Chapter 10 WLAN Antennas Dr Lami Kaya

Bölüm 10 WLAN Antenleri

WLAN Antenna Basics Electrical current is created by movement of electrons (alternating and continous) back and forth in a wire A wire is designed to control or suppress electric current Antennas are designed to radiate the electromagnetic field created by electric current An antenna is designed to freely radiate EM waves

WLAN Anten Temelleri Elektronların bir tel/kablo içinde hareketi ile elektrik akımı Tel/kablo elektrik akımını kontrol etme veya kablo içinde tutmak üzere tasarımlanmıştır Antenler (gönderici/iletici olanlar) elektrik akımıyla oluşan elektromanyetik (EM) alanı yaymak üzere taşarımlanmıştır Bir anten EM dalgalarını serbestçe yaymak üzere tasarımlanmıştır

An Antenna Radiate How Far? Radiation distance depends on Power of the antenna Frequency and and wavelength of EM Type of antenna and its characteristics

Bir Anten Ne Kadar Mesafeye Yayar? Yayılım mesafesi aşağıdakilere bağlıdır Anten gücü EM’nin frekansı ve dalgaboyu Anten tipi ve karakteristikleri

Basic Antenna Characteristics Frequency Gain Power Radiation pattern Polarization

Temel Anten Karakteristikleri Frekans Kazanç Güç Yayılım patterni (desen/örüntü) Polarizasyon (kutuplaşma)

Antenna Polarization The polarization of an antenna is the orientation of the electric field (E-plane) of the radio wave with respect to the Earth's surface

Anten Polarizasyonu Bir antenin polarizasyonu, radyo dalgasının elektrik alanının (E-plane) dünya yüzeyine göre oryantasyonu olarak verilebilir

Antenna Polarization

Anten Polarizasyonu Yatay (horizontal) ve dikey (vertical)

dB, dBi, dBd concepts dB (Decibel) dBx where x = Ratio of one value to another dBx where x = m = compared to 1 milliwatt (0 dBm=1 mW) i = compare to isotropic antenna d = compared to dipole antenna w = compared to 1 watt (0 dBw = 1 watt)

dB, dBi, dBd Konseptleri dB (Decibel) dBx notasyonunda x = Bir değerin başka bir değere (referans olarak seçilen) oranı dBx notasyonunda x = m =1 milliwatt ile karşılaştırıldığında (0 dBm =1 mW) i = isotropic anten ile karşılaştırıldığında d = dipole anten ile karşılaştırıldığında w = 1 watt ile karşılaştırıldığında (0 dBw = 1 watt)

Antenna Gain Calculations Equivalent (Effective) Isotropically Radiated Power (EIRP) Amount of power that a theoretical isotropic antenna would emit to produce the peak power density observed in the direction of maximum antenna gain. EIRP take into account the losses in transmission line and connectors and includes the gain of the antenna Effective Radiation Power (ERP)

Anten Kazanç Hesaplamaları Equivalent (Effective) Isotropically Radiated Power (EIRP) Maximum (peak) güç yoğunluğu elde etmek için, teorik bir izotropik (isotropic) antenin yayacağı güçtür. Bu güç maximum anten kazancı yönünde gözlenen güç miktarıdır EIRP iletim hattı ve bağlantı için kullanılan öğeler (connectors) hesaba katar ve anten kazancını da dahil ederr Efektif Yayılım Gücü (Effective Radiation Power= ERP)

Antenna Gain If the gain of an antenna goes up, the coverage area or angle goes down Coverage areas or radiation patterns are measured in degrees Angles are referred to as beamwidth Horizontal measurement Vertical measurement

Anten Kazancı Anten kazancı yükselirse, kapsam alanı veya açısı küçülür Kapsam alanı veya yayılım pattern (örgüsü) derece ile ölçülür Açılara ışıngenişliği (beamwidth) de denir Yatay (Horizontal) ölçüm Dikey (Vertical) ölçüm

Beamwidth

Işın Genişliği (Beamwidth)

Beamwidth vs Gain

Işıngenişliği ve Kazanç Yüksek-kazançlı antenler dar ışıngenişliğine sahiptir ve parazit (interference) alma ihtimali daha düşüktür Düşük-kazançlı antenler geniş ışıngenişliğine sahiptir ve parazit (interference) alma ihtimali yüksektir

Isotropic Antennas It can radiate/transmit EM waves equally (in pattern and strength) in all directions at once A theoretical isotropic antenna has a perfect 360º vertical and horizontal beamwidth This is a reference for ALL antennas

İsotropik (Isotropic) Antenler Aynı anda bütün yönlere EM dalgaları eşitçe (hem pattern/örgüsel hem de şiddet olarak) yayabilir/iletebilir Teorik bir isotropik anten 360º (dikey ve yatay) mükemmel ışıngenişliğine sahiptir İsotropik anten bütün diğer antenler için bir referanstır

EIRP Calculation Get the total output power of NIC (from manufacturer’s documentation) Generally stated in dBm Determine the amount of loss between the transmitter and the antenna (cable loss) in dB Get the antenna gain Typically stated in dBi EIRP = NIC Power + Antenna Power – Cable Loss

EIRP Hesaplama Ağ arayüz kartı (NIC) toplam çıkış gücünü bul (üretici firma dokümantasyonundan) Geneld, dBm olarak belirtilir Gönderici ile anten arasındaki kayıpları (kablo kayıpları) hesapla (dB olarak) Anten kazancını bul Genelde, dBi olarak belirtilir EIRP = NIC Güçü + Anten Gücü – Kablo Kayıpları

EIRP Calculation (Example) EIRP = NIC Power + Antenna Power – Cable Loss Assume the following: NIC Power: 15 dBm Antenna Power: 14 dBi Cable losses: 4.5 dB EIRP = 15 + 14 – 4.5 = 24.5 dBm

EIRP Hesaplama (Örnek) EIRP = NIC Gücü + Anten Gücü – Kablo Kayıpları Aşağıdakilerin verildiğini farzedin NIC Gücü: 15 dBm Anten Gücü: 14 dBi Kablo Kayıpları: 4.5 dB EIRP = 15 + 14 – 4.5 = 24.5 dBm

Effective Radiated Power (ERP) Standardized theoretical measurement of RF energy Determined by subtracting system losses and adding system gains ERP takes into consideration transmitter power output (TPO), transmission line attenuation (electrical resistance and RF radiation), RF connector insertion losses, Antenna directivity,

Effective Radiated Power (ERP) RF enerjinin standardize teorik ölçüsü Sistem kayıplarının çıkarılması ve sistem kazançlarının eklenmesi ile elde edilir ERP aşağıdakileri dikkate alır Gönderici güç çıkışı İletim hatı zayıflamaları/kayıpları (elektriksel direnç ve RF radyason), RF bağlantı (connector) kayıpları, Anten yönselliği (directivity)

Antenna Types Directional (limited range of coverage) Highly directional Semi-directional Omni (360º coverage) Directional

Anten Tipleri Yönsel (sınırlı kapsam alanı) Omni (360º kapsam) Yönsel Yüksek Yönsel (Highly directional) Yarı-yönsel (Semi-directional)5t Omni (360º kapsam) Yönsel

Directional Antenna

Yönsel Anten Işıngenişliği (lobe)

Directional Antennas Transmitted signals are broadcast in a relatively narrow beam width Types of directional antennas Parabolic Patch Sector Yagi-Uda Array (Yagi)

Yönsel Antenler Gönderilen/yayılan sinyaller göreceli (relatif) olarak dar bir ışın genişliğinde yayınlanır Yönsel anten çeşitleri: Parabolic Patch Sector Yagi-Uda Array (Yagi)

Directional Antenna Example Yagi Antenna

Yönsel Anten Örneği (Yagi Anteni)

Directional Antenna Example Yagi Antenna – 25 degree

Yönsel Anten Örneği Yagi Anten – 25 derece

Directional Antenna Example sector (H or V polarization)

Yönsel Anten Örneği sector (Yatay veya Dikey polarizyon)

Directional Antennas Example Parabolic Dish Antenna – 12 degree

Yönsel Anten Örneği Parabolik Çanak (Dish) Anten – 12 derece

Smart Antennas Also known as adaptive array antennas, multiple antennas and recently MIMO They are antenna arrays with smart signal processing algorithms used to identify spatial signal signature such as the direction of arrival (DOA) of the signal DOA is used to calculate beamforming vectors, to track and locate the antenna beam on the mobile/target

Smart (Akıllı) Antenler Aynı zamanda adaptive array (dizin) antenleri, çoklu (multiple) antenler ve son zamanlarda MIMO olarak da bilinirler Akıllı sinyal işleme algoritmaları kullanılarak gelen sinyalin yönü tesbit edilerek sinyalin mekansal (spatial) imza (signature) elde edilebilir Geliş yönü (DOA) beamforming vektörleri hesaplamalarında, mobil hedef üzerindeki anten ışını (antenna beam) izleme ve yer bulma için kullanılır

How to Select an Antenna? When selecting an antenna we should look answers for the following inquiries/questions Does it meets the coverage and capacity requirements? Does the radiation emanating from an antenna can be distorted by nearby objects (metal, trees, buildings, etc)? Are there any other signals from other sources? What sort of cables & connectors being used?

Bir Anten Nasıl Seçilmeli? Bir anten seçilirken aşağıdaki sorulara cevap aranmalı: Kapsam ve kapasite gerekliliklerinini karşılıyor mu? Antenden yayılan radyason çevresede bulunan cisimler yüzünden bozulmaya uğrayabilir mi? Başka kaynaklardan gelen sinyaller var mı? Ne çeşit kablo ve bağlantı (connector) kullanılmakta?

Antenna Installation Issues Alignment Cabling Mounting Placement Safety

Anten Kurulum Hususları Alignment (karşılıklı hizalama) Kablolama Mounting (Kurulum/Montaj) Placement (Yerleştirme) Safety (Güvenlik)

Line of Sight Obstructions might obscure a visual link: Topographic features, such as mountains Curvature of the Earth Buildings and other man-made objects Trees , etc Line of sight!

Line of Sight (Görme-Cizgisi) Çeşitli cisimler görsel link (cizgiyi) engelleyebilir: Topografik özellikler, dağ/tepe gibi Yeryüzü kıvrılma/eğrilik Binalar ve diğer insan yapımı cisimler Ağaçlar Line of sight!

Safety During Installation Avoid metal obstructions Avoid power lines Handling precautions Install ground rods Install lightning arrestor

Anten Kurulumunda Güvenlik Metal engellerden kaçınma Enerji hatlarından (power lines) kaçınma Dikkatli antene dokunuş (elektrik yük birikmiş olabilir) Topraklama çubuklarının kurulumu Yıldırım korumayı kurma