Finn Stubsgaard Skippershovedvej 10 DK 8585 Glesborg DENMARK

Innovative Technology & Consultative Services Unlimited Hyg & Byg i Hytten

tel: +45 86381359  send an e-mail finn@stubsgaard.dk

Undersøgelse af mulighederne for at producere brugerantenner for 802.11a opdateret 4/1 2006

Hermed overvejelserne i har bedt om

1. Nedskalering af standard 2,4 GHz biquad antenne
En gennemsnits-bølgelængde på 5180-5805MHz båndet (5597MHz) er 53,56mm. D.v.s. bagpladen skal være 53,56 mm på begge sider.
Sidelængderne på biquad-elementerne er en ¼ bølgelægnde = 13,39mm.
Afstanden mellem bagpladen og biquadelementerne er optimal ved 10mm (standbølgeforhold og udstrålingsdiagram).

Antennemodellen er testet på et par Mikrotik router board 500 med en R52 radio. Hvis mikrotik holder hvad de lover når de siger at deres antenne giver 22 dBi, så giver ovennævnte biquad 11,4 dBi, d.v.s. det samme som vores standard biquad til 2,4 GHz.

Der er dog et konstruktionsmæssigt problem: Vi bliver nødt til at gå ned til 2,5mm antennekabel (pigtail), og antennekablet skal gå vinkelret igennem bagpladen – se vedhæftede foto af forsøgsantenne. Det giver ikke umiddelbart nogen mulighed for at lave en elegant træksikring ligesom på 2,4 GHz biquadbagpladen. På den anden side er antennen så lille at den måske kunne støbes ind i en plasticblok. Er der nogen der ved hvor man får den acrylstøbemasse vi brugte til at støbe blokke med insekter og sneglehuse ind i, da vi var børn? – jeg har ikke kunnet finde det endnu.

2. Rækkevidde på 5GHz båndet
Sammenlignet med 2,4 GHz båndet vil tabet ”gennem luften”, Free Space Propagation Loss (FSPL) være 7.2 dB større (forudsat at antennegain, tab i antennekabler og afstanden er det samme)

FSPL @ 5600 MHz:
1 km: -107,4dB
2 km: -113,4dB
3 km: -116,9dB
4 km: -119,4dB
5 km: -121,4dB
6 km: -123,0dB

eller –6dB ved en fordobling af afstanden.

Da vi taber 7,2 dB ved at gå op til ved at gå fra 2,4 GHz båndet til 5GHz båndet burde rækkevidden være lidt under halvdelen af den vi har i 2,4 GHz båndet med vores standard antenneopstillinger, - hvis ikke det var fordi nogle af radioerne har bedre signalfølsomhed.

Microtik opgiver at der i deres router board 500 serie med 22dbi antenne sidder et Atheros AR5414 chipset med output power/ receive sensitivity på 17dBm/–88dBm @ 6Mbps og 13dBm/–71dBm @ 54Mbps.

Hvis vi regner konservativt ved 6Mbps for et par radioer med samme specifikationer:

Power out = 17 dBm
Power in = –88dBm
2 x linietab i kabler og stik = –2 dB
Rundstråle = +10dBi
Biquad = +12dBi
Margin = –10dB (til reflektioner, træer, kold natteluft, producent pral og dårlige stik)

17 + 88 – 2 + 10 + 12 – 10 = 115 dB til Free Space Propagation Loss (FSPL)

Ved 5600 MHz giver det en rækkevidde på 2,4 km

Et 54Mbps link (P-out/P-in: 13dBm/–71dBm) med kun 5 dB margen (13+71-2+10+12-5=99 dB FSPL) holder kun 380 m med den opstilling.

Humlen ligger til en stor del begravet i valget af radio:

AR5414 chippet hedder hos Atheros AR5006XS og uderstøtter Atheros Extended Range (XR) concept. Det indebær, såvidt jeg kan se, at radioens følsomhed øges, og at der i hardwaren er mulighed for en udvidelse af 802.11a standarden så radioen kan gå ned til 1Mbps med en følsomhed på –105dBm -hvis radioproducenten beslutter sig for at understøtte det.

802.11a standarden kræver vist min. –85dBm @ 6Mbps. Atheros siger selv deres radioer kan klare –93dBm @ 6Mbps. Det kan være Mikrotik er konservative når de siger –88dBm @ 6Mbps; men de 5 dB i forskel svarer næsten til en fordobling af rækkevidden.

Hvis begge radioerne uderstøtter –105dBm @ 1Mbs svarer de 17 dB op til –88dBm @ 6Mbps til næsten 8 gange så lang rækkevidde (et 1 Mbps link på 17 km !)

Mikrotikradioerne med 22dBi antenner burde kunne holde et 54Mbps link (P-out/P-in: 13dBm/–71dBm) 2,7 km med 10 dB margen (13+71-2+22+22-10=116 dB FSPL), 3,8 km med 5 dB margen, 8,5 km uden margen. Hvordan stemmer det med vores praktiske erfaringer?

Konklusion
Hvis vi skal vedligeholde den nuværende rækkevidde på brugerinstallationer på ca 2,5 km vill det kræve enten mere avanceret antennebyggeri (quadquad, paraboliske reflektorer eller horn - jeg skal nok se om jeg kan finde på løsninger når vi har et fornuftigt bud på en brugerradio, men det er ikke mange dB der kan hentes uden at bygge paraboler), eller at vi ikke køber radioer med specifikationer der er ringere end Mikrotikernes.

Så køb ikke noget der ikke oplyser radioens output power/ receive sensitivity !!! udgangspunktet er at den ikke må være mindre end 17dBm/–88dBm @ 6Mbps og 13dBm/–71dBm @ 54Mbps.

Spørgsmålet er også om ikke vi skulle gå efter understøttelse af Atheros Extended Range.

Finn Stubsgaard
Skippershovedvej 10
8585 Glesborg

Skriv en kommentar til:
finn@stubsgaard.dk

Tel.: 86 38 13 59 / 40 45 29 59

www.stubsgaard.dk

www.lydleg.dk