无线天线知识

2023年12月6日发(作者：中国龙歌词)

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天线的架设

城区户外无线传输AP架设现场实景图

定向天线悬挂

AP+定向栅栏天线

无线AP

室外AP

楼顶AP+定向天线

天线

在典型的WLAN环境，主要有发送数据和接收的设备，这称为接入点/热点/网络桥接器通常一个AP能够在几十至上百米内的范围内连接多个无线用户，甚至点对点传输30公里信号。在同时具有有线与无线网络的情况下，AP可以通过标准的Ethernet电缆与传统的有线网络连接，作为无线和有线网络之间连接的桥梁。

而这也是目前的主要应用方式，比如电脑通过无线网卡与AP的连接，再通过AP与ADSL等宽带网络连接入互连网。除此之外,AP本身具有网管的功能,能够针对无线网卡作出一定的监控。AP理论上可以支持一个ClassC的工作站，但是为了保证每个工作站都有足够的带宽，一般建议一台AP支持20-30个工作站。

无线AP在那些需要大面积无线网络覆盖的公司、厂区或校园等环境中使用得比较多，更适合于那些只需要将有线信号转换成无线信号，并对信号有放大作用的场合。覆盖范围比较大，可当作无线信号的转发站，所能支持的无线客户端数量也比较多。

无线路由器在个人、家庭用户和SOHO的环境中使用得比较多，集有线宽带路由器和无线AP于一体，管理功能强大，可以通过双绞线以有线的方式链接计算机，轻松实现有线和无线的互相通信。但支持的无线客户端数量有限。

总结：虽然它们都是无线局域网内的设备，但无线AP工作在相对“大”的环境中，支持的用户数量要比无线路由器多，信号收发能力也更强一些，对无线信号的处理能力要求比较高，所以说无线AP更“专注于无线扩展和无线布局”，厂商投入的成本相对要高一些，这或许是无线AP的售价要高于无线路由器的主要原因之一。大家可以根据自己实际的需要和网络条件来选择无线AP或是无线路由器。

关于天线

在大多数情况下，要扩大无线网络的覆盖范围，最直接的方法是更换高增益的天线，或是安装一个外置天线，最好是全向或定向天线。

定向天线

定向天线通常使用在点对点系统中，有时用在点对多点的系统中的远端点，如果你想连接两个不同的位置，建议使用这种天线。定向天线主要有：背射天线，平板天线，Yagi天线，抛物面天线等。

全向天线

这种天线通常使用在点对多点系统中中心点使用的网络，或者使用在你的汽车上。全向天线作为中心天线给其他的计算机或设备（比如：无线打印机，PDA等）提供信号。你也可以使用2个全向天线来组建点对点系统，通常我们不建议你这样做，因为这样做信号不集中，效果非常的差。常用的全向天线有：垂直全向，吸顶天线，橡胶鸭嘴天线，桌面天线和移动垂直天线。

点对点

点对点通常包括2个不同的无线AP，或建筑物到建筑物的无线连接。但是也有例外的情况，如果你的AP是穿过一个河流或山谷，你想给多个用户提供无线接入，这是点对多点的方式，但是要使用定向天线。

点对多点

点对多点通常是共享一个WLAN，或者家庭成员共享因特网的连接，或者和邻居共享因特网的连接。 也可以是咖啡店，火车站，机场等的WAP (Wireless Access Points)。

信号覆盖范围

信号的覆盖范围包括几个主要的因素，包括无线网卡或路由器的输出功率，无线网卡的信号接收灵敏度，传输路径上障碍物的情况，比如，树、墙等。由于有这么多的因素影响你的覆盖范围，在这里不可能说的十分清楚。但是一个常用的方法就是选择一个合适的天线，为什么这么说呢？因为输出功率是非常的小 。

特定环境的天线

我们经常问到的一个问题是，如何为特定的环境选择一个合适的天线呢。这是一个既简单又复杂的问题，取决于用户的特殊需求，即想要做什么。目前的802.11b(11 Mbps)、802.11g(54 Mbps)和SuperG（108 Mbps)标准提供了一个比较好的速度，信号效果主要取决于你的无线网卡和无线路由器的信号强度和噪声。也就是说：信号强度越大，噪声越低，信号就越好。

有很多种无线的应用，在家庭里，办公室等，让我们来看一下这些应用。

家庭

家庭使用的天线是最容易购买的，选择和安装也最简单。 在多数情况下，只需要在远端的计算机上使用天线就可以了。我们建议你使用天线在远端的计算机上， 由于你安装到路由器上的时候，信号会扩大到你的邻居，安全就得不到保证。如果你有多个书房或房子比较大，你需要在每个计算机上安装天线，这样范围和带宽才可以 得到提高。你需要穿过的每一个墙都会减少信号的强度。为了达到更强的信号强度和信号，我们建议在远端的PC上安装5db的天线，桌面天线等。最好的方法是先用一个天线在远端的PC上进行测试。

办公室

办公室的天线一般都要求是漂亮美观的。如果你想在办公室任何地方工作的时候都能接入网络，而不使用网线，那么首先你必须买一个质量好的无线网卡，然后在无线路由器上安装天线，以便将信号达到最大的延伸。它是很简单的。然而，如果你的办公室被分成几个不同的房间或者非常大，就会有一些困难。

关于双天线

抛开环境因素的影响，在发射功率一定的情况下，双天线可以有效增加无线覆盖面，平均带来约3dB的讯噪比增益（是指有用讯号功率与无用的功率之比），目前市场上的无线路由天线增益一般为2dBi，但这并不意味着两根天线就是4dBi，双天线不是简单的1+1=2，而是两根天线的自动协调，也称天线分集，一根天线只收，另外一根又收又发，路由器可以不断去选择接收得较好的那根天线去接收无线讯号，从而达到理想的效果。

·如何选择天线

移动中的天线

为什么要在车里面使用无线网络呢？这个问题非常好，现在在国外发达国家的一些地方，整个城市内都提供了无线的服务，在车上你就可以直接的接入到因特网上。WiMAX网络正在向这个方向发展，不久的将来，国内的一些主要城市也会提供高品质的无线接入服务。

背射天线

背射天线是一种小的定向天线，增益比较高。这种天线看起来想一个圆盘子一样，这种天线建议使用在点对点或点对多点的系统中。背射天线的增益有16dbi，直径不超过30cm。

抛物面天线

这是一个真正的高功率天线，很像接收卫星信号的“锅”，增益非常大，但是，在对准目标方向的时候存在一定困难。天线的增益越大，波束越窄，方向性越强，所以调整起来就越困难。这种天线通常使用在远距离的点对点系统中。这种天线工作的时候将功率集中到一个中心点上，并将无线的信号集中到一个特定的区域，就象一个打开的手电筒一样。

选择天线增益的时候，需要考虑的问题

你需要天线的增益取决于传输路径上的障碍物的情况，需要覆盖的范围和你的无线网卡的性能。在选择天线的时候，这些因素都要考虑进去。对于普通消费者来说，目前市面上的无线路由和AP的天线增益在2dBi、3dBi和5dBi之间，完全可以满足日常环境的使用，对于特殊需要的用户来说，还有8dBi、9dBi的天线可供用户更换。

关于信号干扰

和所有的无线设备一样，WIFI同样存在干扰的问题。就象你在听收音机的时候，有时能听到一些杂音，这就是干扰。同样的事情也会发生在WIFI系统里，只是没有那么明显。影响WIFI系统的主要有微波炉，一些特定的 灯光系统，其它的802.11设备，微波传输设备，甚至计算机的高速处理器都能引起802.11系统的干扰。在你使用无线设备的时候，这些因素都要考虑到。

小结：无线网络最重要的就是速度和信号效果，原有的设备可能无法满足我们的实际要求，这就需要加装天线的帮助，大家可以根据实际情况来选择一款最合适的。

什么是无线天线

当计算机与无线AP或其他计算机相距较远时，随着信号的减弱，或者传输速率明显下降，或者根本无法实现与AP或其他计算机之间通讯，此时，就必须借助于无线天线对所接收或发送的信号进行增益（放大）。

无线设备本身的天线都有一定距离的限制，当超出这个限制的距离，就要通过这些外接天线来增强无线信号，达到延伸传输距离的目的。这里面要涉及到两个概念：

1、 频率范围

它是指天线工作的频段。这个参数决定了它适用于哪个无线标准的无线设备。比如802.11a标准的无线设备就需要频率范围在5GHz的天线来匹配，所以在购买天线时一定要认准这个参数对应相应的产品。

2、 增益值

此参数表示天线功率放大倍数，数值越大表示信号的放大倍数就越大，也就是说当增益数值越大，信号越强，传输质量就越好。

分类

无线天线有多种类型，不过常见的有两种，一种是室内天线，优点是方便灵活，缺点是增益小，传输距离短；一种是室外天线。室外天线的类型比较多，一种是锅状的定向天线，一种是棒状的全向天线，室外天线的优点是传输距离远，比较适合远距离传输。

室内无线天线

1、 全向天线

室内全向天线适合于无线路由、AP这样的需要广泛覆盖信号的设备上，他可以将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。

2、 定向天线

室内定向天线适用于室内，它因为能量聚集能力最强，信号的方向指向性也极好。在使用的时候应该使得它的指向方向与接收设备的角度方位相当集中。

定向天线

室外无线天线

1、 全向天线

室外的全向天线也会将将信号均匀分布在中心点周围360度全方位区域，要架在较高的地方，适用于链接点距离较近，分布角度范围大，且数量较多的情况。

2、 定向天线

室外的定向天线的能量聚集能力最强，信号的方向指向性极好。同样因为是在室外，所以也应架在较高的地方。当远程链接点数量较少，或者角度方位相当集中时，采用定向天线是最为有效的方案。

3、 扇区天线

扇区天线具有能量定向聚集功能，可以有效地进行水平180度、120度、90度范围内的覆盖，因此如果远程链接点在某一角度范围内比较集中时，可以采用扇区天线。

扇区天线

4、 组合天线

上述三种天线各具一定的特性，因此在实际项目中，经常会出现组合使用的情况，例如利用多幅扇面天线，或者扇面天线和定向天线相结合使用。

无线天线相当于一信号放大器，主要用来解决无线网络传输中因传输距离、环境影响等造成的信号衰减。

2.4G无线WIFI关于天线增益的一些计算公式

天线的导购

为什么要升级增益天线

众所周知，无线网络的传输距离、覆盖范围和穿透能力一直是人们关注的问题，按照无线协议标准，当我们选择802.11g标准或802.11n标准的无线设备时，它的传输速率一般为54Mbps或108Mbps，而覆盖范围一般是：室内100米、室外300米。但这些也仅是理论数值。而在实际应用中，由于混凝土墙壁、玻璃、木板等障碍物的影响，一旦室内传输距离超出20～30米，室外传输距离超出50～100米时，无线传输效率下降非常大，也无法做到100％覆盖范围。当然，对于一些远距离的无线AP，尽管不少产品声称传输距离可达到数十公里以上，然而不借助外置无线天线，显然是不可能实现的。

图1，采用增益天线的无线路由器

毫无疑问，几乎所有的无线设备都内置了无线天线，但其提供的信号覆盖范围比较有限，比如传输距离较近或受障碍物影响不大的办公室，无须安装外置的无线天线即可直接使用。但当传输距离较远，甚至会遇到障碍物，比如校园网或无线网吧，内置无线天线就不堪负重了，即便是不少无线设备安装了外置天线，但由于增益强度太小而无法满足用户需求，此时必须升级高强度的无线增益天线来提升无线信号的传输能力。值得幸运的是，不少无线设备（特别是PCI无线网卡）的无线天线都是可拆卸的，这为升级无线天线提供了有利条件。

图2，采用增益天线的PCI无线网卡

室内与室外，两种环境的选择

无线局域网摆脱了有线网络的线缆束缚，因而组建形式也更加自由，有的无线网络全部在室内进行，信号只需覆盖室内特性的小范围场所（比如无线办公网络），而有的无线网络不仅要满足室内传输需要，同时又需要覆盖室外很多使用场所（比如校园无线网）。因此，有些无线设备的天线位于室内，而有些则位于室外，在选择无线增益天线时，应该根据实际情况，选择适用于不同环境的室内天线或室外天线，增益表示天线功率放大倍数（单位是dBi），数值越大表示信号的放大倍数就越大，传输质量就越好。一般而言，室内天线的增益大小大多为3～6dBi，而室外天线大多为8.5～16dBi。

图3，室内吸顶覆盖增益天线

室内天线由于增益小，适合传输距离较近、发射接收功率较弱的环境使用，如果需要进行远距离的数据传输，建议选择增益大、发射接收功率强的室外天线，但在实际组网中，室外天线并不一定非要在室外使用，对于规模较大的无线网络（比如无线网吧），由于面积大，环境复杂，此时建议在室内使用增益大的室外天线，另外，有的室内天线只适合安装于桌面，而又的则可以安装于墙壁或吸顶，应当根据无线设备的安装位置，确定采用适当类型的室内天线。但值得提醒的是，室内天线一般没有防水、防雷、防尘等功能，所以绝对不适合用于室外。

图4，室外栅格抛物面天线

定向与全向，方向性不要错

根据天线辐射和在水平面的接收方向，无线天线可分为定向与全向两种。定向天线是指天线在对某个特定方向传来的信号特别灵敏，并且发射信号时能量也是集中在某个特定方向上，全向天线可以接受水平方向来自各个角度的信号和向各个角度辐射信号，覆盖区域极其广泛，但每个方向的信号都比较弱。对于点对点定向连接，可以采购高增益定向天线（如跨越几栋楼宇或街区）；若是在一定区域内覆盖式连接，可以采购高增益全向天线（如在同一栋楼或相临的楼宇）。此外，还有一种扇面天线，它界于定向与全向之间，具有能量定向聚焦功能，可以在水平180、120、90的范围内进行有效覆盖，非常适合某一角度范围内信号比较集中的远程连接点使用。

图5，使用全向天线的中继网桥方案

在实际应用时，到底选择哪种无线天线，还需要根据无线网络的组网形式而定，比如在组建无线对等网时，无线网卡都应当采用全向天线，而在组建接入点网络时，由于无线路由器、无线AP需要为无线网络内所有的无线网卡提供无线连接，此时就必须选择全向天线，网卡则选择定向天线。但在进行点对点的无线接入时，无线AP都使用定向天线，对于点对多点的无线网络，中心无线AP采用全向天线，其它无线AP都采用定向天线，如果要进行无线漫游，无线AP、无线网卡都必须采用全向天线。

图6，使用定向天线的中继网桥方案

小贴士：什么是极化方向？

极化方向是指天线辐射时形成的电场强度方向，电场周围会产生电磁场，而电磁场的方向垂直于电场，当电场强度方向垂直于地面时，电波就是垂直极化波，此时无线电波是水平向外传播，当电场强度方向平行于地面时，电波就是水平极化波，此时无线电波则是向垂直方向传播，在实际应用中，水平极化因受大地阻抗影响而产生热能，使电场信号迅速衰减，而垂直极化则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播，因而建议选择垂直极化的天线为宜。

无线增益天线安装方法

对于无线设备的天线安装，需要根据设备的自身属性去判断，比如对于可拆卸天线的无线网络设备，如果需要为其升级高增益的外置无线天线，首先将无线网络设备上自带的天线取下来，然后将新的天线安装上去即可，这种无线天线的拆卸和安装相对比较简单，安装时类似拧螺丝一样，但必须小心谨慎，用力要得当，并确保接口上的金属部位不外露，但值得提醒的是，无线设备上的天线接口一般而可分为SMA或TNC两种，在进行天线升级时，如果两种接口不对应，此时需要使用SMA转TNC的跳线来转换，而且外接天线与无线网卡之间的联接馈线不宜过长，过长的信号线会增加信号的衰减。

图7，无线路由器上的天线接口

如果需要对可拆卸天线进行延长，需要使用具有磁铁底部的天线，即可以摆放也可以吸附刚制的机箱测板上，还能够让使用者依照需求，将天线作90度弯折，而且天线的接线长度延长后，方便摆放收讯较佳的地方。对于室外使用的抛物面定向天线或室内吸顶天线，还必须掌握延长部分的安装，比如必须使用支架来固定抛物面定向天线，假如在室外无线局域网的中心已经有个基站，可以利用移动铁塔的高度把AP架设在铁塔上，若天线放于楼顶，还要使用避雷器，也可找视距内的阳台上安装天线，则可省去避雷器的支出。但值得提醒的是，天线尽量远离金属网等金属物体，若是定向天线，应尽量在直线上对准，这样接收最灵敏。

图8，无线网卡的天线延长接法

无线增益天线推荐

1.吸顶天线

吸顶天线的工艺水平良好，做工和用料也比较扎实，性能表现比较稳定，最高可提供8dBi高增益能力，最大功率为50W，工作带宽为83MHz，频率范围为2400－2483MHz，并提供了垂直极化方向能力，比较适合用于距离传输不远的室内使用，比如办公室、网吧等场合。不过由于自身的特点，不适合在校园网等室外网络使用。

图9，吸顶天线

2.24DBi定向天线

24Dbi是一款抛物面定向天线，用料和工艺非常出色，具有波瓣角度小、能量集中、增益高、作用距离远等特点，由于拥有24dBi高增益能力，所以覆盖范围非常理想。最大功率为100W，工作带宽为83MHz，频率范围为2400－2483MHz，并具备了垂直或水平的极化方向，非常适合远距离无线组网接入的室外使用。

图10，24DBi定向天线

4.15DBi全向天线

15DBi全向天线是一款全向玻璃钢天线，拥有15dBi高增益能力，覆盖高度达1.7米，最大功率为100W，工作带宽为83MHz，频率范围为2400－2483MHz，并提供了垂直极化方向能力，由于采用高强度玻璃钢封装，有良好的抗风、防水性能，适合用于2.4GHz的室外桥接模式的点对多点系统以及无线覆盖模式的中心基站之用，可以实现360度强劲的无线信号覆盖。

图11，15DBi全向天线

5. 29dBi抛物面天线

拥有29dBi高增益能力，最大功率为100W，工作带宽为125MHz，频率范围为5725～5850MHz，并具备了垂直或水平的极化方向，它的做工非常优良，用料比较考究，由于具备了高增益、作用距离远、覆盖范围大、性能稳定等特点，非常适合需要远距离无线组网的室外使用。

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