Průvodce výběrem správné antény na Wi-Fi připojení

Nezbytnou součástí vybavení pro bezdrátové připojení jsou antény. Pro pokrytí bytu či kanceláře většinou postačují malé anténky, které jsou přibaleny k samotným kartám nebo přístupovým bodům, pro venkovní spoje, obzvlášť na delší vzdálenosti, už ale nestačí. Rušení, vliv počasí a překážky v cestě mají na signál neblahý vliv. Pak je třeba použít výkonnější anténu.

Vlastnosti antén vystihují některé důležité parametry, se kterými je třeba se na začátek seznámit. Ani zde tak vždy neplatí ono známé „čím větší, tím lepší“. Antény se liší nejen tvarem podle účelu použití, ale také schopností zachytit slabší signál či způsobem šíření signálu.

Směrovost

Základní rozdíl mezi anténami určující jejich použití spočívá ve směru, do kterého vysílají signál. Podle toho rozlišujeme antény trojího typu:

• všesměrové antény – vysílají do všech stran, tzn. pokryjí úhel 360°. Běžně se dodávají ke všem Wi-Fi výrobkům. Například přístupový bod připojuje klienty ze všech směrů nebo síť ad-hoc propojuje vzájemně počítače po celém bytě ze všech směrů;
• sektorové antény – pokryjí jen určitý úhel od 30° do 180°. Jejich použití je vhodné tam, kde stačí pokrýt jen omezené území – například do rohu místnosti postačí anténa s 90° pokrytím. Můžete též s jejich pomocí zamezit šíření signálu (a potažmo možnosti přístupu do sítě) mimo žádané území;
• směrové antény – slouží k propojení dvou bodů na delší vzdálenosti, jelikož září jen do jednoho bodu. Používají se dva typy: parabolické, které mají drátěné síto a ozařovač uprostřed, a tzv. antény Yagi.

Zisk

Dalším důležitým parametrem antén je zisk. Všechny antény jsou ve své podstatě směrové a míru směrovosti udává zisk, jenž je největší právě ve směru, kam anténa vyzařuje. Čím je vyšší, tím vzdálenější signál je schopna anténa zachytit. Jedná se o poměr mezi intenzitou vyzařování v daném směru k intenzitě, kterou bychom obdrželi, kdyby energie přijatá anténou byla vyzářena rovnoměrně do všech směrů. Tak vyzařuje referenční, tzv. izotropní anténa, která ale existuje pouze na papíře, tudíž je nahrazována anténou dipólovou. Zisk je pak udáván v jednotkách dBi či dBd podle typu antény, vůči které je vztažen.

Vyzařovací úhly a diagramy

Vyzařovací úhly (horizontální a vertikální) udávají, jaký úhel před sebou a pod sebou je anténa schopna spolehlivě pokrýt. Například všesměrová anténa má horizontální úhel 360°, sektorová třeba 45°, ale ve vertikálním úhlu je to již jen 30°. Takovou anténu proto nemůžete posadit na střechu domu a čekat, že pokryje vše pod sebou. Zisk, směrovost a vyzařovací úhly antén jsou detailně zakreslovány do vyzařovacích diagramů. Ty ukazují plnou charakteristiku šíření signálu, jak horizontálně, tak vertikálně. Lze z nich vyčíst také odchylky oproti udávanému vyzařování, kdy anténa září i do postranních a zadních laloků.

Sektorová anténa pokrývající úhel 23° až 60°, viz vyzařovací diagram • Tato sektorová anténa se dvěma zářiči ozařuje úhel dvakrát 90° • Sektorová anténa ozařující 65°. Všimněte si v diagramu laloků za anténou

Polarizace

Polarizace udává rovinu, ve které se šíří rádiové vlny. Pro optimální spojení musí být na obou stranách antény se stejnou polarizací. V opačném případě dochází k velikým ztrátám a potlačení zisku antén až o 16–24 dB, což v důsledku znemožní přenos dat. Z pohledu polarizace rozeznáváme tři typy antén:

• lineární horizontální – je vhodná na delší spoje bod–bod;
• lineární vertikální – používá se na připojení klientů k přístupovému bodu;
• kruhová – antény s touto polarizací se používají tam, kde kvůli velkému zarušení už není možno použít anténu lineární.

Změna polarizace se dá využít v zarušeném prostředí k potlačení rušení od ostatních sítí. Ke změně horizontální na vertikální stačí otočit zářič o 90°.

Směrová parabolická anténa typu síto se ziskem 19 dBi • Směrová parabolická anténa typu síto se ziskem 25 dBi • Takto vypadá vyzařovací diagram 26dBi směrové parabolické antény

Jak si vybrat správnou anténu?

Ačkoli lze určit dosah antén v nezarušeném prostředí, v reálném světě bude situace značně odlišná. Některé městské aglomerace například trpí takovým zarušením, že vybudovat v nich další bezdrátové spoje je dnes téměř nemožné. Určit, jakou anténu budete potřebovat právě vy, proto není tak jednoduché. Pro představu se podívejte, jaké vzdálenosti je možné docílit v nezarušeném prostředí připojením typu bod–bod s anténou o zisku 36 dBm na jedné straně a klienty s různým ziskem na straně druhé.

Anténky dodávané k Wi-Fi zařízením mají zisk jen 1–2 dBi. V otevřeném nezarušeném prostoru se sice spojí i na vzdálenost 300 m, uvnitř budov však již maximálně na 30 m. Signál je zde už silně tlumen zdmi a také rušen jinými zařízeními či kabelovými rozvody. Už dvě železobetonové zdi panelového domu dokáží signál z těchto antén naprosto utlumit. Lépe jsou na tom cihlové zdi a nejlépe pak kartónové.

Všesměrová 12dBi anténa OMNI12 má vertikální vyzařovací úhel jen 8° • Všesměrová 8dBi anténa OMNI8 má vertikální vyzařovací úhel jen 8° • Směrová anténa typu Yagi  

Podle čeho tedy vybírat? Ujasněte si, k jakému účelu budete anténu používat. Bude to spojení na jeden, nebo vícero bodů? Jaký úhel je třeba pokrýt? Jaký typ polarizace se bude používat? Ziskovost antény pak odhadněte podle tabulky nebo se poraďte se svým budoucím poskytovatelem připojení (internetového přes Wi-Fi nebo komunitní síť), který by měl být schopen proměřit situaci právě ve vašem bydlišti.

Stavba vlastní antény

Pokud se vám nechce dávat tisíce korun za profesionální anténu a máte dostatek trpělivosti i zručnosti a děláte spoj na kratší vzdálenost, mohla by vám podomácku vyrobená anténa stačit.

Ačkoli by se mohlo zdát, nejde o složitou operaci. Jedna věc je však velmi důležitá – přesnost. Pokud vám tuhle ujede milimetr, tuhle druhý, může se stát, že anténa bude mít mnohem nižší zisk a zářit úplně jinam, než chcete. Návodů na stavbu Wi-Fi antén existuje spousta. Populární jsou antény typu Quad a Yagi, ale nejjednodušší je výroba tzv. kantény, neboli antény z plechovky (z angl. can).

Běžně se používají plechovky od párků (vhodné rozměry mají Kostelecké párky). Lze použít i jinou plechovku, ale pak je třeba přepočítat rozměry (viz odkazy). Ideální jsou plechovky s průměrem okolo 85 mm.

Vyrobit si vlastní kanténu není vůbec složité • Taková kanténa vás vyjde ani ne na 150 Kč a její výroba zabere tři hodiny času

Plechovku nejprve pečlivě očistěte od mastnoty a nečistot a opilujete její ostrý okraj. Do plechovky pak vyvrtejte ve vzdálenosti 65 mm ode dna dírku, kterou postupně zvětšíte na průměr 8 mm. Poté do ní narazte F-konektor, který předtím zbavte matice. Konektor zapájejte a našroubujete do něj 75Ω satelitní koaxiální kabel tak, aby vnitřní měděný drát (může být i s dielektrikem) zasahoval do plechovky přesně 31 mm.

Pro zvýšení ziskovosti se antény opatřují ještě trychtýřem směřujícím více signálu do plechovky.

Je vhodné opatřit otvor plastovým víčkem, které předtím otestujte v mikrovlnné troubě, jestli vlny opravdu propouští a nijak se nedeformuje. Víčko zabrání zatékání vody do plechovky. Konektor pak ze stejného důvodu zvenku zaizolujte silikonem nebo vyrobte vodotěsný kryt z PVC na celou anténu.

Takováto anténa je lineárně polarizovaná. Pokud jí při zaměřovaní budete otáčet podle osy, budete zvyšovat, resp. snižovat sílu signálu. Také je vhodné ji nasměrovat mírně na stranu k přípojnému bodu. Existují i další způsoby, jak „ladit“ funkčnost takovéto antény – například změnou vzdálenosti konektoru ode dna (přidáním víčka plechovky na dno a pohybem s ním) či změnou celkové výšky antény pomocí konektoru.

Článek vznikl
ve spolupráci
s časopisem
Computer
a čerpá
z čísla 15-16/05.