ด้วยความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการสื่อสารไร้สาย การจำหน่าย WiFi 6E ในเชิงพาณิชย์ถือเป็นการเข้าสู่เครือข่ายไร้สายพลเรือนในย่านความถี่ 6GHz อย่างเป็นทางการ สำหรับนักพัฒนาผลิตภัณฑ์ วิศวกรเครือข่าย และผู้ใช้ที่มีประสิทธิภาพสูง WiFi 6E เป็นมากกว่าย่านความถี่เพิ่มเติม โดย ให้แบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นแบบทวีคูณและความหน่วงต่ำเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม จากมุมมองของการออกแบบความถี่วิทยุ (RF) การเปิดตัว 6GHz ยังนำเสนอความท้าทายทางกายภาพที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนอีกด้วย
จะเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกและการวางตำแหน่งเสาอากาศภายในพื้นที่อุปกรณ์ที่จำกัดเพื่อให้ การส่งสัญญาณ 2.4GHz , ความเสถียร 5GHz และ 6GHz สมดุลได้อย่างไร ความเร็วสูงสุด บทความนี้ให้การวิเคราะห์เชิงลึกจากสี่มุมมอง ได้แก่ หลักการทางกายภาพ พารามิเตอร์หลัก การเปรียบเทียบวัสดุ และรูปแบบที่ใช้งานได้จริง
การวิเคราะห์คุณลักษณะสเปกตรัมเชิงลึก: เหตุใด 6GHz จึงต้องการการดูแลเป็นพิเศษ
ก่อนที่จะหารือเกี่ยวกับการเลือก เราต้องวัดปริมาณความแตกต่างด้านประสิทธิภาพทางกายภาพของคลื่นความถี่ทั้งสามในสภาพแวดล้อมภายในอาคาร
2.4GHz: รากฐานของการครอบคลุม
ย่านความถี่ 2.4GHz (2400-2483.5MHz) มีความยาวคลื่นประมาณ 12.5 ซม. ตามทฤษฎีการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นมีความสามารถในการเลี้ยวเบนที่สูงกว่าและการสูญเสียการเจาะที่ต่ำกว่า
ข้อดี: สามารถทะลุกำแพงและสิ่งกีดขวางได้หลายชั้น โดยมีช่วงครอบคลุมที่กว้างที่สุด
ข้อเสีย: ความแออัดของสเปกตรัม (มีเพียง 3 ช่องสัญญาณที่ไม่ทับซ้อนกัน) ไวต่อการรบกวนจากบลูทูธ เตาไมโครเวฟ และอุปกรณ์ไร้สายที่อยู่ใกล้เคียงสูง
5GHz: จุดสมดุลของปริมาณงาน
ย่านความถี่ 5GHz (5150-5850MHz) มีความยาวคลื่นประมาณ 5.5 ซม. ปัจจุบันทำหน้าที่เป็นแกนหลักของเครือข่าย WiFi ประสิทธิภาพสูง
คุณสมบัติ: ให้แบนด์วิธที่สูงกว่า แต่ความสามารถในการเจาะทะลุนั้นด้อยกว่า 2.4G อย่างมาก ผนังคอนกรีตมาตรฐานขนาด 10 ซม. มักทำให้สัญญาณอ่อนลงมากกว่า 20dB
6GHz (WiFi 6E): ความเร็วสูงสุดและขีดจำกัดทางกายภาพ
ย่านความถี่ 6GHz (5925-7125MHz) เป็นโดเมนเฉพาะของ WiFi 6E ซึ่งทำงานที่ความยาวคลื่นประมาณ 4.5 ซม.
ข้อดี: ด้วยคลื่นความถี่ต่อเนื่อง 1200MHz พร้อมรองรับช่องแบนด์วิธสูงสุด 7160MHz ช่วยลดความแออัดโดยสิ้นเชิง
ความท้าทาย: ความถี่ที่สูงขึ้นส่งผลให้สูญเสียเส้นทางพื้นที่ว่าง (FSPL) มากขึ้น สูตร FSPL = 20log10(d) + 20log10(f) + 20log10(4 π /c) แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าจะทำให้สูญเสียเพิ่มขึ้นอย่างมาก สัญญาณ 6GHz แทบจะไม่สามารถเจาะผนังอิฐแข็งได้ โดยอาศัยการแพร่กระจายของแนวสายตา (LoS) และการสะท้อนภายในอาคารเป็นหลัก
ตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลักสำหรับการเลือกเสาอากาศ
เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดการอยู่ร่วมกันแบบหลายย่านความถี่ การเลือกไม่ควรขึ้นอยู่กับรูปลักษณ์ภายนอกเพียงอย่างเดียว แต่ต้องมีการประเมินพารามิเตอร์ RF ต่อไปนี้อย่างละเอียด:
2.1 การกำหนดค่าที่แตกต่างของกำไร
อัตราขยายจะกำหนด 'ระยะทาง' และ 'ทิศทาง' ของการแผ่รังสีของสัญญาณ ในการออกแบบมัลติแบนด์ ขอแนะนำให้ใช้กลยุทธ์การรับแบบอสมมาตร:
2.4GHz: แนะนำให้รักษาอัตราขยายไว้ที่ 2.0-3.5 dBi อัตราขยายที่มากเกินไปอาจบีบอัดมุมครอบคลุมในแนวตั้ง อาจทำให้สัญญาณจากอุปกรณ์เคลื่อนที่ใกล้เคียงอ่อนลงในบางมุม
5G/6GHz: เพื่อชดเชยการลดทอนอากาศอย่างรวดเร็วของย่านความถี่ 6E ให้จัดลำดับความสำคัญของโซลูชันที่มีอัตราขยายสูงด้วยประสิทธิภาพ 4.0-6.0 dBi ด้วยการเพิ่มทิศทางของเสาอากาศ พลังงานสัญญาณจะรวมอยู่ในระนาบแนวนอน ดังนั้นจึงปรับปรุงความลึกของการครอบคลุมภายในห้องเดียว
2.2 อัตราส่วนคลื่นนิ่ง (VSWR) และความครอบคลุมเต็มสเปกตรัม
WiFi 6E มีย่านความถี่ที่กว้างเป็นพิเศษ ต่างจากเสาอากาศ 5G แบบดั้งเดิมที่โดยทั่วไปทำงานได้ถึง 5.85GHz, WiFi 6E ขยายการครอบคลุมเป็น 7.125GHz
ข้อกำหนดหลัก: เสาอากาศจะต้องมี VSWR <2.0 ตลอดช่วงความถี่ 5.9GHz-7.1GHz ในระหว่างการเลือก VSWR ที่สูงเกินไปจะทำให้เกิดความร้อน RF front-end เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจสร้างความเสียหายให้กับเครื่องขยายสัญญาณเสียง (PA) ในขณะที่อิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกันจะทำให้ปริมาณงานข้อมูลลดลงอย่างมาก
2.3 การแยกและการประสานงานหลายเสาอากาศ
แกนหลักของ WiFi 6E อยู่ที่เทคโนโลยี MIMO (Multiple Input Multiple Output)
ข้อกำหนดการแยก: สำหรับเสาอากาศสองตัวในย่านความถี่เดียวกัน การแยกควรจะดีกว่า-15dB; สำหรับย่านความถี่ที่แตกต่างกัน (เช่น 5G และ 6G) การแยกสัญญาณควรจะดีกว่า-20dB
ECC (รหัสแก้ไขข้อผิดพลาด): ตัวชี้วัดหลักสำหรับการประเมินประสิทธิภาพ MIMO ระบบจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนด ECC ที่ <0.1 ในระหว่างการเลือก เพื่อให้มั่นใจว่าสัญญาณที่ไม่สัมพันธ์กันบนเสาอากาศทั้งหมดเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการแบ่งมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ให้สูงสุด
ข้อดีและข้อเสียของรูปแบบเสาอากาศที่แตกต่างกันและการจับคู่ฉาก
เสาอากาศที่พบโดยทั่วไปในตลาดแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก ซึ่งแต่ละประเภทได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานเฉพาะ:
3.1 เสาอากาศไดโพลภายนอก
นี่เป็นโซลูชันที่พบบ่อยที่สุดสำหรับเราเตอร์และเกตเวย์อุตสาหกรรม
ข้อดี: ประสิทธิภาพการแผ่รังสีสูงสุด ปกติจะสูงกว่า 80% ปรับเกนได้ง่าย และตำแหน่งทางกายภาพที่ปรับได้
คำแนะนำ: เลือกเสาอากาศไดโพลในตัวแบบไตรแบนด์ เสาอากาศนี้มีช่องเรโซแนนซ์ที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างแม่นยำ ซึ่งให้ความต้านทานต่ำพร้อมกันในย่านความถี่ 2.4GHz, 5GHz และ 6GHz
3.2 เสาอากาศแผงวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (เสาอากาศ FPC)
พบได้ทั่วไปในสมาร์ททีวี กล่อง OTT และแล็ปท็อป
ข้อดี: ขนาดบางเฉียบทำให้สามารถติดตั้งภายในเคสพลาสติกเพื่อการวัดภายในได้โดยไม่กระทบต่อรูปลักษณ์
เคล็ดลับการเลือก: เสาอากาศ FPC มีความไวต่อปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมสูง เมื่อเลือกเสาอากาศ ต้องพิจารณาค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของโครงสร้างการติดตั้ง สำหรับ WiFi 6E ความถี่ที่สูงมากหมายถึงข้อผิดพลาดในการเชื่อมต่อแม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถทำให้เกิดการเบี่ยงเบนความถี่ได้
3.3 เสาอากาศชิปเซรามิก
โดยทั่วไปจะใช้ในโมดูล IoT ขนาดเล็กและอุปกรณ์สวมใส่ได้
ข้อดี: บรรจุภัณฑ์ขนาดกะทัดรัด (เช่น 3216 หรือ 2012)
ข้อจำกัด: ระบบทำงานด้วยประสิทธิภาพต่ำและมีแบนด์วิธที่แคบมาก ในแอปพลิเคชัน WiFi 6E ที่ต้องการความครอบคลุม 1200MHz เสาอากาศเซรามิกมักจะทำงานได้ไม่ดี เว้นแต่จะมีอาร์เรย์เสาอากาศเซรามิกหลายตัวรวมกัน
กลยุทธ์การจัดวางที่ใช้งานได้จริงเพื่อความครอบคลุมที่เหมาะสมที่สุด
หลังจากเลือกประเภทแล้ว วิธีจัดเรียงเสาอากาศจะกำหนดประสิทธิภาพ 50% สุดท้าย
4.1 ความหลากหลายของโพลาไรซ์
ในสภาพแวดล้อม WiFi 6E เอฟเฟกต์หลายเส้นทางภายในอาคารมีความซับซ้อนสูง เมื่อเสาอากาศทั้งหมดอยู่ในแนวตั้ง สัญญาณโพลาไรซ์ในแนวนอนจะถูกลดทอนลงอย่างมาก
หลักเค้าโครง: ใช้โพลาไรซ์แบบข้าม ตัวอย่างเช่น ในเราเตอร์ 4x4 MIMO เสาอากาศสองตัวจะอยู่ในแนวตั้ง ในขณะที่อีกสองเสาอากาศอยู่ในแนวนอนหรือทำมุม 45 องศา สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงความเสถียรของสัญญาณสำหรับโทรศัพท์มือถือภายใต้ตำแหน่งการถือต่างๆ อย่างมาก
4.2 การจัดการการกวาดล้างอย่างเข้มงวด
ความยาวคลื่น 6GHz วัดได้เพียง 4.5 ซม. ทำให้มีความไวต่อสิ่งกีดขวางสูง
ข้อห้าม: วัตถุโลหะขนาดใหญ่ (เช่น ฝาครอบป้องกัน แผ่นระบายความร้อน พอร์ต USB) จะต้องอยู่ห่างจากจุดป้อนเสาอากาศอย่างน้อย 1.5 ซม.
เอฟเฟกต์เงา: แม้แต่ฟอยล์ทองแดงบน PCB ก็สามารถสร้าง 'พื้นที่เงา' สัญญาณที่สำคัญที่ด้านหลังได้ เมื่อวางไว้ใกล้กับเสาอากาศ 6GHz มากเกินไป
4.3 ลักษณะของการสูญเสียสายไฟที่ไม่สำคัญ
ที่ความถี่ 2.4GHz การสูญเสียสายโคแอกเชียล 10 ซม. นั้นน้อยมาก อย่างไรก็ตาม ที่ความถี่ 7GHz สายเคเบิล RG178 มาตรฐานมีการสูญเสีย 1.5-2.0dB/m
วิธีแก้ไข: รักษาระยะห่างระหว่างเสาอากาศและขั้วต่อ RF ให้สั้นที่สุด หากจำเป็นต้องใช้สายเคเบิลที่ยาวกว่า ให้ใช้สายเคเบิลแบบสูญเสียน้อย 1.13 มม. หรือ 0.81 มม. และตรวจสอบให้แน่ใจว่าอิมพีแดนซ์ตรงกันที่ขั้วต่อ
สรุป: กฎทองของการครอบคลุม WiFi 6E
เพื่อให้เกิดความเข้ากันได้อย่างเหมาะสมระหว่าง 2.4G/5G และ WiFi 6E จุดเน้นไม่ควรอยู่ที่การแสวงหา 'เสาอากาศที่แข็งแกร่งที่สุด' เพียงอันเดียว แต่ควรมุ่งเน้นไปที่การสร้างระบบเสาอากาศเสริม
การแบ่งบทบาทที่ชัดเจน: เสาอากาศ 2.4G รองรับการเชื่อมต่อที่สำคัญในระยะไกล ในขณะที่เสาอากาศ 6G ให้ความเร็วในระดับการบินขึ้นภายในระยะ 5-10 เมตรจากแนวสายตา
ลำดับความสำคัญของแบนด์วิดท์: เมื่อเลือกเสาอากาศ WiFi 6E ให้จัดลำดับความสำคัญ SWR แบนด์วิดท์เต็มเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพมีเสถียรภาพที่ 7.125GHz
ความหลากหลายเชิงพื้นที่: ใช้โพลาไรซ์และความแตกต่างของมุมให้เกิดประโยชน์ เพื่อเอาชนะจุดบอดของสัญญาณที่เกิดจากการบดเคี้ยวภายในอาคาร
คุณกำลังออกแบบผลิตภัณฑ์เฉพาะ (เช่น เราเตอร์ Wi-Fi 7 หรือชุดหูฟัง VR) หรือไม่? ผลิตภัณฑ์ต่างๆ มีข้อกำหนดเสาอากาศที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับพื้นที่ภายในและวัสดุเคส หากคุณระบุขนาดของผลิตภัณฑ์หรือวัสดุเคส ฉันสามารถแนะนำขนาดแพ็คเกจเสาอากาศหรือโซลูชันการออกแบบอ้างอิงที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นได้
