Chắc chắn rồi. Dưới đây là thông tin toàn diện về Ăng-ten (Antenna) trong bối cảnh rộng hơn của các Thành phần và Đo lường Tần số Vô tuyến (RF), dựa trên các nguồn đã cung cấp.
Ăng-ten là một thành phần thiết yếu trong hệ thống truyền thông không dây, đóng vai trò kép trong cả quá trình truyền và nhận tín hiệu RF.
1. Chức năng của Ăng-ten
Ăng-ten thực hiện hai chức năng chính trong hệ thống giao tiếp:
Khi Truyền tín hiệu: Ăng-ten thu tín hiệu dòng điện xoay chiều (AC) từ bộ phát (transmitter) và bức xạ sóng RF ra khỏi phần tử ăng-ten theo một kiểu cụ thể,.
Khi Thu tín hiệu: Ăng-ten thu sóng RF từ không khí và dẫn tín hiệu AC đó đến bộ thu (receiver).
Ăng-ten được phân loại là thiết bị thụ động (passive devices) và không yêu cầu nguồn điện bên ngoài,. Thay vào đó, ăng-ten tạo ra độ lợi (gain) bằng cách tập trung (focusing) tín hiệu RF được bức xạ,,.
2. Các Khái niệm Cơ bản và Đo lường (Measurements)
Độ lợi (Gain)
Độ lợi do ăng-ten tạo ra được gọi là độ lợi thụ động (passive gain). Độ lợi này được tạo ra bằng cách tập trung tín hiệu RF theo một hướng cụ thể thay vì tăng cường sức mạnh tín hiệu bằng cách thêm năng lượng điện (đó là độ lợi chủ động được thực hiện bởi bộ khuếch đại),.
Đo lường: Độ lợi của ăng-ten là một giá trị tương đối, thường được so sánh với một bộ bức xạ đẳng hướng (isotropic radiator) hoặc ăng-ten lưỡng cực nửa sóng (half-wave dipole antenna),.
dBi (Decibels relative to an isotropic radiator): Đây là đơn vị đo lường độ lợi của ăng-ten khi so sánh với một bộ bức xạ đẳng hướng lý thuyết. Vì ăng-ten luôn tập trung năng lượng theo một hướng nhiều hơn các hướng khác, giá trị dBi của ăng-ten luôn là độ lợi dương.
dBd (Decibels relative to a half-wave dipole antenna): Đơn vị này dùng để mô tả độ lợi khi so sánh với ăng-ten lưỡng cực (dipole antenna). Ăng-ten lưỡng cực nửa sóng 2.4 GHz có giá trị dBi là 2.14.
Độ lợi và Công suất: Công suất bức xạ ra khỏi ăng-ten được tính bằng cách lấy công suất của Bộ Bức xạ Có Chủ đích (IR) cộng thêm độ lợi của ăng-ten.
EIRP (Equivalent Isotropically Radiated Power)
EIRP là cường độ tín hiệu RF cao nhất được truyền từ một ăng-ten cụ thể.
Tính toán: EIRP được tính bằng cách lấy công suất của IR cộng với độ lợi của ăng-ten,.
Quy định: Các cơ quan quản lý (ví dụ: FCC) giới hạn lượng EIRP tối đa được phép phát ra từ một ăng-ten.
Bức xạ Đẳng hướng (Isotropic Radiator)
Đây là nguồn điểm lý thuyết bức xạ tín hiệu đều nhau theo mọi hướng. Ăng-ten trong thực tế được so sánh với mô hình lý tưởng này.
3. Khái niệm Tín hiệu và Kiểu bức xạ (Signal and Radiation Concepts)
Kiểu Bức xạ (Radiation Patterns)
Các kiểu bức xạ của ăng-ten được thể hiện trên biểu đồ cực (polar charts), còn được gọi là biểu đồ phương vị (azimuth charts) và biểu đồ độ cao (elevation charts) hoặc phong bì bức xạ (antenna radiation envelopes),.
Biểu đồ phương vị (Azimuth/H-plane): Thể hiện góc nhìn từ trên xuống (top-down view) của kiểu bức xạ.
Biểu đồ độ cao (Elevation/E-plane): Thể hiện góc nhìn từ bên cạnh (side view) của kiểu bức xạ.
Mục đích: Các biểu đồ này không đại diện cho khoảng cách hoặc mức công suất cụ thể mà chỉ đại diện cho mối quan hệ của công suất giữa các điểm khác nhau trên biểu đồ.
Chiều rộng Chùm tia (Beamwidth)
Chiều rộng chùm tia là phép đo tính tập trung (focus) của tín hiệu ăng-ten, được đo bằng độ,.
Đo lường: Chiều rộng chùm tia là khoảng cách giữa hai điểm công suất giảm đi một nửa (half-power points), tức là điểm –3 dB,. Phép đo này được thực hiện theo cả chiều ngang (horizontal beamwidth) và chiều dọc (vertical beamwidth),.
Ảnh hưởng: Mặc dù hầu hết tín hiệu được tập trung trong chiều rộng chùm tia, một lượng đáng kể tín hiệu vẫn có thể bức xạ từ các thùy bên (side lobes) hoặc thùy sau (rear lobes) của ăng-ten,.
Phân cực (Polarization)
Phân cực ăng-ten (antenna polarization) là sự căn chỉnh hoặc định hướng của sóng RF, có thể là dọc (vertical) hoặc ngang (horizontal),. Điều quan trọng là ăng-ten truyền và ăng-ten nhận phải có cùng sự phân cực để nhận được tín hiệu mạnh nhất có thể,.
4. Các Loại Ăng-ten (Antenna Types)
Có ba loại ăng-ten chính được sử dụng trong giao tiếp 802.11:
Loại Ăng-ten
Đặc điểm
Độ lợi (Gain) và Kiểu bức xạ
Ứng dụng phổ biến
Omnidirectional (Đa hướng)
Bức xạ tín hiệu theo mọi hướng.
Độ lợi cao hơn sẽ làm giảm độ bao phủ theo chiều dọc và tăng cường theo chiều ngang (360 độ).
Cung cấp vùng phủ sóng chung (general coverage),.
Semidirectional (Bán đa hướng)
Hướng tín hiệu theo một hướng cụ thể. Bao gồm Patch, Panel và Yagi.
Có độ rộng chùm tia nhỏ hơn (ví dụ: 30–180 độ ngang).
Liên kết cầu (bridge) tầm ngắn đến trung bình. Phủ sóng định hướng trong nhà,.
Highly Directional (Định hướng Cao)
Tạo ra chùm tia hẹp và tập trung nhất. Bao gồm Parabolic Dish và Grid Antennas.
Độ lợi rất cao (ví dụ: Parabolic Dish 4–25 độ ngang).
Liên kết cầu (bridge) điểm-tới-điểm tầm xa.
Ngoài ra còn có Ăng-ten Sector (Sector Antennas), là một loại ăng-ten bán định hướng đặc biệt, tạo ra kiểu phủ sóng hình quạt. Việc kết hợp nhiều ăng-ten sector được gọi là mảng sector (sectorized array) và có thể cung cấp vùng phủ sóng đa hướng 360 độ.
5. Ăng-ten và MIMO
Các hệ thống MIMO (Multiple-Input, Multiple-Output) của 802.11n và 802.11ac sử dụng nhiều chuỗi radio (radio chains), mỗi chuỗi có ăng-ten riêng.
Ăng-ten Đa dạng (Diversity Antennas): MIMO sử dụng các kỹ thuật đa dạng ăng-ten tiên tiến để cải thiện độ nhạy nhận và tăng phạm vi, chẳng hạn như Maximal Ratio Combining (MRC),.
MIMO trong nhà: Nhiều AP MIMO hiện đại tích hợp ăng-ten ngay trong khung thiết bị.
MIMO ngoài trời: Thường yêu cầu ăng-ten MIMO định hướng chuyên biệt có nhiều phần tử ăng-ten bên trong một vỏ,.
Beamforming: Công nghệ xử lý tín hiệu số (DSP) tiên tiến cho phép Transmit Beamforming (TxBF), trong đó ăng-ten điều chỉnh pha và biên độ để tập trung tín hiệu về phía bộ thu, mô phỏng ăng-ten định hướng,,.
Ví dụ thực tế: Hãy hình dung ăng-ten giống như chóa đèn pha của ô tô. Nếu bạn lắp một bóng đèn (bộ phát) vào chóa đèn (ăng-ten), bản thân bóng đèn không mạnh lên, nhưng chóa đèn tập trung ánh sáng (tín hiệu RF) thành một chùm mạnh và định hướng (độ lợi thụ động). Nếu bạn thay một chóa đèn cho phép ánh sáng lan tỏa rộng (ăng-ten đa hướng) bằng một chóa đèn tập trung ánh sáng thành một điểm sáng nhỏ (ăng-ten định hướng cao), bạn đang tăng cường độ sáng theo một hướng (tăng độ lợi) nhưng giảm vùng phủ sóng xung quanh (giảm chiều rộng chùm tia).