,4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц. Всенаправленность позволяет оборудованию работать максимально эффективно.

А, во-вторых, всенаправленная антенна – самая лучшая и безопасная конструкция, поскольку она подходит для всех домов.

Если вы приобретаете направленный вещатель, вам нужен профессионал, чтобы выяснить, где и как его установить в конкретном месте. Идея непрактична для продавцов, даже рискованна с точки зрения удовлетворенности клиентов.

Тем не менее, все производители сетевых устройств обычно стараются сделать так, чтобы их домашний Wi-Fi-вещатель излучал сигналы в виде сферы. Но, это непростая задача – получить 0 dBi для Wi-Fi практически невозможно.

Антенны Wi-Fi и dBi – всё зависит от FEM

Значение dBi обычно применяется только к антеннам и не работает одинаково у всех поставщиков. Это связано с тем, что то, как сигналы выходят из роутера (или точки доступа), зависит от внешнего модуля устройства (FEM).

Обычно FEM включает в себя несколько мощных и малошумящих усилителей и несколько других аппаратных компонентов. Но я не хочу вдаваться в подробности.

Вы можете понимать FEM как чип Wi-Fi, который работает с прошивкой роутера, чтобы определить, как сигналы Wi-Fi выходят из аппаратных антенн.

Цель домашнего вещателя Wi-Fi всегда состоит в том, чтобы иметь наилучшее сочетание трёх элементов: самое широкое покрытие Wi-Fi, самый высокий уровень сигнала Wi-Fi и наилучшая совместимость. Все одинаково важны.

Кстати, не забывайте, что для Wi-Fi требуется два устройства – нам также нужны поддерживаемые клиенты.

И то, как FEM работает с конкретной конструкцией антенны при ограничении уровня мощности dBm для достижения этой цели, является хорошо охраняемым секретом каждого поставщика. Это то, что делает один сетевой бренд или конкретный роутер лучше или хуже других.

Размер роутера имеет значение

Обычная вещь среди роутеров Wi-Fi: использование прошивки для управления FEM и антеннами требует большой вычислительной мощности. Вот где в игру вступают процессор маршрутизатора и системная память (ОЗУ).

Именно поэтому, если вам нужен мощный роутер с обширным покрытием, вы должны выбрать маршрутизатор определенного (большого) физического размера. У некоторых даже есть внутренние вентиляторы – например, Asus RT-AX89X, Netgear RAX120 или Ubiquiti UDM.

Антенны являются лишь частью уравнения. Но все домашние Wi-Fi вещатели поставляются со своим набором антенн, специально разработанным для конкретного FEM.

Общие значения dBi домашних роутеров: это бессмысленно

Как правило, ни один из домашних Wi-Fi роутеров не транслирует сигналы идеальной сферой – это невозможно. В большинстве случаев выходные сигналы имеют форму яйца или искаженного шара.

Что касается значения dBi, то оно варьируется от 2 dBi до 6 dBi – почти не бывает ситуаций, когда у вас идеальный нулевой dBi. И затем FEM устройства работают в пределах этого значения, чтобы определить форму выходного сигнала, как – опять же, является секретом.

Тем не менее, раскрытие значения dBi в домашнем Wi-Fi-роутере предназначено исключительно для маркетинговых целей. Чтобы число имело смысл, поставщик также должен раскрыть, как работает его FEM – никто этого не делает.

И именно по этой причине вам не стоит обращать внимание на dBi, когда дело доходит до выбора домашнего вещателя Wi-Fi.

Поставщики оборудования, которые сосредоточены на мощности вещания, следовательно, dBi, как правило, не преуспевают в бизнесе – они часто не могут обеспечить реальную производительность, соответствующую фиктивному «усилению» антенны. Например, Amped Wireless – несколько лет назад компания произвела фурор, рекламируя покрытие в несколько тысяч квадратных метров в своих роутерах Wi-Fi 5. С тех пор дела пошли плохо, что неудивительно.

Общие вопросы, касающиеся антенн Wi-Fi

Всё это подводит нас к нескольким часто задаваемым вопросам о самих антеннах Wi-Fi.

Означает ли большее количество антенн лучшую скорость Wi-Fi?

Не обязательно. Как правило, роутеру требуется одна антенна для каждого диапазона, поэтому двухдиапазонный роутер будет иметь две антенны. Дополнительные антенны предназначены для дополнительных функций, таких как MU-MIMO, Beamforming и т.д.

Но даже в этом случае большее количество антенн не обязательно означает больше возможностей. Кроме того, количество антенн не влияет на радиус действия роутера.

Они меняют тип покрытия, но не охват. Таким образом, большее количество антенн может означать более высокие скорости, но не всегда.

Это потому, что, в конечном счете, важно то, как FEM и прошивка маршрутизатора управляют антеннами.

Не нужно слишком зацикливаться на количестве антенн, торчащих из коробки Wi-Fi.

Мой дом разросся, могут ли помочь дополнительные или направленные антенны?

Общий ответ – нет. Это связано с тем, что большинство поставщиков не производят направленные антенны для своих вещателей, а сторонние обычно не работают так, как вы могли бы надеяться, если вообще работают.

С другой стороны, вы можете использовать стандартные антенны на приёмном конце – это просто пассивные куски металла. Например, если у вас есть адаптер Wi-Fi TP-Link, вы можете использовать на нём антенны Asus – как правило, они совместимы.

Существуют направленные антенны Wi-Fi, но большинство из них предназначены для наружного применения. Если у вас есть конкретный вещатель, который включает в себя специально разработанные направленные антенны, вы можете попробовать.

Имейте в виду, что в этом случае вы можете вообще не получать сигнал от устройства в некоторых направлениях, даже находясь рядом с ним.

Как наклонить антенны для лучшей производительности?

Вертикально.

Роутеры с внешними антеннами обычно имеют в руководстве пользователя раздёл о том, как с ними обращаться. Но, как правило, они должны оставаться вертикальными, чтобы обеспечить предполагаемое покрытие и производительность.

Конечно, вы можете изменить их положение (когда это возможно), чтобы немного изменить форму упомянутой выше сферы покрытия. Тем не менее, результат непредсказуем и варьируется от одного роутера к другому.

Кроме того, эффект будет иметь место только у границ зоны покрытия, где сигнал уже слишком слаб – небольшие колебания внутри не приведут к значимому изменению работы Wi-Fi.

По этой причине многие роутеры с внешними антеннами, такие как TP-Link Archer GX90, вообще не позволяют поворачивать их. Это не говоря уже о том, что роутеров с внутренними антеннами больше.

Когда дело доходит до антенн, не снимайте и не складывайте их – держите их поднятыми. Вы можете размещать их под любыми углами, которые вам нравятся. Но, если вы сомневаетесь, оставьте их все вертикально.

Что более важно, так это разместить передатчик Wi-Fi на возвышении, на открытом месте.

Вывод – может ли антенна усилить Wi-Fi

Нет необходимости слишком зацикливаться на dBi при покупке нового домашнего вещателя Wi-Fi. В большинстве, если не во всех случаях, изменения незначительны.

Антенны с высоким коэффициентом усиления (направленные) больше подходят для радиоприложений, отличных от Wi-Fi.

Если вы хотите использовать направленные антенны с Wi-Fi, то dBi необходимы, но в этом случае вам нужно нанять профессионала и использовать специализированное оборудование.

В Wi-Fi размер имеет большее значение. Вы не сможете упаковать множество алгоритмов в маленькую коробку, не вызвав проблем с перегревом. Поэтому нереально ожидать, что роутер Wi-Fi будет компактным, красивым, но при этом обеспечит максимальную скорость Wi-Fi и широкое покрытие. Это вопрос физики (и стоимости).


5.0/1