WiFi的天線簡介

Feb 14, 2025

我們首先介紹一些適用於不同天線類型的術語。

Dipole Antenna
Yagi Antenna
Parabolic Antenna
Patch Antenna
MIMO
Fresnel Zone
Fade Margin
Sector Antenna
Polarization
Azimuth

甚麼是天線(Antennas)

天線增益(Antenna gain)

基本上就是天線在特定方向上放大或集中無線電訊號的程度，這是相對於在所有方向上輻射相同功率的全向性天線而言的。高增益天線能夠在更遠的距離上發送或接收無線電訊號，或比低增益天線具有更高的可靠性，因為它將更多的能量集中在所需的方向上。

全向性天線(Isotropic antenna): 理論上在所有方向上均等輻射的天線。

天線損耗(Antenna loss)

是指輸入到天線的功率部分在被天線發射或接收之前就損失掉了。這會導致天線發送或接收的訊號變弱或失真，從而降低通訊系統的有效性，並且可能是由電阻、阻抗不匹配和輻射效率低下等因素造成的。

EIRP(Effective Isotropic Radiated Power): 理想中全向性天線單向輻射輸出功率的測量

Dipole Antenna(偶極天線)

偶極天線是一種由兩個通常由金屬製成的導電元件組成的天線，這些元件排列成一條直線，並且它們之間有一個小的間隙。簡單地說，你可以把偶極天線想像成有兩個由金屬製成的臂或桿，這些臂是偶極天線的主要組成部分，它們在發送和接收無線電信號方面起著至關重要的作用。

Yagi Antenna(八木天線)

八木天線是一種用於增強特定方向上無線訊號的範圍和強度的天線，它旨在將發送或接收訊號集中在特定方向上，而不是將其分散到所有方向。八木天線由不同的元件組成，它們協同作業以實現這種定向特性。

首先，有一個驅動元件，它是負責發送或接收訊號的主要組件，它充當主要輻射器(radiator)。接下來是反射器(reflector)，位於驅動元件的後方。反射器可以將訊號反射到所需的方向並增加其強度，這有助於增強訊號。

此外，在驅動元件的前面還放置有一個或多個導向元件，這些導向元件有助於進一步聚焦和引導訊號朝預期方向傳播，八木天線通常用於需要傳輸或接收遠距離或特定區域的訊號。

拋物面天線是一種強大的定向天線，它利用具有拋物線曲線的碟形天線，將訊號集中到精確的軌跡，從而增強其覆蓋範圍和強度。現在，這種設計增強了長距離 Wi-Fi 訊號的效能。

Parabolic Antenna(鑊形天線)

鑊形天線是一種強大的定向天線，它利用具有拋物線曲線的碟形天線，將訊號集中到精確的軌跡，從而增強其覆蓋範圍和強度。這種設計增強了長距離 Wi-Fi 訊號的效能。

鑊形天線將訊號聚焦在所需方向上，並大幅放大訊號的範圍和訊號強度，這種增強的方向性使其成為在兩個特定點之間建立長距離連接的熱門選擇，例如連接遠處的建築物或跨越Wi-Fi 覆蓋的室外區域。

Patch antenna(貼片天線)

貼片天線是一種高增益的扁平定向天線。聚焦訊號發射是透過接地平面配置中的導電貼片實現的，因此它採用帶有導電貼片和接地平面的平面設計來傳輸訊號，並且通常用於室內點對點或點對多點連接，提供集中覆蓋特定方向，如辦公空間或倉庫。

MINO(multiple in, multiple out)

MINO 是一種用於提高 Wi-Fi 網路效能和速度的技術，它透過利用多根天線來同時發送和接收資料，這種方法可以實現更快的資料傳輸並增強訊號可靠性，特別是在網路流量大或干擾嚴重的地方。

MINO的概念很簡單，MINO 系統不依賴單一個天線進行資料傳輸和接收，而是在發送端和接收端都都有多個天線，這意味著可以同時使用多個流(stream)來發送和接收資料，並且使用多個天線。

MINO利用空間分集(spatial diversity)，它允許訊號採用不同的路徑並利用多路徑傳播，這是無線訊號從表面反射時發生的，每兩個接收天線通過不同的路線。這使得 MINO系統能夠提高訊號品質、減輕干擾的影響並實現更高的資料速率。並且 MINO 在現代 Wi-Fi 標準中被廣泛實現，例如 11n、11ac 和 11ax，即 Wi-Fi 6。

Fresnel Zone(菲涅爾區)

菲涅爾區是指發射器和接收器之間無線電波路徑周圍的空間，這是一個重要的概念，因為該區域內的任何障礙物或阻礙物都可能造成干擾並影響傳輸訊號的強度。

想像一下我們有一個發射器，它可以向接收器發送無線電波。現在，當電波在空中傳播時，它們會在兩點之間形成一條路徑或走廊。這條路徑被稱為菲涅爾區。現在，在這個區域內，擁有一條清晰通暢的路徑以確保無線電波的有效傳播至關重要。如果存在任何障礙物，例如建築物、樹木或其他結構，它們就會擾亂波的路徑並造成干擾。另一件需要注意的重要事情是，菲涅爾區域的間隙至少需要為 60%，但建議為 80%。

Fade Margin(衰落裕度)

衰落裕度是指在無線通訊鏈路不再可用之前可以遺失的訊號強度量，因此在 Wi-Fi 環境中，衰落裕度呈現接收訊號強度與鏈路正常運作所需的最小訊號強度。它通常以分貝(db)為單位進行測量，並考慮距離、干擾和障礙物等可能影響無線訊號的因素。衰退裕度(db)越高，表示 Wi-Fi 連線越可靠。

Sector antenna(扇形天線)

扇形天線是一種定向天線，可以以特定角度發射無線訊號，有效覆蓋指定區域或扇區。為了形象化地描述這一點，想像一下一個手電筒朝著特定的方向發光並且只照亮特定的區域。

同樣，扇形天線將其無線訊號聚焦在特定角度，並覆蓋特定扇區或覆蓋區域。這基本上就是手機基地台天線的設計方式。扇形天線通常用於無線通信，需要將覆蓋集中在特定方向，例如在大型室外場所。我們可以策略性地放置扇區天線來覆蓋特定的座位區或舞台，確保為目標使用者建立無線連線。

Polarization(極化)

極化是指電磁波電場相對於地球表面的方向。當我們談論極化時，我們本質上是在討論電波的電場在空間中振盪和傳播的方向。這種方向會影響電波與物體的相互作用方式以及訊號傳輸的效率。

現在，為了用更簡單的術語來理解它，想像一下電波在空間中移動。電波的電場可以以不同的方式排列，水平、垂直或對角線。這種排列決定了波的極化。射頻波的極化在無線領域中扮演著重要角色。不同的設備和天線被設計用於特定的極化，以實現有效的通訊。所以確保發射和接收天線具有相容的極化非常重要。

azimuth(方位角)

天線方位角是指天線指向的水平方向。它為我們提供了有關天線水平對齊方向的資訊。

例如我們在屋頂(如上圖)上安裝了一個天線。方位角告訴我們天線在水平面上指向的具體方向，它幫助我們了解天線相對於參考點（例如磁北或真北）的位置角度。了解天線方位角在各種應用中都很重要，例如，在無線應用中，它有助於確定天線的覆蓋範圍，透過了解天線指向的方向，我們可以優化訊號傳輸和接收以實現特定的目標區域。

而在實際應用中，天線方位角通常以度(degrees)為單位來表示，表示天線方向與參考點之間的角度，這些資訊對於天線對準、網路規劃以及確保高效的訊號傳播很有用。

這裡補充一點天線方面關於波束寬度(Beamwidth)的說明，水平波束寬度(horizontal beamwidth)是指天線在水平面上輻射強訊號的角跨度(angular span)，它呈現天線水平覆蓋大範圍的能力。

另一方面，垂直波束寬度(vertical beamwidth)與垂直平面的角跨度有關，表示天線在垂直方向上的覆蓋能力，水平和垂直波束寬度是在天線輻射圖主瓣(main lobe)所在的特定點處進行的測量將功率降低3db，這些測量值提供了對天線覆蓋範圍和方向性的了解。

因此，透過測量主瓣減小 3db ，我們可以確定天線有效輻射的角度範圍，在這些點處，功率與主瓣中的最大功率相比減少了一半波瓣，因此這些資訊對於理解天線的方向性和塑造覆蓋模式非常有價值。

例如，窄波束寬度表示高度定向的天線將訊號聚焦在特定的方向，從而提供長距離通訊並增強預定目標的訊號強度。另一方面，波束寬度越寬，覆蓋範圍越廣，但訊號強度會降低。