Wi-Fi天線如何工作，Wi-Fi網絡的性能如何測試評估？（一）

在數字世界中，個人和商業環境都離不開互聯網。計算機、智能手機和打印機都需要連接網絡通信，而Wi-Fi無線網絡是目前常用和方便的連接方式。

網絡連接問題會導致設備聯網異常，例如Wi-Fi信號不夠強。

近庫爾蒂正在思考：如何放大Wi-Fi信號？有哪些環境因素是必須準確考慮的呢？

01、天線如何工作？

圖1：帶輻射的天線

為什么不同的無線電系統配備了結構不同的長天線？一個或多個天線能否連接到Wi-Fi路由器，這實際上是由什么不同而引起的？為什么需要這種擴展，或者僅僅是一個關于更好的設計的問題？在下一章中，在“天線技術”主題將詳細介紹。

1.1、為什么天線的長度不同？

在無線通信系統中，發射器和接收器都使用天線。它們的長度取決于系統。例如，Wi-Fi天線比固定無線電的天線短。但是為什么會這樣呢？為什么通信系統不使用相同的天線？原因在于將不同的頻率分配給不同的服務和系統。Wi-Fi在2.4 GHz或5 GHz頻率范圍內（FM無線電在87.6 MHz – 108 MHz頻率范圍內）進行通信。該頻率用于計算得出波長，這就決定了天線的長度。可以使用以下公式計算波長：

λ對應波長，c對應光速，f對應頻率。

表1：頻率和波長（四舍五入）

表1顯示，隨著頻率增加，波長減小。為了在輻射和反射之間建立良好的比率，通常使用λ/4輻射器作為天線長度。

表2：天線長度

因此，具有2.4 GHz的Wi-Fi的天線長度約為3.1厘米。對于95 MHz的無線電，根據λ/4，其天線長度為78厘米。這就是Wi-Fi天線比無線電天線短的原因。

1.2、Wi-Fi天線如何輻射？

天線的形狀會影響輻射方向圖。簡單的天線形狀是全向或桿狀天線。對于天線，水平輻射和垂直輻射之間有區別。如下可以看到天線的輻射示意圖。

圖2：桿狀天線的水平輻射

如圖2所示，是從上方觀察到的天線的水平輻射。在桿狀天線中，電磁波圍繞天線中心呈圓形傳播。

圖3：桿狀天線的垂直輻射

如圖3所示，通過垂直對齊，從側面觀察天線。在桿狀天線中，磁力線從天線的一側輻射出去，然后重新進入天線的另一端。輻射出去和再次進入的位置取決于天線的極性。

1.3、為什么Wi-Fi天線的形狀不同？

天線按不同的形狀制造，以獲得特定要求的輻射方向圖。天線被設計為具有良好方向性的輻射場線。另外，未使用的區域不被或僅被非常輕微地輻射。由于具有方向性，可獲得較高輻射，該方向上的覆蓋范圍也較高。在家庭使用中，大多數情況下使用簡單的全向輻射器。天線的外殼通常由制造商設計成更現代的，但是其內部仍然是全向輻射器。在擁有大型辦公室或大廳的公司中，選擇不同的天線形狀會帶來很大的好處。

圖4：輻射圖，左：垂直對齊，右：水平對齊

圖4顯示了壁式天線的天線圖。該天線具有清晰的方向特性，如果安裝正確，它會向例如辦公室或大廳輻射。在左圖中，安裝在墻壁上的那一側被大大衰減。

02、如何改善Wi-Fi覆蓋范圍？

從根本上解釋了天線的工作原理的同時。在下一章中，我們將討論天線如何對準，以及為什么設備通常配備多個天線。

2.1、如何確定Wi-Fi路由器的位置？

路由器和所連接天線的位置在覆蓋不同房間的信號強度方面起著重要作用。觀察天線的輻射方向圖很重要。在安裝路由器之前，應先確定需要Wi-Fi信號接收良好且重要的區域。然后，Wi-Fi路由器放置的位置應該使得重點區域盡可能被輻射到。

圖5：Wi-Fi天線對準

對于只有一根天線的路由器，必須決定是服務于同一樓層還是位于路由器下方/上方的房間。為避免此限制，建議使用帶有多個可調天線的設備。這樣可以擴大覆蓋范圍。

圖6：將Wi-Fi天線與3個天線對齊

使用三個天線奠定了良好的基礎。使用三個天線，它們可以對齊，以使每個天線指向一個軸（x，y，z），并且在所有層級上的覆蓋范圍都相似。為了利用這種協同效應，路由器應盡可能放置在房屋或建筑物的中央，以便將產生的場強均勻地輻射到周圍的房間。

2.2、Wi-Fi中繼器（信號放大器）如何工作？

根據房屋、建筑物、辦公室或大廳的大小，使用單個路由器作為Wi-Fi源可能不足以滿足所需的Wi-Fi覆蓋范圍。源頭附近的Wi-Fi網絡原則上是好的，但離源頭越遠，Wi-Fi網絡越弱。這可以通過使用中繼器（即信號放大器）來解決。Wi-Fi中繼器具有多種形式和不同的連接選項。

圖7：無線網絡中繼器

Wi-Fi中繼器可以通過網絡電纜、現有的Wi-Fi或供電線路來集成。供電線路，也稱為電力線，是指將現有的電網用于網絡終端設備。

2.3、哪些干擾會影響Wi-Fi信號？

Wi-Fi是無線通信鏈接。對于網絡電纜，電纜的過度擠壓會增加電阻并相應降低性能。在無線電信號的情況下，從這個意義上講沒有這樣的麻煩，但是當然還有其他一些電阻也可以降低功率。Wi-Fi無線網絡主要的干擾之一就是墻壁。幾乎每堵墻都會使無線電信號衰減并減弱。簡而言之，發射器和接收器之間的墻壁越多，輸入信號越弱。墻壁的相應衰減取決于各種因素，例如厚度和所用材料。墻壁和建筑物的體系結構是規劃無線網絡時的決定性因素，并且對中繼器的使用產生重大影響。

如何測量Wi-Fi接收？怎么看Wi-Fi熱圖？為什么Wi-Fi傳輸速率會降低？使用什么儀器實現Wi-Fi性能的評估呢？

這些問題似乎還困擾著庫爾蒂（Kurthi），但我們相信，很快，在2021年，庫爾蒂會幫我們找到答案！