Chapter 10
WLAN Antennas
Dr Lami Kaya
Bölüm 10
WLAN Antenleri
WLAN Antenna Basics
• Electrical current is created by movement of
electrons (alternating and continous) back and
forth in a wire
– A wire is designed to control or suppress electric
current
• Antennas are designed to radiate the
electromagnetic field created by electric
current
– An antenna is designed to freely radiate EM waves
WLAN Anten Temelleri
• Elektronların bir tel/kablo içinde hareketi ile
elektrik akımı
– Tel/kablo elektrik akımını kontrol etme veya kablo
içinde tutmak üzere tasarımlanmıştır
• Antenler (gönderici/iletici olanlar) elektrik
akımıyla oluşan elektromanyetik (EM) alanı
yaymak üzere taşarımlanmıştır
– Bir anten EM dalgalarını serbestçe yaymak üzere
tasarımlanmıştır
An Antenna Radiate How Far?
• Radiation distance depends on
– Power of the antenna
– Frequency and and wavelength of EM
– Type of antenna and its characteristics
Bir Anten Ne Kadar Mesafeye Yayar?
• Yayılım mesafesi aşağıdakilere bağlıdır
– Anten gücü
– EM’nin frekansı ve dalgaboyu
– Anten tipi ve karakteristikleri
Basic Antenna Characteristics
•
•
•
•
•
Frequency
Gain
Power
Radiation pattern
Polarization
Temel Anten Karakteristikleri
•
•
•
•
•
Frekans
Kazanç
Güç
Yayılım patterni (desen/örüntü)
Polarizasyon (kutuplaşma)
Antenna Polarization
• The polarization of an antenna is the
orientation of the electric field (E-plane) of the
radio wave with respect to the Earth's surface
Anten Polarizasyonu
• Bir antenin polarizasyonu, radyo dalgasının
elektrik alanının (E-plane) dünya yüzeyine göre
oryantasyonu olarak verilebilir
Antenna Polarization
Anten Polarizasyonu
Yatay (horizontal) ve dikey (vertical)
dB, dBi, dBd concepts
• dB (Decibel)
Ratio of one value to another
• dBx where x =
m = compared to 1 milliwatt (0 dBm=1 mW)
i = compare to isotropic antenna
d = compared to dipole antenna
w = compared to 1 watt (0 dBw = 1 watt)
dB, dBi, dBd Konseptleri
• dB (Decibel)
Bir değerin başka bir değere (referans olarak seçilen) oranı
• dBx notasyonunda x =
m
i
d
w
=1 milliwatt ile karşılaştırıldığında (0 dBm =1 mW)
= isotropic anten ile karşılaştırıldığında
= dipole anten ile karşılaştırıldığında
= 1 watt ile karşılaştırıldığında (0 dBw = 1 watt)
Antenna Gain Calculations
• Equivalent (Effective) Isotropically Radiated
Power (EIRP)
– Amount of power that a theoretical isotropic
antenna would emit to produce the peak power
density observed in the direction of maximum
antenna gain.
– EIRP take into account the losses in transmission
line and connectors and includes the gain of the
antenna
• Effective Radiation Power (ERP)
Anten Kazanç Hesaplamaları
• Equivalent (Effective) Isotropically Radiated
Power (EIRP)
– Maximum (peak) güç yoğunluğu elde etmek için,
teorik bir izotropik (isotropic) antenin yayacağı güçtür.
Bu güç maximum anten kazancı yönünde gözlenen güç
miktarıdır
– EIRP iletim hattı ve bağlantı için kullanılan öğeler
(connectors) hesaba katar ve anten kazancını da dahil
ederr
• Efektif Yayılım Gücü (Effective Radiation Power=
ERP)
Antenna Gain
• If the gain of an antenna goes up, the
coverage area or angle goes down
• Coverage areas or radiation patterns are
measured in degrees
• Angles are referred to as beamwidth
– Horizontal measurement
– Vertical measurement
Anten Kazancı
• Anten kazancı yükselirse, kapsam alanı veya
açısı küçülür
• Kapsam alanı veya yayılım pattern (örgüsü)
derece ile ölçülür
• Açılara ışıngenişliği (beamwidth) de denir
– Yatay (Horizontal) ölçüm
– Dikey (Vertical) ölçüm
Beamwidth
Işın Genişliği (Beamwidth)
Beamwidth vs Gain
Işıngenişliği ve Kazanç
Yüksek-kazançlı antenler dar ışıngenişliğine sahiptir ve parazit
(interference) alma ihtimali daha düşüktür
Düşük-kazançlı antenler geniş ışıngenişliğine sahiptir ve parazit
(interference) alma ihtimali yüksektir
Isotropic Antennas
• It can radiate/transmit EM waves equally (in
pattern and strength) in all directions at once
• A theoretical isotropic antenna has a perfect
360º vertical and horizontal beamwidth
• This is a reference for ALL antennas
İsotropik (Isotropic) Antenler
• Aynı anda bütün yönlere EM dalgaları eşitçe
(hem pattern/örgüsel hem de şiddet olarak)
yayabilir/iletebilir
• Teorik bir isotropik anten 360º (dikey ve yatay)
mükemmel ışıngenişliğine sahiptir
• İsotropik anten bütün diğer antenler için bir
referanstır
EIRP Calculation
• Get the total output power of NIC
– (from manufacturer’s documentation)
– Generally stated in dBm
• Determine the amount of loss between the
transmitter and the antenna (cable loss) in dB
• Get the antenna gain
– (from manufacturer’s documentation)
– Typically stated in dBi
EIRP = NIC Power + Antenna Power – Cable Loss
EIRP Hesaplama
• Ağ arayüz kartı (NIC) toplam çıkış gücünü bul
– (üretici firma dokümantasyonundan)
– Geneld, dBm olarak belirtilir
• Gönderici ile anten arasındaki kayıpları (kablo
kayıpları) hesapla (dB olarak)
• Anten kazancını bul
– (üretici firma dokümantasyonundan)
– Genelde, dBi olarak belirtilir
EIRP = NIC Güçü + Anten Gücü – Kablo Kayıpları
EIRP Calculation (Example)
EIRP = NIC Power + Antenna Power – Cable Loss
Assume the following:
• NIC Power: 15 dBm
• Antenna Power: 14 dBi
• Cable losses: 4.5 dB
EIRP = 15 + 14 – 4.5 = 24.5 dBm
EIRP Hesaplama (Örnek)
EIRP = NIC Gücü + Anten Gücü – Kablo Kayıpları
Aşağıdakilerin verildiğini farzedin
• NIC Gücü: 15 dBm
• Anten Gücü: 14 dBi
• Kablo Kayıpları: 4.5 dB
EIRP = 15 + 14 – 4.5 = 24.5 dBm
Effective Radiated Power (ERP)
• Standardized theoretical measurement of RF
energy
• Determined by subtracting system losses and
adding system gains
• ERP takes into consideration
– transmitter power output (TPO),
– transmission line attenuation (electrical resistance
and RF radiation),
– RF connector insertion losses,
– Antenna directivity,
Effective Radiated Power (ERP)
• RF enerjinin standardize teorik ölçüsü
• Sistem kayıplarının çıkarılması ve sistem
kazançlarının eklenmesi ile elde edilir
• ERP aşağıdakileri dikkate alır
– Gönderici güç çıkışı
– İletim hatı zayıflamaları/kayıpları (elektriksel
direnç ve RF radyason),
– RF bağlantı (connector) kayıpları,
– Anten yönselliği (directivity)
Antenna Types
• Directional (limited range of coverage)
– Highly directional
– Semi-directional
• Omni (360º coverage) Directional
Anten Tipleri
• Yönsel (sınırlı kapsam alanı)
– Yüksek Yönsel (Highly directional)
– Yarı-yönsel (Semi-directional)5t
• Omni (360º kapsam) Yönsel
Directional Antenna
Yönsel Anten Işıngenişliği (lobe)
Directional Antennas
Transmitted signals are broadcast in a relatively
narrow beam width
Types of directional antennas
• Parabolic
• Patch
• Sector
• Yagi-Uda Array (Yagi)
Yönsel Antenler
• Gönderilen/yayılan sinyaller göreceli (relatif)
olarak dar bir ışın genişliğinde yayınlanır
Yönsel anten çeşitleri:
• Parabolic
• Patch
• Sector
• Yagi-Uda Array (Yagi)
Directional Antenna Example
Yagi Antenna
Yönsel Anten Örneği
(Yagi Anteni)
Directional Antenna Example
Yagi Antenna – 25 degree
Yönsel Anten Örneği
Yagi Anten – 25 derece
Directional Antenna Example
sector (H or V polarization)
Yönsel Anten Örneği
sector (Yatay veya Dikey polarizyon)
Directional Antennas Example
Parabolic Dish Antenna – 12 degree
Yönsel Anten Örneği
Parabolik Çanak (Dish) Anten – 12 derece
Smart Antennas
• Also known as adaptive array antennas,
multiple antennas and recently MIMO
• They are antenna arrays with smart signal
processing algorithms used to identify spatial
signal signature such as the direction of arrival
(DOA) of the signal
• DOA is used to calculate beamforming vectors,
to track and locate the antenna beam on the
mobile/target
Smart (Akıllı) Antenler
• Aynı zamanda adaptive array (dizin) antenleri, çoklu
(multiple) antenler ve son zamanlarda MIMO olarak
da bilinirler
• Akıllı sinyal işleme algoritmaları kullanılarak gelen
sinyalin yönü tesbit edilerek sinyalin mekansal
(spatial) imza (signature) elde edilebilir
• Geliş yönü (DOA) beamforming vektörleri
hesaplamalarında, mobil hedef üzerindeki anten ışını
(antenna beam) izleme ve yer bulma için kullanılır
How to Select an Antenna?
When selecting an antenna we should look answers
for the following inquiries/questions
• Does it meets the coverage and capacity
requirements?
• Does the radiation emanating from an antenna
can be distorted by nearby objects (metal, trees,
buildings, etc)?
• Are there any other signals from other sources?
• What sort of cables & connectors being used?
Bir Anten Nasıl Seçilmeli?
Bir anten seçilirken aşağıdaki sorulara cevap
aranmalı:
• Kapsam ve kapasite gerekliliklerinini karşılıyor mu?
• Antenden yayılan radyason çevresede bulunan
cisimler yüzünden bozulmaya uğrayabilir mi?
• Başka kaynaklardan gelen sinyaller var mı?
• Ne çeşit kablo ve bağlantı (connector)
kullanılmakta?
Antenna Installation Issues
•
•
•
•
•
Alignment
Cabling
Mounting
Placement
Safety
Anten Kurulum Hususları
•
•
•
•
•
Alignment (karşılıklı hizalama)
Kablolama
Mounting (Kurulum/Montaj)
Placement (Yerleştirme)
Safety (Güvenlik)
Line of Sight
• Obstructions might obscure a visual link:
–
–
–
–
Topographic features, such as mountains
Curvature of the Earth
Buildings and other man-made objects
Trees , etc
Line of sight!
Line of Sight (Görme-Cizgisi)
• Çeşitli cisimler görsel link (cizgiyi) engelleyebilir:
–
–
–
–
Topografik özellikler, dağ/tepe gibi
Yeryüzü kıvrılma/eğrilik
Binalar ve diğer insan yapımı cisimler
Ağaçlar
Line of sight!
Safety During Installation
•
•
•
•
•
Avoid metal obstructions
Avoid power lines
Handling precautions
Install ground rods
Install lightning arrestor
Anten Kurulumunda Güvenlik
• Metal engellerden kaçınma
• Enerji hatlarından (power lines) kaçınma
• Dikkatli antene dokunuş (elektrik yük birikmiş
olabilir)
• Topraklama çubuklarının kurulumu
• Yıldırım korumayı kurma