14 лет назад 1 июня 2005 в 1:31 58

Беспроводная связь хороша почти всем. И стандартов много, на разные случаи жизни, и пользоваться ею гораздо удобнее, чем проводной. Единственное, что иногда портит нервы пользователям — недостаточное качество связи или полное ее отсутствие.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. СЕРЬЕЗНАЯ И ВДУМЧИВАЯ
Любая разновидность Ethernet (Fast, Gigabit) независимо от того, какой именно стандарт применяется, однозначно регламентирует скорость передачи данных, а соответственно, и производительность. И не просто регламентирует – скорость ставится в прямую зависимость от длины сегмента. Сказано, к примеру, что длина кабеля не должна превышать 200 метров — значит, с любым кабелем, длина которого соответствует этому ограничению, скорость будет максимальной, ведь физические параметры среды изначально учтены. К сожалению, в силу своей природы беспроводная связь очень сильно от этой самой среды зависит. Уверенному приему мешают помехи, препятствия, отражение сигнала.

Оптимально разместить имеющееся радиочастотное оборудование, будь то в офисе, дома или на даче, — задача непростая. Эффективность антенны беспроводного адаптера или точки доступа, установленной в неблагоприятном месте, оказывается меньше расчетной. Картина знакомая многим обладателям ноутбуков и не только им: индикатор показывал максимальный уровень сигнала, но стоило сменить диспозицию буквально на метр, как он (уровень) тут же снизился. И если в пределах одного помещения качество беспроводного соединения варьируется несущественно, то барьера в виде одной-единственной железобетонной стены бывает достаточно, чтобы скорость обмена данными упала на порядок, а то и совсем до нуля. Шаг влево, шаг вправо — дисконнект.

К счастью, с учетом местоположения и сообразно предназначению устройства беспроводной связи можно оснащать внешними антеннами. Они показаны к использованию не только в случае низкого уровня сигнала, но и для обеспечения стабильно высокого качества канала связи. Как правило, при использовании в условиях зоны отдыха, дачного поселка или деревни на первый план выходит именно проблема дальнобойности, поскольку разного рода помехи практически отсутствуют. В городских же условиях из-за перманентно неблагоприятной помеховой обстановки пользоваться антеннами приходится во многом для придания стабильности каналу связи, “страдающему” от излишних шумов, следствием чего становятся провалы в скорости и большие задержки при передаче информации.

Важно понимать, что антенны не увеличивают мощность сигнала – эффективность антенны определяется ее способностью преобразовывать электрический сигнал в электромагнитное излучение (и наоборот) и направлять с максимальной равномерностью в нужном потребителю направлении. Все пассивные антенны (а именно о них пойдет дальше речь) обеспечивают усиление сигнала благодаря своему направленному действию. Коэффициент усиления антенны определяется как отношение мощности излученного в нужном направлении сигнала к мощности сигнала изотропного излучателя. А изотропный излучатель представляет собой идеальную ненаправленную антенну.

Параметры антенн
Несмотря на свое название, направленные антенны излучают во всех направлениях, но в отличие от идеальной изотропной антенны распределение энергии у них не является равномерным. Важнейшей характеристикой направленных антенн является диаграмма направленности (ДНА) излучения — зависимость излучаемой мощности от угловых координат при неизменном расстоянии от антенны до точки наблюдения. Ее форма определяет предназначение антенны и увеличение рабочей дальности беспроводного оборудования. Хотя мы и живем в трехмерном пространстве, на практике обычно ограничиваются построением двух диаграмм в продольных взаимно перпендикулярных плоскостях (исследовать третью, поперечную, плоскость необходимости нет).

У идеального изотропного излучателя диаграмма направленности представляет собой сферу. У направленной антенны она имеет сложную форму: как видно из рисунка 1, имеется несколько областей с высокой мощностью излучения. Область, в которой поток излучения является максимальным, называется главным лепестком, лежащая в обратном ей направлении — задним, а остальные — боковыми лепестками.

Важными параметрами являются ширина главного лепестка по уровню 3 дБ (в градусах) и максимальные уровни боковых и заднего лепестков (в децибелах). От того, насколько развиты задний и боковые лепестки, зависит не только снижение эффективности направленной антенны, но и уровень помех, ею излучаемый. Поэтому при проектировании антенн стремятся в максимальной мере снизить уровни бокового и заднего излучения.

Если требуется связать далеко отстоящие друг от друга здания, то без направленных антенн не обойтись. С их использованием можно без особых усилий и с минимальной тратой денег обеспечить устойчивый канал связи на расстояниях, измеряемых километрами. Простейший полезный на практике вариант – канал связи тургруппы с базовым лагерем. Для этого в качестве стационарной на базе применяется секторная антенна, обладающая относительно невысоким коэффициентом усиления, но при этом широкой диаграммой направленности. Устанавливается такая антенна на высокой мачте. А в качестве мобильной тургруппой используется узконаправленная антенна с высоким коэффициентом усиления. При хорошей видимости будет нетрудно добиться качественной связи на расстоянии 3-10 км и более.

Вообще, все антенны классифицируются как-то по-лекарственному: для наружного (outdoor) или внутреннего (indoor) применения. К первым предъявляются повышенные требования: помимо всего прочего они должны быть устойчивыми к сильному ветру, перепадам температуры, коррозии и т. д. К тому же, крепление вне пределов помещения — на мачтах, фасадах или крышах зданий — означает и автоматическое удлинение требуемого для соединения с точкой доступа кабеля. Идущий в комплекте шнур обычно не превышает по длине пары-тройки метров, поэтому во многих случаях придется позаботиться о приобретении качественного кабеля, обеспечивающего минимальное затухание сигнала.

Когда требуется рекордная дальнобойность, применяют узконаправленные антенны: параболические, сегментно-параболические. Их коэффициент усиления составляет 20-30 dBi, что позволяет строить радиоканалы дальностью 10-20 км. А с применением антенных усилителей дальность может еще возрасти, хотя и не бесконечно (на расстояниях 50-60 км неизбежно сказывается рельеф – Земля-то круглая). Такие решения, как правило, требуют использования высотных мачт – на дальних расстояниях без подъема антенны прямую видимость обеспечить практически невозможно, а она необходима для сохранения качества сигнала.

На внутренних антеннах особо заострять внимание не будем, скажем лишь, что их выбор сегодня весьма велик, потому как к известным брэндам, занимающимся производством сетевого оборудования, примкнуло великое множество компаний из Юго-Восточной Азии. Потолочные, настенные и настольные с разными диаграммами направленности (всенаправленные, секторные, узконаправленные) — выбрать есть из чего. Общее же правило таково: чем шире направленность антенны, тем меньшее увеличение мощности она обеспечивает.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ШУТОЧНАЯ, НО ОТ ЭТОГО НЕ МЕНЕЕ СЕРЬЕЗНАЯ
Коль скоро народные умельцы лихо собирают КВ- и УКВ-антенны, то что им мешает собственноручно ваять антенны для приема в диапазоне 2,4 ГГц, используемом стандартами 802.11 b/g? Правильно, ничто не мешает. И они их делают — самые разнообразные, собранные из остатков, обрезков, ошметков, обломков, фрагментов, кусков и частей. А иногда и из попавшей под руку утвари. Естественно, наибольший интерес для современных Кулибиных представляют направленные антенны с большим коэффициентом усиления. Потому что полезно и круто, ведь с иными поделками и несколько километров — не расстояние.

Самая популярная самоделка — баночная антенна. Потому что очень прикольно, да и с банками перебоев нет. А если без шуток, то причиной популярности баночной антенны является простота ее конструкции и хорошие характеристики. Сомневаетесь? Тогда посетите сайт www.cantenna.com — живущая там акула капитализма развеет ваши сомнения относительно перспективности самой идеи. Рецепт создания такой антенны предполагает минимум ингредиентов: металлическая (жестяная) банка, N-гнездо (разъем, к которому будет подключаться кабель), малюсенький кусочек медного провода — вот и все, что вам понадобится, чтобы немедленно приступить к созданию излучателя. Но для начала требуется проверить, подходит ли банка выбранного диаметра и длины для работы в диапазоне 2400 – 2485 МГц.

Чтобы не осваивать теорию синтеза антенн, можно посетить сайт www.oreillynet.com/cs/weblog/view/wlg/448, где даны рекомендованные параметры. Задачу сильно упростит и онлайновый калькулятор. Альтернативную подборку начинающего конструктора антенн можно найти здесь: www.binarywolf.com/249/prican.htm. Наглядные инструкции и фотографии, полезные ссылки, готовые диаграммы и таблицы в Excel для сбора баночной антенны из подручных банок всех распространенных типов: из-под кофе, соусов, мясных консервов, пасты т. д.

Подтверждением тому могут служить примеры создания антенн из совсем уж причудливых или неожиданных предметов. Например, Дин Экстром из Корнуэльского университета предпочитает винегрет из точки доступа, половинки банки из-под обычной минералки и старую тарелку, хотя и не маленькую. Результат — устойчивая связь на расстоянии 300 м со скоростью 24 Мбит/с. Вроде бы ничего выдающегося, но обратите внимание на небрежно обмотанные фольгой и скотчем предметы, вся конструкция сделана походя, в шутку!

Еще более экстремальные варианты любят новозеландские исследователи (www.usbwifi.orcon.net.nz). Неизвестно, видели ли они “Гения” с Александром Абдуловым в главной роли, но то, что их изыскания очень сильно похожи на творчество главного героя фильма – факт. Ценности им добавляет то, что подобные самоделки можно сваять чуть ли не за пару минут из подножных материалов, что очень важно для туристов и отдыхающих, любящих путешествовать налегке. В качестве “компакт-параболиков” перепробованы все попавшиеся под руку предметы.

Как вам идея использовать банку из-под сардин в качестве антенны для USB Wi-Fi-адаптера? Оказывается, этот кусочек жести усиливает сигнал на 6 дБ! А еще лучше воспользоваться чем-нибудь, что не только отдаленно, но и самым непосредственным образом напоминает привычные параболические антенны. Например, обычной сковородкой. Крепим в центре сковороды часть бокса от дискет, вставляем в полученную таким образом “док-станцию” наладонник с беспроводным адаптером — вуаля! Утилита WiFiFoFum, запущенная на КПК, показывает +12 дБ.

В вашем походном саквояже нет лишней сковородки? Не отчаивайтесь! Подойдет дуршлаг. Или абажур от лампы. Или самая обычная комнатная ТВ-антенна, которую надо будет малость довести до ума — при тщательном подходе к делу наградой станет направленная антенна с усилением 12-15 dB. Ну а если окончательно пробьет на эксперименты, можно угробить на благое дело зонт: удалить материю, обернуть оголившиеся спицы высококачественной металлической сеткой с мелким шагом ячеек – и +12 дБ вам гарантированы. Правда, зонт не очень хорош из-за больших размеров и парусности. Вместо него вполне сгодится пароварка (только не забудьте предварительно зафиксировать ее лепестки). В общем, вы уже поняли: всякую ненужную в хозяйстве железяку можно приспособить под нужды имеющегося беспроводного оборудования.

Творить ли самому или отправиться в магазин ради претворения в жизнь идей светлого беспроводного будущего — личное дело каждого. Но даже если вы пока и не задумывались о приобретении или создании собственными силами внешней Wi-Fi-антенны, попробуйте программу NetStumbler (www.netstumbler.com) для того, чтобы оценить эффективность нынешней географии вашей сети. Эта утилита точно отражает уровни сигнала и шума, способна измерять расстояния и многое другое. Естественно, NetStumbler будет особенно полезна при точной настройке направленной антенны.

Если же вдруг этот материал подвигнет вас на самостоятельные изыскания в области улучшения качества беспроводных соединений, не хватайтесь за дело очертя голову. Как и к любому увлекательному занятию, к конструированию антенн следует подойти основательно и без спешки. Иначе вместо посуды, домашней утвари и необходимых в хозяйстве вещей в зоне ваших жизненных интересов обнаружится окончательный вай-фай!