概述 本天線參考指南旨在提供必要信息，以幫助讀者了解在使用Cisco® Aironet®無線局域網系統或無線網橋系統時的天線問題和各種考慮因素。本文具體介紹了天線的部署和設計、限制和功能，以及關于天線的基本理論。此外，本文檔中也包括思科系統公司®天線和附件的信息，以及可用天線的安裝場合、法規遵從性信息，技術規格與圖片。 天線簡介 每款Cisco Aironet無線產品都能適用于多種環境。實施天線系統能大幅擴展覆蓋范圍，提高性能。如需優化思科無線局域網的整體性能，了解如何運用適當的天線和正確部署來優化無線覆蓋范圍是非常重要的。一個天線系統由多個組件組成，包括天線、安裝硬件、連接器、天線布線，在某些情況下，還包括一個避雷器。如需咨詢具體信息，請訪問以下網址，聯系一位Cisco Aironet合作伙伴： http://tools.cisco.com/WWChannels/LOCATR/jsp/partner_locator.jsp 思科合作伙伴能提供現場工程幫助，以滿足客戶的復雜需求。 無線技術 在上世紀80年代中期，美國聯邦通信委員會（FCC）修改了無線頻譜法規中有關未許可設備管理的第15部分。所作的修改授權無線網絡產品能使用擴展頻譜調制而在工業、科學和醫療（ISM）頻帶中運行。這類調制過去一直僅允許軍用產品使用。ISM頻率有三個不同的頻帶，分別為900 MHz、2.4 GHz和5 GHz。本文討論2.4和5-GHz頻帶。 ISM頻帶一般無需特定許可證，即允許用戶使用無線產品，但不同國家有不同規定。在美國，無需FCC許可證。產品本身必須滿足某些認證要求才能銷售，如運行時發射器輸出功率低于1W（美國）、天線增益或有效全向輻射功率（EIRP）值最高等。 Cisco Aironet產品線使用2.4和5-GHz頻帶。在美國，有三個頻帶被定義為未許可頻帶，稱為ISM頻帶。ISM頻帶如下：
每個頻帶都有不同的特性。較低的頻率覆蓋范圍較大，但帶寬有限，因此數據傳輸率較低。較高的頻率覆蓋范圍小，在遇到堅硬物體時衰減幅度大。 直接序列擴展頻譜 直接序列（DS）擴展頻譜方法將冗余信息編碼為RF信號。每個數據位被擴展為一串碼片，稱為碼片序列或Barker序列。美國FCC規定，碼片率在1和2-Mbps時為10個碼片，在11-Mbps時為8個碼片。因此，在11 Mbps時，每一位數據傳輸8位碼片。碼片序列通過擴展頻譜頻率信道并行傳輸。 跳頻擴展頻譜 跳頻（FH）擴展頻譜使用以預定義時間和信道從一個頻率跳轉到另一頻率的無線收發器。法規要求使用任意一個信道的最長時間為400毫秒。對于1-Mb和2-Mb FH系統，跳轉模式必須包括75個不同的信道。再次使用任一信道前，必須已使用過每個信道。而對于支持10-Mb數據傳輸速率的寬頻跳頻（WBFH）系統，法規要求使用至少15個信道，且它們不能重疊。因為只有83 MHz的頻譜，它將系統限制為15個信道，這會造成可擴展性問題。 在發射器功率和天線都相同的情況下，DS系統的覆蓋范圍、可擴展性和吞吐率都要優于FH系統。因此，思科在擴展頻譜產品中僅支持DS系統。 正交頻分多路復用 與較早的DS系統相比，在802.11a和802.11g數據傳輸中使用的正交頻分多路復用（OFDM）提供了更高性能。在OFDM系統中，每個音與鄰接的音正交， 因此不像DS那樣需要安全頻帶。此安全頻帶降低了帶寬使用效率，浪費了50%的可用帶寬。因為OFDM由多個窄頻音組成，窄頻干擾只會影響信號的很小一部分，而對其他部分的頻率幾乎無影響。 天線的屬性和額定值 天線為無線系統提供了三個基本屬性－增益、方向和極化。增益主要衡量功率的增長。方向是對發射模式的整形。天線非常類似于手電筒中的反射罩。反射罩向一個特定方向集中并強化光束，相當于無線系統中拋物面碟式天線對RF源所起的作用。 額定天線增益以分貝為單位，是一個比值。天線額定值一般是各向同性天線或偶極天線的增益。各向同性天線是一個理論化的天線，具有統一的三維輻射模式（類似于無反射罩的燈泡）。dBi用于比較特定天線與理論化的各向同性天線的功率水平。美國FCC在計算中使用dBi。各向同性天線被認為功率值為0 dB；例如，與其自身相比時為零增益/損耗。 與各向同性天線不同，偶極天線是實際天線（偶極天線是Cisco Aironet接入點、基站和工作組網橋的標準配置）。偶極天線的輻射模式與各向同性天線不同，其輻射模式為水平360度、垂直75度（假定偶極天線垂直部署），覆蓋形狀為環形。因為波束“稍微”集中，所以偶極天線在水平方向的增益比各向同性天線高2.14dB。也就是說，偶極天線的增益為2.14 dBi（與各向同性天線相比）。 一些天線的額定值是以偶極天線為基準得出的，以dBd表示。因此，偶極天線的增益為0 dBd（= 2.14 dBi）。 請注意，本文多數地方談到偶極天線時，都稱其增益為2.2 dBi。實際數據是2.14 dBi，但通常小數進位為2.2 dBi。 天線類型 思科提供了不同類型的天線，與2.4 GHz接入點和網橋產品線，以及5 GHz BR1400網橋共用。每款銷售的天線都已得到了FCC認可。每種天線類型提供不同的覆蓋范圍。隨著天線增益的提高，覆蓋范圍會受到一定影響。通常增益天線提供較長的覆蓋距離，單僅覆蓋某一特定方向。下面的輻射模式介紹了思科提供的各類天線的覆蓋范圍，這其中包括：全向、八木和平板式天線。 全向天線 全向天線（圖1）提供360度輻射模式。這類天線用于需要天線信號覆蓋所有方向的場合。標準的2.14 dBi“Rubber Duck”天線即是一種全向天線。 圖1. 全向天線
定向天線 定向天線有多種類型和形狀。天線不會為信號增加功率，而只是將其接收自發射器的能量進行重定向。重定向后，即達到了在一個方向提供更大能量，在所有其他方向減少能量的效果。隨著定向天線增益的提高，輻射角度通常會減小，延長了覆蓋距離但縮小了覆蓋角度。定向天線包括八木天線（參見圖3）、平板式天線（參見圖2）和拋物面天線。拋物面碟形天線的RF輻射路徑很窄，安裝者必須準確對準它們。 圖2. 定向平板式天線
圖3. 八木天線
分集式天線系統 分集式天線系統用于消除一種稱為多路徑衰減失真現象。它使用兩個相同的天線，隔開一小段距離，為相同的物理區域提供信號覆蓋。 多路徑失真 當接收器和發射器間的RF信號有多條傳輸路徑時，將出現多路徑干擾。有大量金屬或其他RF反射表面的地點會發生這一現象。 正如光和聲遇到物體會彈回一樣，RF也是如此。這意味著當RF從TX天線到RX天線時，有多條傳輸路徑。這些多重信號在RX天線和接收器中結合，會造成信號的失真。 多路徑干擾能造成天線的RF能量極高，但無法恢復數據。改變天線的類型和位置能消除多路徑干擾（參見圖4）。 圖4. 多路徑失真
您汽車中的一個常見現象即與此相關。當您剎車時，您可能會注意到無線電廣播停頓了。但當您前行幾英寸或幾英尺后，電臺信號再次清晰起來。您向前開車就輕微移動了天線，不再處于多信號融合位置了。 分集式天線系統就像是一個開關，它選擇使用其中的一個天線，而從不同時使用兩個天線。處于接收模式的無線收發器將不斷在這兩個天線間切換，接收正確的無線分組。從接收到有效分組的同步信號開始，無線收發器就將評估一個天線上的分組同步信號，然后再切換到另一天線并進行評估。隨后它會選擇最佳天線，并僅使用該天線來接收該分組的剩余部分。 在傳輸信號時，無線收發器將選擇它上次用來與特定無線收發器通信的天線。如果失敗，它將切換到另一天線并重試。 請注意，分集式設計并不是使用兩個天線來覆蓋兩個不同的范圍。其使用中的問題在于，如果1號天線正與1號設備通信，而2號設備（位于2號天線的覆蓋范圍內）試圖通信，則無法連接2號天線（因為開關的位置是選擇1號天線），通信失敗。分集式天線只是從兩個稍微不同的位置覆蓋相同的范圍。 隨著最新DS物理層碼片的面世，以及分集式天線系統的使用，DS系統在處理多路徑干擾方面的能力已相當于甚或超過了FH系統。雖然WBFH的推出確實增加了FH系統的帶寬，但它也大大影響了處理多路徑問題的能力，與現有DS系統相比，它在高RF反射地點進一步縮減了覆蓋范圍。 無線局域網設計 在檢查物理環境前，必須先確定應用的移動性、進行信號覆蓋的方式和系統冗余性。連接兩個或多個靜態用戶的點對點通信等應用，可能最好選用定向天線，而移動用戶一般會需要一些全向微蜂窩小區。這些獨立的微蜂窩小區能通過有線局域網基礎設施相連，或利用無線中繼器功能內置到每個Cisco Aironet接入點中。所有Cisco Aironet無線局域網產品都能通過榮獲專利的思科微蜂窩架構，支持復雜的多小區環境。 物理環境 在解決了移動問題后，必須檢查物理環境。雖然覆蓋范圍是決定選擇哪款天線的最重要因素，但并不是唯一標準。您還必須考慮建筑物結構、天花板高度、內部障礙物、可進行安裝的位置以及客戶審美需求等。水泥和鋼結構有著不同的無線傳播特性。倉庫環境中的庫存產品和貨架等內部障礙物都需加以考慮。在室外環境中，有許多物體都會影響天線模式，如樹木、車輛和建筑物等。 網絡連接 接入點使用一個10/100-Mb以太網連接。通常接入點與天線位于相同地點。雖然看來放置接入點的最佳地點是在配線間中將其與交換機、集線器和路由器一起部署，但這并不現實。天線必須安放在能提供最佳覆蓋范圍的區域（由現場調查決定）。許多新部署無線局域網的人士希望將接入點安放在配線間中，利用RF同軸電纜連接天線。天線電纜會給天線系統中的發射器和接收器信號都帶來損耗。隨著電纜長度的增加，損耗也會加大。為了獲得最高運行效率，所使用的電纜必須盡量縮短（參見本文稍后的布線部分）。 建筑物結構 建筑物結構中所用材料的密度決定了RF信號能在保持足夠覆蓋范圍的同時穿越幾道墻壁。下面舉幾個例子。RF傳輸的實際效果必須現場測試，因此建議進行現場調查。 壁紙和墻壁涂料對信號穿越影響很小。如果是實心的墻壁和地板以及預制混凝土墻壁，信號只能穿越一兩堵墻，才不會影響覆蓋范圍。這主要取決于混凝土中的鋼筋。混凝土和混凝土砌塊墻對信號的限制是只能穿越三到四堵墻。而木墻或干墻一般能允許信號穿越五或六堵墻。厚金屬墻會反射信號，穿越性差。鋼筋混凝土地板將僅限信號穿越一兩層地板。 下面列出了對于部分常見安裝環境的建議：
布線 如上所述，電纜會給系統帶來損耗，降低天線增益并縮小RF覆蓋范圍。 互連電纜 該電纜連接所有天線（標準偶極天線除外），為無線設備和天線提供靈活的連接，并帶來50 Ohm阻抗。 它的損耗高，只能用于極短距離的連接（通常不長于10英尺）。它在所有天線上配備的典型長度為36英寸（部分室外天線為12英寸）。 低損耗/超低損耗電纜 思科提供了兩類電纜，與2.4 GHz和5 GHz產品線共用。這些電纜的損耗遠遠低于標準互連電纜，用于天線必須與無線設備分開一段距離的場合。雖然它們是低損耗電纜，但也應保持最短長度。思科為遠離無線設備安裝天線提供了兩類電纜。100和150英尺電纜是LMR600型電纜，20和50英尺電纜是LMR400型電纜。這四種電纜都配備了一個RP-TNC插頭和一個RP-TNC插口連接器，以便連接到無線設備和天線所附帶的互連電纜。 連接器 美國聯邦法規規定，1994年6月之后生產的、用于2.4 GHz 和 5 GHz ISM頻帶的產品必須使用專用非標準連接器（即普通用戶無法在市場上買到的連接器），或僅能由專業人士安裝（此處的專業人士是指接受過RF安裝和相關法規培訓的人員）。因為許多2.4 GHz產品都是由未經過RF培訓的人員安裝的，所以這些產品必須符合專用連接器的規定。BR1400的設計決定了它必須由RF專業人士安裝，因此能使用標準‘N’型連接器。Cisco Aironet 2.4 GHz產品使用反向極性-TNC（RP-TNC）連接器。雖然它們類似于普通TNC連接器，但它們不能與標準連接器配合使用。為確保與Cisco Aironet產品的兼容性，請使用思科的天線和布線。 安裝硬件 每款天線都需要進行特定類型的安裝。標準偶極天線只需連接到無線設備背面的RP-TNC連接器即可。桿頂安裝天線應安裝到一個高達1.5英尺的桿的頂部，每個天線都配備用于連接的安裝硬件。八木天線具有一個接合式安裝選項，本文后面會對此加以介紹。平板式天線應安裝在墻壁或天花板平面，天花板安裝天線則配備了一個吊頂橫梁附件。2.4 GHz 21 dBi拋物面碟形天線安裝在1.625到2.375英寸高的桿頂，精確配套的旋轉軸能支持天線的準確瞄準。所有BR1400外部5 GHz天線都能安裝在高度在1.5到2.5英寸之間的桿頂。 對于大多數室內應用，0.75或1英寸長的電線導管即能提供合適的安裝。對于室外應用，應使用較重的電鍍或鋁制天線桿，來支持選定天線的抗風能力。 避雷器 在使用室外天線安裝時，天線有可能因天線和電纜上的電荷或附近閃電引起的浪涌而受損。BR1400在饋電器上配備了避雷保護，而Aironet避雷器則能保護2.4 GHz到5.8 GHz的無線設備免遭同軸傳輸線上靜電與閃電引起的浪涌的影響。這兩個系統都需按照產品硬件安裝手冊的規定正確接地。但這些保護機制并不能防御直接電擊。 |
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