Wi-Fi天線(xiàn)如何工作，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )的性能如何測試評估？（一）

在數字世界中，個(gè)人和商業(yè)環(huán)境都離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)。計算機、智能手機和打印機都需要連接網(wǎng)絡(luò )通信，而Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )是目前常用和方便的連接方式。

網(wǎng)絡(luò )連接問(wèn)題會(huì )導致設備聯(lián)網(wǎng)異常，例如Wi-Fi信號不夠強。

近庫爾蒂正在思考：如何放大Wi-Fi信號？有哪些環(huán)境因素是必須準確考慮的呢？

01、天線(xiàn)如何工作？

圖1：帶輻射的天線(xiàn)

為什么不同的無(wú)線(xiàn)電系統配備了結構不同的長(cháng)天線(xiàn)？一個(gè)或多個(gè)天線(xiàn)能否連接到Wi-Fi路由器，這實(shí)際上是由什么不同而引起的？為什么需要這種擴展，或者僅僅是一個(gè)關(guān)于更好的設計的問(wèn)題？在下一章中，在“天線(xiàn)技術(shù)”主題將詳細介紹。

1.1、為什么天線(xiàn)的長(cháng)度不同？

在無(wú)線(xiàn)通信系統中，發(fā)射器和接收器都使用天線(xiàn)。它們的長(cháng)度取決于系統。例如，Wi-Fi天線(xiàn)比固定無(wú)線(xiàn)電的天線(xiàn)短。但是為什么會(huì )這樣呢？為什么通信系統不使用相同的天線(xiàn)？原因在于將不同的頻率分配給不同的服務(wù)和系統。Wi-Fi在2.4 GHz或5 GHz頻率范圍內（FM無(wú)線(xiàn)電在87.6 MHz – 108 MHz頻率范圍內）進(jìn)行通信。該頻率用于計算得出波長(cháng)，這就決定了天線(xiàn)的長(cháng)度?？梢允褂靡韵鹿接嬎悴ㄩL(cháng)：

λ對應波長(cháng)，c對應光速，f對應頻率。

表1：頻率和波長(cháng)（四舍五入）

表1顯示，隨著(zhù)頻率增加，波長(cháng)減小。為了在輻射和反射之間建立良好的比率，通常使用λ/4輻射器作為天線(xiàn)長(cháng)度。

表2：天線(xiàn)長(cháng)度

因此，具有2.4 GHz的Wi-Fi的天線(xiàn)長(cháng)度約為3.1厘米。對于95 MHz的無(wú)線(xiàn)電，根據λ/4，其天線(xiàn)長(cháng)度為78厘米。這就是Wi-Fi天線(xiàn)比無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)短的原因。

1.2、Wi-Fi天線(xiàn)如何輻射？

天線(xiàn)的形狀會(huì )影響輻射方向圖。簡(jiǎn)單的天線(xiàn)形狀是全向或桿狀天線(xiàn)。對于天線(xiàn)，水平輻射和垂直輻射之間有區別。如下可以看到天線(xiàn)的輻射示意圖。

圖2：桿狀天線(xiàn)的水平輻射

如圖2所示，是從上方觀(guān)察到的天線(xiàn)的水平輻射。在桿狀天線(xiàn)中，電磁波圍繞天線(xiàn)中心呈圓形傳播。

圖3：桿狀天線(xiàn)的垂直輻射

如圖3所示，通過(guò)垂直對齊，從側面觀(guān)察天線(xiàn)。在桿狀天線(xiàn)中，磁力線(xiàn)從天線(xiàn)的一側輻射出去，然后重新進(jìn)入天線(xiàn)的另一端。輻射出去和再次進(jìn)入的位置取決于天線(xiàn)的極性。

1.3、為什么Wi-Fi天線(xiàn)的形狀不同？

天線(xiàn)按不同的形狀制造，以獲得特定要求的輻射方向圖。天線(xiàn)被設計為具有良好方向性的輻射場(chǎng)線(xiàn)。另外，未使用的區域不被或僅被非常輕微地輻射。由于具有方向性，可獲得較高輻射，該方向上的覆蓋范圍也較高。在家庭使用中，大多數情況下使用簡(jiǎn)單的全向輻射器。天線(xiàn)的外殼通常由制造商設計成更現代的，但是其內部仍然是全向輻射器。在擁有大型辦公室或大廳的公司中，選擇不同的天線(xiàn)形狀會(huì )帶來(lái)很大的好處。

圖4：輻射圖，左：垂直對齊，右：水平對齊

圖4顯示了壁式天線(xiàn)的天線(xiàn)圖。該天線(xiàn)具有清晰的方向特性，如果安裝正確，它會(huì )向例如辦公室或大廳輻射。在左圖中，安裝在墻壁上的那一側被大大衰減。

02、如何改善Wi-Fi覆蓋范圍？

從根本上解釋了天線(xiàn)的工作原理的同時(shí)。在下一章中，我們將討論天線(xiàn)如何對準，以及為什么設備通常配備多個(gè)天線(xiàn)。

2.1、如何確定Wi-Fi路由器的位置？

路由器和所連接天線(xiàn)的位置在覆蓋不同房間的信號強度方面起著(zhù)重要作用。觀(guān)察天線(xiàn)的輻射方向圖很重要。在安裝路由器之前，應先確定需要Wi-Fi信號接收良好且重要的區域。然后，Wi-Fi路由器放置的位置應該使得重點(diǎn)區域盡可能被輻射到。

圖5：Wi-Fi天線(xiàn)對準

對于只有一根天線(xiàn)的路由器，必須決定是服務(wù)于同一樓層還是位于路由器下方/上方的房間。為避免此限制，建議使用帶有多個(gè)可調天線(xiàn)的設備。這樣可以擴大覆蓋范圍。

圖6：將Wi-Fi天線(xiàn)與3個(gè)天線(xiàn)對齊

使用三個(gè)天線(xiàn)奠定了良好的基礎。使用三個(gè)天線(xiàn)，它們可以對齊，以使每個(gè)天線(xiàn)指向一個(gè)軸（x，y，z），并且在所有層級上的覆蓋范圍都相似。為了利用這種協(xié)同效應，路由器應盡可能放置在房屋或建筑物的中央，以便將產(chǎn)生的場(chǎng)強均勻地輻射到周?chē)姆块g。

2.2、Wi-Fi中繼器（信號放大器）如何工作？

根據房屋、建筑物、辦公室或大廳的大小，使用單個(gè)路由器作為Wi-Fi源可能不足以滿(mǎn)足所需的Wi-Fi覆蓋范圍。源頭附近的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )原則上是好的，但離源頭越遠，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )越弱。這可以通過(guò)使用中繼器（即信號放大器）來(lái)解決。Wi-Fi中繼器具有多種形式和不同的連接選項。

圖7：無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中繼器

Wi-Fi中繼器可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )電纜、現有的Wi-Fi或供電線(xiàn)路來(lái)集成。供電線(xiàn)路，也稱(chēng)為電力線(xiàn)，是指將現有的電網(wǎng)用于網(wǎng)絡(luò )終端設備。

2.3、哪些干擾會(huì )影響Wi-Fi信號？

Wi-Fi是無(wú)線(xiàn)通信鏈接。對于網(wǎng)絡(luò )電纜，電纜的過(guò)度擠壓會(huì )增加電阻并相應降低性能。在無(wú)線(xiàn)電信號的情況下，從這個(gè)意義上講沒(méi)有這樣的麻煩，但是當然還有其他一些電阻也可以降低功率。Wi-Fi無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )主要的干擾之一就是墻壁。幾乎每堵墻都會(huì )使無(wú)線(xiàn)電信號衰減并減弱。簡(jiǎn)而言之，發(fā)射器和接收器之間的墻壁越多，輸入信號越弱。墻壁的相應衰減取決于各種因素，例如厚度和所用材料。墻壁和建筑物的體系結構是規劃無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )時(shí)的決定性因素，并且對中繼器的使用產(chǎn)生重大影響。

如何測量Wi-Fi接收？怎么看Wi-Fi熱圖？為什么Wi-Fi傳輸速率會(huì )降低？使用什么儀器實(shí)現Wi-Fi性能的評估呢？

這些問(wèn)題似乎還困擾著(zhù)庫爾蒂（Kurthi），但我們相信，很快，在2021年，庫爾蒂會(huì )幫我們找到答案！