چگونه یک آنتن همه جهته پوشش سیگنال را افزایش می‌دهد؟

علم پشت توزیع سیگنال ۳۶۰ درجه‌ای

آنتن‌های تمام‌جهته ارتباطات بی‌سیم را با تابش و دریافت سیگنال‌ها به‌طور یکسان در تمام جهات افقی متحول می‌کنند. این آنتن‌های تخصصی الگوهای تابشی به شکل دونات ایجاد می‌کنند که پوشش یکنواختی را بدون نیاز به جهت‌گیری دقیق فراهم می‌کنند. آنتن‌های بی‌جهت آنتن در کاربردهایی که ممکن است منبع سیگنال یا دستگاه‌های دریافت‌کننده به‌صورت پیش‌بینی‌نشده حرکت کنند، طراحی بسیار مفیدی محسوب می‌شوند. برخلاف آنتن‌های جهت‌دار که انرژی را در پرتوهای خاصی متمرکز می‌کنند، یک آنتن بی‌جهت امکان اتصال قابل اعتمادی را برای دستگاه‌هایی که در هر نقطه‌ای از جهت‌های نماگر نصب شده‌اند فراهم می‌کند. از روترهای وای‌فای تا ایستگاه‌های پایه‌ای سلولی، آنتن بی‌جهت پایه‌ای برای شبکه‌های بی‌سیم قابل اعتماد است که باید به طور همزمان به کاربران متعددی خدمات دهند. فیزیک عملکرد آنتن بی‌جهت شامل تعادل دقیق توزیع میدان الکترومغناطیسی برای دستیابی به پوشش یکنواخت در حالی که قدرت سیگنال مناسب حفظ می‌شود، می‌باشد.

ویژگی‌های الگوی تابش

پوشش افقی یکنواخت

ویژگی اصلی یک آنتن هم‌گرا (اُمْنی‌دایرِکشِنال) توانایی آن در حفظ قدرت سیگنال یکنواخت در سراسر یک صفحه افقی ۳۶۰ درجه‌ای است. این الگوی تابش شبیه یک حلقه یا دونات است که آنتن در مرکز آن قرار دارد و امکان اتصال یکسان به تمام دستگاه‌های اطراف را فراهم می‌کند. طراحی‌های آنتن هم‌گرا این ویژگی را از طریق آرایش متقارن عناصر به دست می‌آورند که ترجیحات جهت‌داری را در بعد افقی حذف می‌کنند. الگوی تابش عمودی یک آنتن هم‌گرا معمولاً دارای کمی جهت‌داری است، به طوری که بهره حداکثر معمولاً در راستای عمود بر محور آنتن اتفاق می‌افتد. مهندسی دقیقی اطمینان می‌دهد که آنتن هم‌گرا الگوی مشخصه خود را در کل محدوده فرکانسی عملیاتی خود حفظ کند. این پوشش قابل پیش‌بینی باعث می‌شود آنتن‌های هم‌گرا گزینه‌ای ایده‌آل برای نقاط دسترسی مرکزی که به چندین کاربر در تمام جهات خدمت می‌کنند، شوند.

نکات مربوط به عرض پرتوی عمودی

در حالی که آنتن‌های اُمْنی‌دایرکشنال در پوشش افقی عملکرد بسیار خوبی دارند، عرض پرتوی عمودی مشخصی نیز از خود نشان می‌دهند که توزیع سیگنال را در ارتفاعات مختلف تحت تأثیر قرار می‌دهد. مدل‌های آنتن اُمْنی‌دایرکشنال با بهره بالا با فشرده کردن الگوی تابش عمودی به شکل یک دیسک مسطح، دامنه بیشتری را فراهم می‌کنند. عرض پرتوی عمودی یک آنتن اُمْنی‌دایرکشنال تعیین می‌کند که چقدر این آنتن می‌تواند دستگاه‌هایی که در بالا یا پایین‌تر از ارتفاع نصب قرار دارند را پوشش دهد. در نصب‌های حرفه‌ای، اغلب موقعیت آنتن اُمْنی‌دایرکشنال تنظیم می‌شود تا پوشش عمودی برای کاربردهای خاص بهینه شود. برخی از طراحی‌های پیشرفته آنتن‌های اُمْنی‌دایرکشنال دارای الگوهای ارتفاعی قابل تنظیم هستند که می‌توانند برای سناریوهای مختلف نصب تنظیم شوند. درک خصوصیات تابش افقی و عمودی به انتخاب صحیح آنتن اُمْنی‌دایرکشنال برای هر نیاز پوشش منحصر به فرد کمک می‌کند.

مزایای نصب

نیازمندی‌های نصب ساده‌شده

آنتن‌های تمام‌جهته نیاز به تنظیمات پیچیده جهت‌یابی را که توسط آنتن‌های جهت‌دار ایجاد می‌شود، حذف می‌کنند و به‌طور قابل‌توجهی زمان و مهارت مورد نیاز برای نصب را کاهش می‌دهند. ماهیت متقارن الگوی تابش آنتن‌های تمام‌جهته به این معنی است که تراز دقیق دیگر برای عملکرد اولیه ضروری نیست. این ویژگی آماده‌به‌کار (plug-and-play) باعث می‌شود آنتن‌های تمام‌جهته گزینه‌ای ایده‌آل برای نصب‌های موقت یا کاربردهایی باشند که نیاز به جابجایی مکرر دارند. بسیاری از مدل‌های آنتن تمام‌جهته دارای طراحی سبک و کم‌ارتفاع هستند که نصب آن‌ها را روی سازه‌های مختلف بدون نیاز به تکیه‌گاه‌های سنگین ساده می‌کند. انعطاف‌پذیری نصب آنتن‌های تمام‌جهته امکان گزینه‌های قرارگیری خلاقانه‌ای را فراهم می‌کند که با سیستم‌های جهت‌دار غیرممکن یا بسیار دشوار بود. این مزایای نصب، سبب گسترش استفاده از آنتن‌های تمام‌جهته در شبکه‌های بی‌سیم مصرفی و تجاری شده است.

پشتیبانی از اتصال موبایل

الگوی پوشش یکنواخت یک آنتن ایزوتروپیک (هم‌گرا) باعث می‌شود به‌طور منحصر به فردی برای کاربردهایی که شامل فرستنده‌ها یا گیرنده‌های متحرک هستند مناسب شود. سیستم‌های رادیویی نصب‌شده روی خودروها به آنتن‌های ایزوتروپیک متکی هستند تا ارتباطات را بسته به جهت‌گیری خودرو حفظ کنند. کاربردهای دریایی از نصب آنتن‌های ایزوتروپیک بهره می‌برند که سیگنال‌های قابل‌اعتمادی را چه کشتی در حالت سکون باشد و چه در حال مانور، فراهم می‌کنند. دستگاه‌های قابل‌حمل مجهز به آنتن‌های ایزوتروپیک ارتباط پایدار را بدون اینکه کاربر نیاز به تنظیم مجدد موقعیت خود نسبت به منابع سیگنال داشته باشد، تضمین می‌کنند. این قابلیت پشتیبانی از تحرک به ارتباطات پهپاد نیز گسترش می‌یابد، جایی که آنتن‌های ایزوتروپیک در حین انجام مانورهای هوایی پیچیده، لینک کنترلی را حفظ می‌کنند. این توانایی در خدمت‌رسانی به اهداف متحرک است که آنتن‌های ایزوتروپیک را از گزینه‌های جهت‌دار در محیط‌های پویا متمایز می‌کند.

بهینه‌سازی عملکرد

تعادل بهره و برد

طراحان آنتن همه‌جهته با چالش افزایش بهره بدون قربانی کردن الگوی پوشش ۳۶۰ درجه مواجه هستند. آنتن‌های همه‌جهته با بهره بالاتر با فوکوس بیشتر انرژی به سمت صفحه افقی به حساب ضربه‌ای که به پوشش عمودی وارد می‌شود، برد بیشتری دارند. بهره آنتن همه‌جهته معمولاً از ۲dBi برای طراحی‌های ساده از جنس لاستیک اوج گرفته تا ۱۲dBi برای مدل‌های تجاری خاص متغیر است. انتخاب دقیق بهره آنتن همه‌جهته اطمینان می‌دهد که قدرت سیگنال مناسب به تمام مناطق تحت پوشش می‌رسد و تداخل‌های غیرضروری ایجاد نمی‌شود. برخی سیستم‌های پیشرفته آنتن همه‌جهته شامل چندین المان هستند تا الگوهای پوشش قابل‌شخصی‌سازی ایجاد شود که به محیط‌های نصب خاصی اقتضای می‌کند. این تعادل بین بهره و پوشش، آنتن همه‌جهته را در کاربردهای مختلفی چالاک می‌کند.

تکنیک‌های تطبیق فرکانس

آنتن‌های جهت‌نمای همگانی مدرن، عملکرد یکنواختی را در محدوده‌های وسیع فرکانسی حفظ می‌کنند تا از استانداردهای بی‌سیم در حال تحول پشتیبانی کنند. طراحی‌های آنتن‌های جهت‌نمای دو‌باندی و سه‌باندی قادر به پوشش همزمان شبکه‌های وای‌فای 2.4 گیگاهرتزی و 5 گیگاهرتزی بدون نیاز به آنتن‌های جداگانه هستند. قابلیت‌های پهنای باند گسترده آنتن‌های حرفه‌ای جهت‌نمای همگانی این امکان را فراهم می‌کنند که یک دستگاه واحد، چندین باند سلولی را برای کاربردهای 4G/LTE و 5G پوشش دهد. تکنیک‌های تنظیم فرکانس در آنتن‌های پیشرفته جهت‌نمای همگانی باعث جبران تغییرات الگوی طبیعی در طول موج‌های مختلف می‌شوند. برخی از مدل‌های آنتن جهت‌نمای همگانی دارای عناصر قابل تنظیم هستند که عملکرد را برای محدوده‌های فرکانسی خاص بهینه می‌کنند. این انعطاف‌پذیری فرکانسی اطمینان حاصل می‌کند که آنتن‌های جهت‌نمای همگانی در برابر پیشرفت‌های فناوری بی‌سیم، مرتبط باقی بمانند.

مواد و ساختار

طراحی‌های مقاوم برای فضای باز

آنتن‌های تمام‌جهته درجه تجاری از مواد مقاوم در برابر عوامل جوی ساخته شده‌اند که می‌توانند سال‌ها در معرض بیرون از منزل باقی بمانند. رادوم‌های ضد فرابنفش از تخریب نور خورشید جلوگیری کرده و در عین حال شفافیت سیگنال بهینه را حفظ می‌کنند. طراحی ساختاری آنتن‌های مقاوم تمام‌جهته از نفوذ آب جلوگیری می‌کند که می‌تواند عملکرد الکتریکی را تحت تأثیر قرار دهد. قطعات فلزی مقاوم در برابر خوردگی عملکرد قابل اعتمادی را در محیط‌های ساحلی با مواجهه با محلول نمک فراهم می‌کنند. ویژگی‌های ساختاری محکم آنتن‌های تمام‌جهته به آن‌ها امکان می‌دهد در شرایط آب‌وهوایی سخت از گرمای بیابانی تا سرمای قطبی عملکرد یکنواختی داشته باشند. طول عمر بالای آنتن‌های تمام‌جهته به‌خوبی ساخته‌شده آن‌ها را به راه‌حل‌هایی مقرون به صرفه برای نصب‌های دائمی در بیرون از منزل تبدیل می‌کند.

در نظر گرفتن عوامل آیرودینامیکی و زیبایی‌شناختی

در مکان‌های شهری، نصب آنتن‌های هم‌دایره‌ای نیازمند طراحی‌هایی است که تأثیر بصری را به حداقل برسانند و در عین حال عملکرد خود را حفظ کنند. مدل‌های آنتن هم‌دایره‌ای با ارتفاع کم با ویژگی‌های معماری محل همگون می‌شوند تا الزامات زیبایی را برآورده کنند. شکل‌های آیرودینامیکی بار بادی وارد بر آنتن‌های هم‌دایره‌ای نصب‌شده روی دکل را کاهش می‌دهند و در نتیجه هزینه‌های سازه‌های نگهدارنده کاهش می‌یابند. برخی از طراحی‌های آنتن هم‌دایره‌ای به گونه‌ای هستند که خود را به عنوان یک میله پرچم یا سازه‌های دیگر جا می‌اندازند تا در مکان‌های حساس استفاده شوند. فاکتور فرم کوچک آنتن‌های هم‌دایره‌ای مدرن امکان نصب در مکان‌هایی با فضای محدود را فراهم می‌کند که استفاده از آنتن‌های سنتی در آنجا امکان‌پذیر نیست. این ملاحظات طراحی، دامنه محیط‌هایی را که در آن‌ها می‌توان از آنتن‌های هم‌دایره‌ای به‌طور مؤثر استفاده کرد، گسترش می‌دهند.

مدیریت تداخل

سازگاری با نصب در کنار هم

آنتن‌های تمام‌جهته که برای محیط‌های چندین اپراتوری طراحی شده‌اند، ویژگی‌هایی را در بر می‌گیرند که تداخل بین سیستم‌های مجاور را به حداقل می‌رسانند. فیلترهای ایزوله‌کننده متخصصانه در آنتن‌های تمام‌جهته حرفه‌ای، اتصال (coupling) را زمانی که ناگزیر از نصب چند دستگاه روی یک دکل هستیم، کاهش می‌دهند. کنترل الگوی تابش عمودی در آنتن‌های تمام‌جهته با کیفیت بالا به محدود کردن همپوشانی سیگنال بین آنتن‌هایی که در ارتفاعات متفاوتی قرار دارند کمک می‌کند. برخی از سیستم‌های آنتن تمام‌جهته از تنوع قطبش (polarization diversity) برای بهبود کارایی طیفی در پیکربندی‌های متراکم استفاده می‌کنند. این ویژگی‌های مدیریت تداخل باعث می‌شوند آنتن‌های تمام‌جهته برای ایستگاه‌های پایه سلولی و سایر کاربردهایی که در آن‌ها نیاز به نصب چندین آنتن در یک مکان است، مناسب باشند. انتخاب صحیح آنتن تمام‌جهته و موقعیت‌گذاری مناسب آن می‌تواند به طور قابل توجهی عملکرد شبکه را در محیط‌های RF پر ازدحام بهبود دهد.

قدرت تضعیف نویز

آنتن‌های پیشرفته چند جهته از تکنیک‌های فیلتر کردن استفاده می‌کنند که نسبت سیگنال به نویز را افزایش می‌دهند، هرچند الگوی دریافت آن‌ها گسترده باشد. طراحی‌های متوازن در آنتن‌های چند جهته با کیفیت، میزان آسیب‌پذیری نسبت به تداخل مد مشترک را کاهش می‌دهند. برخی مدل‌ها دارای صفحات زمین یکپارچه هستند که تأثیر سطوح بازتابی نزدیک را بر عملکرد آنتن به حداقل می‌رسانند. بهترین آنتن‌های چند جهته دارای ناهمگونی‌های جهت‌دار یکنواختی هستند که به طور طبیعی تداخل را از زوایای خاصی رد می‌کنند. این قابلیت‌های حذف نویز به آنتن‌های چند جهته اجازه می‌دهند سیگنال‌هایی پاک‌تر از آنچه الگوهای تابش ساده‌شان نشان می‌دهد، فراهم کنند. ترکیب پوشش گسترده و دریافت انتخابی باعث شده است که آنتن‌های چند جهته مدرن در محیط‌های پر نویز الکترومغناطیسی بسیار مؤثر باشند.

‫سوالات متداول‬

آنتن چند جهته چگونه با یک آنتن جهت‌دار ?

آنتن‌های تمام‌جهته پوشش افقی ۳۶۰ درجه‌ای فراهم می‌کنند، در حالی که آنتن‌های جهت‌دار انرژی را در پرتوهای خاصی متمرکز می‌کنند تا برد در جهات خاص افزایش یابد.

برد معمولی یک آنتن تمام‌جهته وای‌فای چقدر است؟

آنتن‌های تمام‌جهته روترهای استاندارد معمولاً در داخل ساختمان ۳۰ تا ۴۵ متر (۱۰۰ تا ۱۵۰ فوت) و مدل‌های بیرونی با بهره بالا می‌توانند به ۳۰۰ متر (۱۰۰۰ فوت) یا بیشتر بسته به محیط دست یابند.

آیا می‌توان از آنتن‌های تمام‌جهته برای ارتباطات با فاصله زیاد استفاده کرد؟

اگرچه این امر امکان‌پذیر است، اما برای ارتباطات با فاصله زیاد، آنتن‌های جهت‌دار عملکرد بهتری دارند زیرا آنها انرژی را در یک جهت خاص متمرکز می‌کنند به جای پراکندگی آن در تمام جهات.

آیا آنتن‌های تمام‌جهته برای ارسال و دریافت به یک اندازه خوب عمل می‌کنند؟

آنتن‌های تمام‌جهته با کیفیت الگوهای تابش یکسانی برای هر دو حالت ارسال و دریافت سیگنال دارند و عملکرد دوطرفه سازگاری مطلوبی ارائه می‌دهند.