шлюз G1100 – Понимание базовых знаний в области радиочастот с точки зрения беспроводных продуктов(часть 1) 

шлюз G1100

Многие клиенты запоминают параметры из руководств по эксплуатации устройств, но забывают их при использовании. Понимание принципов работы этих параметров поможет вам более эффективно их использовать. Это руководство по беспроводной связи ответит на два вопроса, основанных на этих принципах: каково максимальное расстояние между беспроводным модулем и шлюзом G1100 ? И какова оптимальная высота для установки шлюза G1100 ?

шлюз G1100

1. максимальное расстояние между беспроводным модулем и шлюзом G1100 составляет 200 м?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть весь процесс передачи беспроводного сигнала от шлюза к модулю. Полный процесс передачи показан на рисунке ниже:

Беспроводной сигнал передаётся со шлюза G1100 с фиксированной мощностью передачи 10 дБм . дБм — это единица измерения мощности, равная децибелам относительно 1 мВт. Таким образом, 0 дБм равен 1 мВт по формуле дБм = 10log10P мВ . Мощность передачи устройств 802.11 составляет от 1 мВт до 100 мВт.

Сигнал потеряет 3 дБ в цепи. дБ — это сравнительная единица, выражающая потерю мощности как отношение мощности к мощности. Формула выглядит так: дБ = 10 ( P1/P2) . Проще говоря: каждые 3 дБ усиления или потери означают, что мощность удваивается или уменьшается вдвое ; каждые 10 дБ усиления или потери означают, что мощность умножается или делится на 10. В этом случае мощность сигнала составляет 10-3 = 7 дБм .

После измерения потерь в кабеле измеряется коэффициент усиления мощности антенны. В данном случае мы рассматриваем всенаправленные антенны, и единицей измерения является дБи. дБи также является единицей усиления мощности. Следует отметить, что антенны являются пассивными устройствами и не увеличивают мощность сигнала. Вместо этого они фокусируют излучаемую энергию в определённом направлении за счёт других направлений, тем самым получая усиление относительно эталонной антенны . Чем больше значение дБи, тем выше усиление. Расчётная мощность сигнала в этот момент составляет 7 + 3 = 10 дБм.

На расстоянии 50 метров ( потери в свободном пространстве 70 дБ ), при усилении приёмной антенны 3 дБ и потерях в кабеле 3 дБ, уровень сигнала (RSSI) на приёмной стороне составляет -60 дБм. Каждое беспроводное устройство имеет чувствительность приёма. Например, модуль M1100 S имеет чувствительность приёма -93,1 дБм . В этом случае значение RSSI, равное -60 дБм, превышает чувствительность приёма, поэтому приёмник может принимать сигнал.

Таким образом, при расчёте расстояния между беспроводным устройством и шлюзом, шлюз G1100 использует частоту 2,4 ГГц и мощность передачи 10 дБм . Согласно формуле для расчёта расстояния беспроводной связи в свободном пространстве: потери (дБ) = 32,44 + 20logD (км) + 20logF (МГц) , при мощности передачи 10 дБм уровень сигнала на приёмной стороне будет менее -100 дБм на расстоянии примерно 200 м . Таким образом, дальность передачи шлюза G1100 составляет примерно 200 м.

2. Почему рекомендуемая высота установки шлюза G 1100 составляет 4-6 м?

Чтобы объяснить эту проблему, нам нужно ввести понятие зоны Френеля, которая представляет собой эллипсоид между передающей антенной и приемной антенной (сумма расстояний отражения и падения между двумя фокусами на эллипсоиде одинакова).

Например, в вертикально поляризованной антенной системе необходимо учитывать, что электромагнитные волны, отражённые от первой границы зоны Френеля, испытывают задержку в полдлины волны. Поэтому, когда сдвиг фазы отражённой волны (оранжевой волны ) на приёмной антенне равен одной длине волны, что приводит её в фазу с прямой волной ( зелёной волной ) на приёмной антенне , общая мощность принятого сигнала (красной волны ) увеличивается .

Первая зона Неэля

Так лучше ли беспроводной передатчик, расположенный выше? Не совсем. Если высота отражения находится во второй зоне Френеля, когда фазовый сдвиг отражённой волны (оранжевой волны ) на приёмной антенне равен половине длины волны, что делает её противоположной прямой волне ( зелёной волне ) на приёмной антенне , общая мощность принятого сигнала (красной волны ) ослабнет .

Вторая зона Неэля

Поэтому на практике мы настраиваем передатчик так, чтобы в первой зоне Френеля не было объектов, блокирующих радиоволны , и, по возможности, эта зона не должна превышать 20% зоны Френеля. В противном случае многолучевое распространение электромагнитных волн будет иметь негативные последствия, приводя к снижению качества связи или даже к её прерыванию .

фактической настройке нашего шлюза G1100 рекомендуемая высота установки следующая:

фактической настройке нашего шлюза G1100 рекомендуемая высота установки следующая:

Исходя из вывода из Вопроса 1, расстояние между приёмником и передатчиком составляет d = 200 м. Как показано на рисунке, фазовый сдвиг, вызванный прямой и отражённой волной, составляет δ = 4π ht hr / λ d . Высота отражения препятствия должна находиться в пределах 80 % зоны Френеля .

Таким образом, учитывая длину волны электромагнитной волны 2,4 ГГц 140 м и расстояние 200 м, мы можем использовать геометрические соотношения для расчета △h = ht – hr = 2 м. Обычно инфраструктура hr находится на высоте 2–4 метра над землёй , поэтому рекомендуемая высота размещения шлюза составляет 4–6 м .