با پیشرفت سریع فناوری ارتباطات بی سیم، تجاری سازی WiFi 6E نشان دهنده ورود رسمی شبکه های بی سیم غیرنظامی به باند فرکانسی 6 گیگاهرتز است. برای توسعه دهندگان محصول، مهندسان شبکه و کاربران با کارایی بالا، WiFi 6E چیزی بیش از یک باند فرکانس اضافی است – رشد نمایی پهنای باند و تأخیر بسیار کم را ارائه می دهد. با این حال، از دیدگاه طراحی فرکانس رادیویی (RF)، معرفی 6 گیگاهرتز نیز چالش های فیزیکی بی سابقه ای را به همراه دارد.
چگونه انتخاب و قرارگیری آنتن را در فضای محدود دستگاه بهینه کنیم تا 2.4 گیگاهرتز ، پایداری نفوذ 5 گیگاهرتز و حداکثر سرعت 6 گیگاهرتز را متعادل کنیم ؟ این مقاله تجزیه و تحلیل عمیقی را از چهار منظر ارائه می دهد: اصول فیزیکی، پارامترهای کلیدی، مقایسه مواد و چیدمان عملی.
تجزیه و تحلیل عمیق ویژگی های طیف: چرا 6 گیگاهرتز نیاز به توجه ویژه دارد؟
قبل از بحث در مورد انتخاب، باید تفاوتهای عملکرد فیزیکی سه باند فرکانسی را در محیطهای داخلی تعیین کنیم.
2.4 گیگاهرتز: بنیاد پوشش
باند فرکانسی 2.4 گیگاهرتز (2400-2483.5 مگاهرتز) دارای طول موج تقریباً 12.5 سانتی متر است. بر اساس تئوری انتشار امواج الکترومغناطیسی، طول موجهای بلندتر قابلیت پراش قویتر و تلفات نفوذ کمتری را نشان میدهند.
مزایا: می تواند از لایه های متعدد دیوارها و موانع با وسیع ترین محدوده پوشش نفوذ کند.
معایب: ازدحام طیف (فقط 3 کانال غیر همپوشانی)، به شدت مستعد تداخل بلوتوث، اجاقهای مایکروویو و دستگاههای بیسیم مجاور است.
5 گیگاهرتز: نقطه تعادل در خروجی
باند فرکانسی 5 گیگاهرتز (5150-5850 مگاهرتز) دارای طول موج تقریباً 5.5 سانتی متر است. در حال حاضر به عنوان ستون فقرات شبکه های وای فای با کارایی بالا عمل می کند.
ویژگی ها: پهنای باند بالاتری ارائه می دهد، اما قابلیت نفوذ آن به طور قابل توجهی کمتر از 2.4G است. یک دیوار بتنی استاندارد 10 سانتی متری معمولاً باعث تضعیف سیگنال بیش از 20 دسی بل می شود.
6 گیگاهرتز (WiFi 6E): حداکثر سرعت و محدودیت فیزیکی
باند 6 گیگاهرتز (5925-7125 مگاهرتز) دامنه انحصاری WiFi 6E است که در طول موج تقریباً 4.5 سانتی متر کار می کند.
مزایا: دارای طیف پیوسته 1200 مگاهرتز با پشتیبانی از کانال های پهنای باند تا 7160 مگاهرتز، تراکم را به طور کامل حذف می کند.
چالش: فرکانس های بالاتر منجر به از دست دادن مسیر فضای آزاد بیشتر (FSPL) می شود. فرمول FSPL = 20log10 (d) + 20log10 (f) + 20log10 (4 π / c) نشان می دهد که دو برابر شدن فرکانس منجر به افزایش قابل توجهی در از دست دادن می شود. یک سیگنال 6 گیگاهرتز به سختی می تواند به دیوارهای آجری جامد نفوذ کند، که در درجه اول به انتشار خط دید (LoS) و بازتاب های داخلی متکی است.
شاخص های اصلی عملکرد برای انتخاب آنتن
برای برآوردن الزامات همزیستی چند باند، انتخاب نباید صرفاً بر اساس ظاهر باشد، بلکه نیاز به ارزیابی کامل پارامترهای RF زیر دارد:
2.1 پیکربندی متفاوت سود
Gain 'فاصله' و 'جهت' تشعشع سیگنال را تعیین می کند. در طراحی چند باند، توصیه میشود که یک استراتژی افزایش نامتقارن اتخاذ کنید:
2.4 گیگاهرتز: توصیه می شود بهره 2.0-3.5 dBi را حفظ کنید. افزایش بیش از حد ممکن است زاویه پوشش عمودی را فشرده کند و سیگنالهای دستگاههای موبایل مجاور را در زوایای خاصی ضعیف کند.
5G/6GHz: برای جبران کاهش سریع هوا در باند 6E، راه حل های با بهره بالا با عملکرد 4.0-6.0 dBi را در اولویت قرار دهید. با افزایش جهت دهی آنتن، انرژی سیگنال در صفحه افقی متمرکز می شود و در نتیجه عمق پوشش را در یک اتاق واحد بهبود می بخشد.
2.2 نسبت موج ایستاده ولتاژ (VSWR) و پوشش کامل طیف
WiFi 6E دارای باند فرکانسی بسیار گسترده است. برخلاف آنتنهای سنتی 5G که معمولاً تا 5.85 گیگاهرتز کار میکنند، WiFi 6E پوشش خود را تا 7.125 گیگاهرتز افزایش میدهد.
الزامات کلیدی: آنتن باید در حین انتخاب دارای VSWR <2.0 در محدوده فرکانس 5.9GHz-7.1GHz باشد. VSWR بیش از حد بالا باعث افزایش شدید تولید گرمای جلویی RF می شود و به طور بالقوه به تقویت کننده قدرت (PA) آسیب می رساند، در حالی که عدم تطابق امپدانس منجر به کاهش شدید در توان داده می شود.
2.3 جداسازی و هماهنگی چند آنتنی
هسته اصلی WiFi 6E در فناوری MIMO (Multiple Input Multiple Output) آن نهفته است.
الزامات جداسازی: برای دو آنتن در یک باند فرکانسی، ایزوله باید بهتر از 15dB باشد. برای باندهای فرکانسی مختلف (به عنوان مثال، 5G و 6G)، ایزوله باید بهتر از 20dB باشد.
ECC (کد تصحیح خطا): معیاری کلیدی برای ارزیابی عملکرد MIMO. سیستم باید در طول انتخاب، الزامات ECC کمتر از 0.1 را برآورده کند، و از سیگنالهای نامرتبط در تمام آنتنها برای به حداکثر رساندن راندمان مالتی پلکسی تقسیم فضایی اطمینان حاصل کند.
مزایا و معایب فرم های مختلف آنتن و تطبیق صحنه
آنتن هایی که معمولا در بازار یافت می شوند به سه دسته اصلی تقسیم می شوند که هر کدام برای کاربردهای خاصی طراحی شده اند:
3.1 آنتن دوقطبی خارجی
این رایج ترین راه حل برای روترها و دروازه های صنعتی است.
مزایا: بالاترین راندمان تابش، معمولاً بالای 80٪. تنظیم آسان بهره؛ و موقعیت فیزیکی قابل تنظیم
توصیه: یک آنتن دو قطبی یکپارچه سه باند را انتخاب کنید. این آنتن دارای یک حفره تشدید دقیق مهندسی شده است که امپدانس پایینی را به طور همزمان در باندهای فرکانسی 2.4 گیگاهرتز، 5 گیگاهرتز و 6 گیگاهرتز به دست می آورد.
3.2 آنتن برد مدار چاپی انعطاف پذیر (آنتن FPC)
معمولاً در تلویزیون های هوشمند، جعبه های OTT و لپ تاپ ها یافت می شود.
مزایا: ابعاد فوقالعاده نازک به آن اجازه میدهد تا در داخل محفظه پلاستیکی برای اندازهگیری داخلی بدون تأثیر بر ظاهر نصب شود.
نکته انتخاب: آنتن های FPC در برابر عوامل محیطی بسیار حساس هستند. هنگام انتخاب آنتن، ثابت دی الکتریک ساختار نصب باید در نظر گرفته شود. برای WiFi 6E، فرکانس بسیار بالا به این معنی است که حتی خطاهای اتصال جزئی می تواند باعث انحراف فرکانس شود.
3.3 آنتن تراشه سرامیکی
معمولاً در ماژول های کوچک اینترنت اشیا و دستگاه های پوشیدنی استفاده می شود.
مزایا: بسته بندی فشرده (مثلاً 3216 یا 2012).
محدودیت ها: این سیستم با راندمان پایین و پهنای باند بسیار کم کار می کند. در برنامه های WiFi 6E که نیاز به پوشش 1200 مگاهرتز دارند، آنتن های سرامیکی معمولاً عملکرد ضعیفی دارند مگر اینکه چندین آرایه آنتن سرامیکی با هم ترکیب شوند.
استراتژی های چیدمان عملی برای پوشش بهینه
پس از انتخاب نوع، نحوه چیدمان آنتن 50 درصد عملکرد نهایی را تعیین می کند.
4.1 تنوع قطبی
در محیطهای WiFi 6E، جلوههای چند مسیری داخلی بسیار پیچیده هستند. هنگامی که تمام آنتن ها به صورت عمودی جهت گیری می کنند، سیگنال های قطبی افقی به طور قابل توجهی ضعیف می شوند.
اصل چیدمان: از قطبش متقاطع استفاده کنید. به عنوان مثال، در یک روتر 4x4 MIMO، دو آنتن به صورت عمودی تراز هستند در حالی که دو آنتن دیگر به صورت افقی یا با زاویه 45 درجه هستند. این به طور قابل توجهی ثبات سیگنال را برای تلفن های همراه در موقعیت های مختلف نگه داشتن بهبود می بخشد.
4.2 مدیریت دقیق ترخیص کالا از گمرک
طول موج 6 گیگاهرتز فقط 4.5 سانتی متر است که آن را به موانع بسیار حساس می کند.
ممنوع: اجسام فلزی بزرگ (مانند پوشش های محافظ، سینک های حرارتی، پورت های USB) باید حداقل 1.5 سانتی متر دورتر از نقطه تغذیه آنتن قرار گیرند.
اثر سایه: حتی فویل مسی روی PCB میتواند یک سیگنال قابل توجه در قسمت پشتی آن ایجاد کند، زمانی که خیلی نزدیک به آنتن 6 گیگاهرتز قرار گیرد.
4.3 ماهیت غیر قابل اغماض تلفات سیم
در 2.4 گیگاهرتز، از دست دادن کابل کواکسیال 10 سانتی متر ناچیز است. با این حال، در 7 گیگاهرتز، کابل های استاندارد RG178 تلفات 1.5-2.0dB/m را نشان می دهند.
راه حل: فاصله بین آنتن و کانکتور RF را تا حد امکان کوتاه نگه دارید. اگر به کابل طولانیتری نیاز است، از کابل 1.13 میلیمتری یا 0.81 میلیمتری کم اتلاف استفاده کنید و از تطابق امپدانس در کانکتور اطمینان حاصل کنید.
خلاصه: قانون طلایی پوشش WiFi 6E
برای دستیابی به سازگاری بهینه بین 2.4G/5G و WiFi 6E، تمرکز نباید روی دنبال کردن یک «قویترین آنتن» باشد، بلکه باید روی ساخت یک سیستم آنتن مکمل تمرکز کرد.
تقسیم نقش واضح: آنتن 2.4G اتصال حیاتی در مسافت طولانی را کنترل می کند، در حالی که آنتن 6G سرعت بلند شدن را در فاصله 5 تا 10 متری از خط دید ارائه می دهد.
اولویت پهنای باند: هنگام انتخاب آنتن WiFi 6E، SWR با پهنای باند کامل را در اولویت قرار دهید تا از عملکرد پایدار در 7.125 گیگاهرتز اطمینان حاصل کنید.
تنوع فضایی: از قطبی شدن و اختلاف زاویه برای غلبه بر نقطه کور سیگنال ناشی از انسداد فضای داخلی به خوبی استفاده کنید.
آیا در حال طراحی محصول خاصی هستید (مانند روتر Wi-Fi 7 یا هدست VR)؟ محصولات مختلف بر اساس فضای داخلی و مواد پوششی، نیازمندی های آنتن متفاوتی دارند. اگر ابعاد محصول یا مواد پوشش را ارائه دهید، میتوانم اندازههای بسته آنتن خاص یا راهحلهای طراحی مرجع را توصیه کنم.
