你的WIFI天線雙頻了嗎?- 淺談 2.4G/5G Dual Band WIFI的路由器天線設計

現在雙頻Dual Band路由器已經全面普及,聰明的你是否有留意雙頻WIFI的天線是經過特別設計才可以接收2.4G和5G的WIFI信號?本文Upsangel就和大家探討一下雙頻WIFI的天線特點和在路由器Router上的應用。單頻天線以及基本的WIFI天線知識在上一篇文章已經討論就不再重複,本文集中講雙頻天線:

Wifi頻率和天綫長度、天線設計的關係

WIFI天線的原理是一個共振子,有一個固定的自身共振頻率(natural frequency),與頻率相同的電波產生電磁轉換(electromagnetic resonance),轉化成為電流信號。下圖是典型2.4Ghz 天線的共振反應曲線:

這是十分常見的2.4g WIFI天線的共振頻譜

這是典型的2.4g WIFI天線的共振頻譜

在上一篇文章:  已經介紹過天線的長度通常以波長的1/4、1/2等比例數來設計。所以,2.4Ghz的傳統天線和5Ghz的傳統天線是不同長度的!那麽路由器為了能同時雙頻工作,天線要如何設計呢?下面繼續討論。

天線都有一個共振頻率,而雙頻WIFI需要同時接收兩個頻率的信號,所以天線需要特別設計。

 

路由器如何達到雙頻Wifi

Router 廠家處理雙頻共發的思路可以分成:

獨立分開的雙頻天線:

物理上完全隔離的兩組天線,2.4Ghz WIFI芯片和5Ghz WIFI芯片組分別獨立功放電路。而獨立雙頻天綫的路由器設計有兩個方案:

  • 2.4G外置 + 5G外置天綫
  • 2.4G外置+ 5G内置天綫

兩者的差別用TP-LINK 六天線版 WDR7500 與 國際版3天線 Archer C7 就能輕易解釋,這兩款路由器的芯片組配置設計完全相同,而WDR7500用的是全外置天綫方案:

WDR7500 crack

WDR7500的全外置雙頻天線設計(紅色和藍色)

而國際版的ARCHER C7 就是外置3天綫(2.4G) + 内置天綫的方法,拆機圖的三個角落的三個金屬片就是ARCHER C7 的5G天綫。

800px-TP-LINK_Archer_C7_v1p1_board_top_1[1]

內置+外置的雙頻天線設計,內置的天線就是那個金屬片

那到底是WDR7500天綫好還是ARCHER C7内置好?逆向思維想一想,如果那三塊小金屬片的效果比外置天綫更好,那TP-LINK倒不如出一款全部内置天綫的AC1750 Router,不就成本更低效果更好?但顯然事實是和這個假設相反。

這引伸到一個更廣泛的問題:到底是否外置天綫一定比内置天綫好?要回答這個問題,我們需要先了解更多内置天綫的設計。

 

合併設計的雙頻天線

第二個設計思路就是同一條天線有兩個共振頻率,暫時小U知道的真雙頻天綫有兩种形式:

  • collinear
  • pcb

ASUS RT-AC66u的雙管天線:看過AC66u的天綫拆開圖的朋友可能都會驚嘆:怎麽這個機皇的天綫竟然這麽短小省成本?

RT-AC66U 天線

HKEPC網友chrislui的拆天線圖

深入研究才發現,這可能是一款特殊的雙頻天綫設計。這是網上找到的一些相關資料(但不是無綫電出身的小U暫時未能定性RT-AC66u的天綫的確實技術參數)。

dual band antenna

網上的一款雙頻天線設計,貌似是給電臺頻段(低頻)用的

ASUS自己是這麽説的:http://www.asus.com/hk/support/FAQ/1000961/

對比起Collinear天綫,更加廣泛應用的是PCB天綫。我們的手機電話、平板電腦、Pocket Wifi等等都沒有外置天綫,其天綫其實是收到一塊小小的PCB板或者是薄膜綫圈上。PCB天綫在雙頻天綫設計上有一個顯著優勢,就是可以把兩組頻率的振子設計在同一塊小小的印刷電路板上。

這是一款GSM雙頻的PCB天線設計

這是一款GSM雙頻的PCB天線設計

PCB天線已經廣范被應用在我們的手機、平板電腦、手提電腦等。雙頻PCB天線的設計也很成熟

回到我們之前的問題:到底是否外置天綫一定比内置天綫好?現在很多高端路由器Router都是内置天綫,例如ASUS RT-ac56, Netgear R6xxx,Linksys EA6700 等等。例如AC56U是用Dockon的PCB天線,達到很好的天線效果,甚至有網友硬改成為外接天線也發現效果相差無幾:http://www.fansgu.com/thread-228-1-1.html

ASUSRT-AC56U-2a[1]

注意下面寫著Dockon Compound PxM Loop (CPL) Antenna就是AC56U的天線

rt-ac56u antenna mod

被改造外置天線的AC56U,網友説信號差別不大。

十分搞鬼的是,就算是外置天線也可能是PCB的,典型的是LINKSYS的眾多款產品:

EA6900

EA6900的天線是外置式的PCB天線

 

實踐就是真理:幾款天綫的實際測試效果

antenna test

小U親自買來了幾款天線來做做測試:分別是

  • 標稱10dbi 的超長天線
  • PCB外置雙頻天線
  • ASUS原廠天線

2014-10-07_factory removed

2014-10-07_dual band

2014-10-07_10dbi

 

測試總結:

  • 原廠天線:2.4G: -48 dBm  /  5G: -62 dBm
  • 雙頻PCB天線:2.4G: -56 dBm  /  5G: -58 dBm
  • 10dBi 單頻天線: 2.4G: -53 dBm  /  5G: -59 dBm

原廠天線的2.4G信號強度最好,5G最差,

PCB天線的5G強度最好,2.4G最差

10dBi 單頻天線的表現居中。

這個測試結果讓小U摸不著什麽定律,長不一定好,短不一定不好,標籤上的單頻雙頻似乎實際效果也比較模糊,。而且還不能保證在AC66U上測試是最好的天線,在其他路由上有相同結果。只有實際測試才知道各款路由的天線性能。

就著實際應用來說,小U比較偏向用5G效果好的天線,因為5G ac wifi的速度是n wifi的好幾倍,2.4G wifi收得再好也是幾十mb的差別,ac wifi收得好不好是100 到 200mb的差別,5G ac每個dbm帶來的傳輸速度增幅比較明顯。

很難説哪款天線設計的路由信號強度一定好,還是要看實際測試。如果天線可以更換,建議考慮5G信號好的。

如果你尚在購買路由器,不妨參考:

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6 Comments
  1. Reply
    Bi Ki November 29, 2014 at 8:50 PM

    有保养吗?

    • Reply
      upsangel November 29, 2014 at 8:57 PM

      Excuse me?

  2. Reply
    me May 26, 2016 at 8:47 AM

    而國際版的ARCHER C7 就是外置3天綫(2.4G) + 内置天綫的方法,拆機圖的三個角落的三個金屬片就是ARCHER C7 的5G天綫。

    TP-LINK 官網上的說明是相反的。

    • Reply
      upsangel May 28, 2016 at 6:19 PM

      多謝留言,可否提供source?謝謝!

      • Reply
        Xmas June 14, 2016 at 7:40 PM
        • upsangel June 19, 2016 at 9:32 AM

          多謝提供資料!一年多來都是眼花了,better late than never

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