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(wǎng)系統(tǒng)或無線網(wǎng)橋系統(tǒng)時(shí)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(shè)計(jì)、限制和功能，以及關(guān)于天線的基本理論。此外，本文檔中也包括思科系統(tǒng)公司®天線和附件的信息，以及可用天線的安裝場(chǎng)合、法規(guī)遵從性信息，技術(shù)規(guī)格與圖片。 天線簡(jiǎn)介 每款Cisco Aironet無線產(chǎn)品都能適用于多種環(huán)境。實(shí)施天線系統(tǒng)能大幅擴(kuò)展覆蓋范圍，提高性能。如需優(yōu)化思科無線局域網(wǎng)的整體性能，了解如何運(yùn)用適當(dāng)?shù)奶炀�和正確部署來優(yōu)化無線覆蓋范圍是非常重要的。一個(gè)天線系統(tǒng)由多個(gè)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(gè)避雷器。如需咨詢具體信息，請(qǐng)?jiān)L問以下網(wǎng)址，聯(lián)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(xiàn)場(chǎng)工程幫助，以滿足客戶的復(fù)雜需求。 無線技術(shù) 在上世紀(jì)80年代中期，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）修改了無線頻譜法規(guī)中有關(guān)未許可設(shè)備管理的第15部分。所作的修改授權(quán)無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品能使用擴(kuò)展頻譜調(diào)制而在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻帶中運(yùn)行。這類調(diào)制過去一直僅允許軍用產(chǎn)品使用。ISM頻率有三個(gè)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(chǎn)品，但不同國(guó)家有不同規(guī)定。在美國(guó)，無需FCC許可證。產(chǎn)品本身必須滿足某些認(rèn)證要求才能銷售，如運(yùn)行時(shí)發(fā)射器輸出功率低于1W（美國(guó)）、天線增益或有效全向輻射功率（EIRP）值最高等。 Cisco Aironet產(chǎn)品線使用2.4和5-GHz頻帶。在美國(guó)，有三個(gè)頻帶被定義為未許可頻帶，稱為ISM頻帶。ISM頻帶如下：
每個(gè)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(shù)據(jù)傳輸率較低。較高的頻率覆蓋范圍小，在遇到堅(jiān)硬物體時(shí)衰減幅度大。 直接序列擴(kuò)展頻譜 直接序列（DS）擴(kuò)展頻譜方法將冗余信息編碼為RF信號(hào)。每個(gè)數(shù)據(jù)位被擴(kuò)展為一串碼片，稱為碼片序列或Barker序列。美國(guó)FCC規(guī)定，碼片率在1和2-Mbps時(shí)為10個(gè)碼片，在11-Mbps時(shí)為8個(gè)碼片。因此，在11 Mbps時(shí)，每一位數(shù)據(jù)傳輸8位碼片。碼片序列通過擴(kuò)展頻譜頻率信道并行傳輸。 跳頻擴(kuò)展頻譜 跳頻（FH）擴(kuò)展頻譜使用以預(yù)定義時(shí)間和信道從一個(gè)頻率跳轉(zhuǎn)到另一頻率的無線收發(fā)器。法規(guī)要求使用任意一個(gè)信道的最長(zhǎng)時(shí)間為400毫秒。對(duì)于1-Mb和2-Mb FH系統(tǒng)，跳轉(zhuǎn)模式必須包括75個(gè)不同的信道。再次使用任一信道前，必須已使用過每個(gè)信道。而對(duì)于支持10-Mb數(shù)據(jù)傳輸速率的寬頻跳頻（WBFH）系統(tǒng)，法規(guī)要求使用至少15個(gè)信道，且它們不能重疊。因?yàn)橹挥?3 MHz的頻譜，它將系統(tǒng)限制為15個(gè)信道，這會(huì)造成可擴(kuò)展性問題。 在發(fā)射器功率和天線都相同的情況下，DS系統(tǒng)的覆蓋范圍、可擴(kuò)展性和吞吐率都要優(yōu)于FH系統(tǒng)。因此，思科在擴(kuò)展頻譜產(chǎn)品中僅支持DS系統(tǒng)。 正交頻分多路復(fù)用 與較早的DS系統(tǒng)相比，在802.11a和802.11g數(shù)據(jù)傳輸中使用的正交頻分多路復(fù)用（OFDM）提供了更高性能。在OFDM系統(tǒng)中，每個(gè)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(fèi)了50%的可用帶寬。因?yàn)镺FDM由多個(gè)窄頻音組成，窄頻干擾只會(huì)影響信號(hào)的很小一部分，而對(duì)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(tǒng)提供了三個(gè)基本屬性－增益、方向和極化。增益主要衡量功率的增長(zhǎng)。方向是對(duì)發(fā)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(gè)特定方向集中并強(qiáng)化光束，相當(dāng)于無線系統(tǒng)中拋物面碟式天線對(duì)RF源所起的作用。 額定天線增益以分貝為單位，是一個(gè)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(gè)理論化的天線，具有統(tǒng)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(guó)FCC在計(jì)算中使用dBi。各向同性天線被認(rèn)為功率值為0 dB；例如，與其自身相比時(shí)為零增益/損耗。 與各向同性天線不同，偶極天線是實(shí)際天線（偶極天線是Cisco Aironet接入點(diǎn)、基站和工作組網(wǎng)橋的標(biāo)準(zhǔn)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(huán)形。因?yàn)椴ㄊ?ldquo;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(zhǔn)得出的，以dBd表示。因此，偶極天線的增益為0 dBd（= 2.14 dBi）。 請(qǐng)注意，本文多數(shù)地方談到偶極天線時(shí)，都稱其增益為2.2 dBi。實(shí)際數(shù)據(jù)是2.14 dBi，但通常小數(shù)進(jìn)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(diǎn)和網(wǎng)橋產(chǎn)品線，以及5 GHz BR1400網(wǎng)橋共用。每款銷售的天線都已得到了FCC認(rèn)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(huì)受到一定影響。通常增益天線提供較長(zhǎng)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(hào)覆蓋所有方向的場(chǎng)合。標(biāo)準(zhǔn)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(huì)為信號(hào)增加功率，而只是將其接收自發(fā)射器的能量進(jìn)行重定向。重定向后，即達(dá)到了在一個(gè)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(huì)減小，延長(zhǎng)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(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)它們。 圖2. 定向平板式天線
圖3. 八木天線
分集式天線系統(tǒng) 分集式天線系統(tǒng)用于消除一種稱為多路徑衰減失真現(xiàn)象。它使用兩個(gè)相同的天線，隔開一小段距離，為相同的物理區(qū)域提供信號(hào)覆蓋。 多路徑失真 當(dāng)接收器和發(fā)射器間的RF信號(hào)有多條傳輸路徑時(shí)，將出現(xiàn)多路徑干擾。有大量金屬或其他RF反射表面的地點(diǎn)會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象。 正如光和聲遇到物體會(huì)彈回一樣，RF也是如此。這意味著當(dāng)RF從TX天線到RX天線時(shí)，有多條傳輸路徑。這些多重信號(hào)在RX天線和接收器中結(jié)合，會(huì)造成信號(hào)的失真。 多路徑干擾能造成天線的RF能量極高，但無法恢復(fù)數(shù)據(jù)。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(gè)常見現(xiàn)象即與此相關(guān)。當(dāng)您剎車時(shí)，您可能會(huì)注意到無線電廣播停頓了。但當(dāng)您前行幾英寸或幾英尺后，電臺(tái)信號(hào)再次清晰起來。您向前開車就輕微移動(dòng)了天線，不再處于多信號(hào)融合位置了。 分集式天線系統(tǒng)就像是一個(gè)開關(guān)，它選擇使用其中的一個(gè)天線，而從不同時(shí)使用兩個(gè)天線。處于接收模式的無線收發(fā)器將不斷在這兩個(gè)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(hào)開始，無線收發(fā)器就將評(píng)估一個(gè)天線上的分組同步信號(hào)，然后再切換到另一天線并進(jìn)行評(píng)估。隨后它會(huì)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(hào)時(shí)，無線收發(fā)器將選擇它上次用來與特定無線收發(fā)器通信的天線。如果失敗，它將切換到另一天線并重試。 請(qǐng)注意，分集式設(shè)計(jì)并不是使用兩個(gè)天線來覆蓋兩個(gè)不同的范圍。其使用中的問題在于，如果1號(hào)天線正與1號(hào)設(shè)備通信，而2號(hào)設(shè)備（位于2號(hào)天線的覆蓋范圍內(nèi)）試圖通信，則無法連接2號(hào)天線（因?yàn)殚_關(guān)的位置是選擇1號(hào)天線），通信失敗。分集式天線只是從兩個(gè)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(tǒng)的使用，DS系統(tǒng)在處理多路徑干擾方面的能力已相當(dāng)于甚或超過了FH系統(tǒng)。雖然WBFH的推出確實(shí)增加了FH系統(tǒng)的帶寬，但它也大大影響了處理多路徑問題的能力，與現(xiàn)有DS系統(tǒng)相比，它在高RF反射地點(diǎn)進(jìn)一步縮減了覆蓋范圍。 無線局域網(wǎng)設(shè)計(jì) 在檢查物理環(huán)境前，必須先確定應(yīng)用的移動(dòng)性、進(jìn)行信號(hào)覆蓋的方式和系統(tǒng)冗余性。連接兩個(gè)或多個(gè)靜態(tài)用戶的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等應(yīng)用，可能最好選用定向天線，而移動(dòng)用戶一般會(huì)需要一些全向微蜂窩小區(qū)。這些獨(dú)立的微蜂窩小區(qū)能通過有線局域網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施相連，或利用無線中繼器功能內(nèi)置到每個(gè)Cisco Aironet接入點(diǎn)中。所有Cisco Aironet無線局域網(wǎng)產(chǎn)品都能通過榮獲專利的思科微蜂窩架構(gòu)，支持復(fù)雜的多小區(qū)環(huán)境。 物理環(huán)境 在解決了移動(dòng)問題后，必須檢查物理環(huán)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(biāo)準(zhǔn)。您還必須考慮建筑物結(jié)構(gòu)、天花板高度、內(nèi)部障礙物、可進(jìn)行安裝的位置以及客戶審美需求等。水泥和鋼結(jié)構(gòu)有著不同的無線傳播特性。倉庫環(huán)境中的庫存產(chǎn)品和貨架等內(nèi)部障礙物都需加以考慮。在室外環(huán)境中，有許多物體都會(huì)影響天線模式，如樹木、車輛和建筑物等。 網(wǎng)絡(luò)連接 接入點(diǎn)使用一個(gè)10/100-Mb以太網(wǎng)連接。通常接入點(diǎn)與天線位于相同地點(diǎn)。雖然看來放置接入點(diǎn)的最佳地點(diǎn)是在配線間中將其與交換機(jī)、集線器和路由器一起部署，但這并不現(xiàn)實(shí)。天線必須安放在能提供最佳覆蓋范圍的區(qū)域（由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查決定）。許多新部署無線局域網(wǎng)的人士希望將接入點(diǎn)安放在配線間中，利用RF同軸電纜連接天線。天線電纜會(huì)給天線系統(tǒng)中的發(fā)射器和接收器信號(hào)都帶來損耗。隨著電纜長(zhǎng)度的增加，損耗也會(huì)加大。為了獲得最高運(yùn)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(jié)構(gòu) 建筑物結(jié)構(gòu)中所用材料的密度決定了RF信號(hào)能在保持足夠覆蓋范圍的同時(shí)穿越幾道墻壁。下面舉幾個(gè)例子。RF傳輸?shù)膶?shí)際效果必須現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，因此建議進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。 壁紙和墻壁涂料對(duì)信號(hào)穿越影響很小。如果是實(shí)心的墻壁和地板以及預(yù)制混凝土墻壁，信號(hào)只能穿越一兩堵墻，才不會(huì)影響覆蓋范圍。這主要取決于混凝土中的鋼筋�；炷梁突炷疗鰤K墻對(duì)信號(hào)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(hào)穿越五或六堵墻。厚金屬墻會(huì)反射信號(hào)，穿越性差。鋼筋混凝土地板將僅限信號(hào)穿越一兩層地板。 下面列出了對(duì)于部分常見安裝環(huán)境的建議：
布線 如上所述，電纜會(huì)給系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)偶極天線除外），為無線設(shè)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(zhǎng)于10英尺）。它在所有天線上配備的典型長(zhǎng)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(chǎn)品線共用。這些電纜的損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)互連電纜，用于天線必須與無線設(shè)備分開一段距離的場(chǎng)合。雖然它們是低損耗電纜，但也應(yīng)保持最短長(zhǎng)度。思科為遠(yuǎn)離無線設(shè)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(gè)RP-TNC插頭和一個(gè)RP-TNC插口連接器，以便連接到無線設(shè)備和天線所附帶的互連電纜。 連接器 美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定，1994年6月之后生產(chǎn)的、用于2.4 GHz 和 5 GHz ISM頻帶的產(chǎn)品必須使用專用非標(biāo)準(zhǔn)連接器（即普通用戶無法在市場(chǎng)上買到的連接器），或僅能由專業(yè)人士安裝（此處的專業(yè)人士是指接受過RF安裝和相關(guān)法規(guī)培訓(xùn)的人員）。因?yàn)樵S多2.4 GHz產(chǎn)品都是由未經(jīng)過RF培訓(xùn)的人員安裝的，所以這些產(chǎn)品必須符合專用連接器的規(guī)定。BR1400的設(shè)計(jì)決定了它必須由RF專業(yè)人士安裝，因此能使用標(biāo)準(zhǔn)‘N’型連接器。Cisco Aironet 2.4 GHz產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)連接器配合使用。為確保與Cisco Aironet產(chǎn)品的兼容性，請(qǐng)使用思科的天線和布線。 安裝硬件 每款天線都需要進(jìn)行特定類型的安裝。標(biāo)準(zhǔn)偶極天線只需連接到無線設(shè)備背面的RP-TNC連接器即可。桿頂安裝天線應(yīng)安裝到一個(gè)高達(dá)1.5英尺的桿的頂部，每個(gè)天線都配備用于連接的安裝硬件。八木天線具有一個(gè)接合式安裝選項(xiàng)，本文后面會(huì)對(duì)此加以介紹。平板式天線應(yīng)安裝在墻壁或天花板平面，天花板安裝天線則配備了一個(gè)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(zhuǎn)軸能支持天線的準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)。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(duì)于大多數(shù)室內(nèi)應(yīng)用，0.75或1英寸長(zhǎng)的電線導(dǎo)管即能提供合適的安裝。對(duì)于室外應(yīng)用，應(yīng)使用較重的電鍍或鋁制天線桿，來支持選定天線的抗風(fēng)能力。 避雷器 在使用室外天線安裝時(shí)，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(hù)，而Aironet避雷器則能保護(hù)2.4 GHz到5.8 GHz的無線設(shè)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(gè)系統(tǒng)都需按照產(chǎn)品硬件安裝手冊(cè)的規(guī)定正確接地。但這些保護(hù)機(jī)制并不能防御直接電擊。 |
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