محاسبه برد آنتن های وایرلس در ارتباط رادیویی یا لینک وایرلس

برای محاسبه برد آنتن های وایرلس در ارتباط رادیویی یا لینک وایرلس تحت پوشش امواج لینک وایرلس فرمولهای بسیار ساده ای وجود دارند که باعث میشن یک دید کلی نسبت به این موضوع داشته باشیم. اما از اونجایی که اینها فقط تئوری هستن و به صورت ایده ال محاسبه میشن همیشه باید تجربیات رو هم با اونها بیامیزیم تا بتونیم پیش بینی نسبتا درستی انجام بدیم.

محاسبه برد آنتن های وایرلس در ارتباط رادیویی یا لینک وایرلس

برای محاسبه وجود سیگنال موثر در فاصله ارتباط رادیویی مورد نظر در ابتدا باید EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) رو محاسبه کنیم.
برای محاسبه EIRP نیاز به کمی اطلاعات درباره تجهیزات مورد استفاده داریم.

۱- Transmitter output power
این عدد مربوط به قدرت خروجی دستگاه فرستنده است. واحد مورد استفاده برای اندازه گیری این کمیت dBm میباشد.
dBm به دسی بل میلی وات اشاره میکند. برای تبدیل توان خروجی از mW به dBm بر میگردیم به دوران شیرین مدرسه :
برای انجام این تبدیل باید توان خروجی (P) را به میلی وات محاسبه کرده و در فرمول زیر قرار دهیم تا عدد مورد نظر به dBm به دست آید:

dBm= 10*logP

به عنوان مثال خروجی یک سنائو ۲۶۱۱ – ۲۰۰ میلی وات است.داریم :

۱۰*log(200) : log(200) = 2.3 –> 200mW = 23dBm

۲-Loss in a coaxial cable
اگر آنتن به وسیله یک کابل به فرستنده متصل شده باشد باید افتی را که توسط کابل ایجاد می شود بدانیم. این افت بستگی به نوع کابل مورد استفاده دارد. موارد زیر افت را در کابلهای مختلف به ازای هر متر در فرکانس ۲٫۴۵ گیگاهرتز نشان میدهد:

RG58 = 1dB
RG213 = 0.6 dB
RG174 = 0.9 dB
LMR400 = 0.22 dB

(علاوه بر افتی که کابل ایجاد میکند کانکتور ها هم در ایجاد افت سهیم هستند)

۳- Antenna gain
این عدد معمولا به صورت dBi داده میشود.dBi به isotropic decibels اشاره دارد. در این مورد Gain آنتن مورد نظر نسبت به یک آنتن ایده ال که انرژی را در همه جهات و با یک قدرت تابش میکند محاسبه میشود. در بعضی موارد Gain آنتن به صورت dBd داده می شود که برای تبدیل آن به dBi باید ۲٫۱۴ به عدد داده شده اضافه شود.dBd در مقایسه آنتن با یک آنتن دو قطبی (dipole) به دست می آید.

نکته۱ : هر چه Gain یک آنتن بیشتر باشد تابش انرژی توسط آنتن متمرکزتر صورت میگیرد.
نکته۲ : Gain یک آنتن چه برای ارسال و چه برای دریافت امواج مساوی است.

حالا اعداد اولیه رو برای محاسبه EIRP داریم.به عنوان مثال یک دستگاه داریم که توان خروجی اون ۲۰۰ میلی وات است. کابل رابط مورد استفاده برای اتصال آنتن به فرستنده دارای افت ۱dB میباشد و یک آنتن داریم که Gain آن ۱۵dBi بیان شده است.

EIRP = Transmitter output power – Loss in a coaxial cable + Antenna gain
EIRP = 23dBm(200mW) – 1 dB + 15 dBi = 37 dB

۳۷ دسی بل توان تابشی موثر تجهیزاتی است که از آن برای تابش امواج استفاده کردیم.این میزان را همانطور که مشاهده فرمودید میتوان با استفاده از یک فرستنده ۲۳ دسی بل ، یک کابل با افت ۱ و یک آنتن با Gain 15dBi به دست آورد. به همین صورت میشود به این توان تابشی با یک فرستنده ۲۷ دسی بل و یک آنتن با Gain 11dBi (البته اگر وجود داشته باشد) دست یافت.

خب حالا که EIRP رو محاسبه کردیم باید ببینیم که چه میزان از امواج تابشی در طرف تجهیزات گیرنده باقی موندن.این مقدار شدیدا به فاصله ارتباط داره.(البته اگه باز هم حالت ایده ال رو در نظر بگیریم و دید مستقیم در ارتفاع مناسب داشته باشیم)
برای محاسبه افتی که به خاطر فاصله (Free space loss) در ۲٫۴ گیگاهرتز به وجود میاد از فرمول زیر استفاده میکنیم:

Free space loss = 104.2 + 20log D

که در این فرمول D همان فاصله به مایل میباشد. مثلا اگر فاصله مورد نظر ۴ مایل باشد افت محاسبه شده ۱۱۶٫۲ دسی بل میباشد.

با این حساب اگر توان تابشی موثر فرستنده ۳۷ دسی بل و فاصله ۴ مایل(۶٫۴ کیلومتر) باشد قدرت سیگنال در فاصله ۴ مایلی این طور محاسبه می شود :

۳۷dB – 116.2dB = -79.2dB

این عدد قدرت سیگنالی است که به تجهیزات گیرنده میرسد. تجهیزات گیرنده نیز دارای مشخصاتی هستند.یکی از آنها Gain آنتن گیرنده می باشد. همانطور که قبلا نیز اشاره شد Gain یک آنتن در هنگام ارسال و یا دریافت تفاوتی نمیکند. مشخصه دیگر افتی است که کابل رابط آنتن سمت گیرنده ایجاد میکند و در آخر حساسیت دستگاه گیرنده که تعیین می کند لینک وایرلس عمل خواهد کرد یا خیر.

به مساله بر میگردیم.فرض میکنیم در سمت گیرنده نیز از همان نوع آنتن و کابل سمت فرستنده استفاده شده است.بنابر این Gain آنتن ۱۵dBi و افت کابل ۱ دسی بل می باشد.حساسیت دستگاه گیرنده نیز به نوع دستگاه بستگی دارد.مثلا senao 2611 برای ارتباط ۱۱Mbps به حداقل ۸۳- دی بی و برای ارتباط ۱Mbps به حداقل ۹۳- دی بی نیاز دارد.
قدرت سیگنال در فاصله مورد نظر ۷۹٫۲- دی بی بود.Gain آنتن ۱۵ ، افت کابل ۱ و حساسیت گیرنده ۸۳- دی بی است.داریم :

SOM = -79.2 + 15 – 1 + 83 = 17.8

عدد به دست آمده از محاسبات ۱۷٫۸ میباشد که نشان دهنده این است که اگر سازندگان آنتن های وایرلس و کابل و تجهیزات وایرلس دروغ نگفته باشند و در راه اندازی این لینک ۴ مایلی خداوند و ملائکه مثل همیشه ما را یاری نموده باشند این لینک وایرلس بدون هیچ مشکلی باید با سرعت ۱۱ مگابیت بر ثانیه کار کند.
این عملیات و محاسبات همگی بر پایه تئوری می باشند و همانطور که در ابتدا عرض کردم همیشه باید عوامل موثر محیطی را نیز در نظر گرفت که در موارد بسیاری فاصله تحت پوشش راتا ۳۰% کاهش میدهند.

[yasr_visitor_votes size=”small”]

آی تک