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。

[alert-announce] 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。[/alert-announce]

 

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

[alert-announce]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[/alert-announce]

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。

[alert-success]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。[/alert-success]

如果你尚在購買路由器,不妨參考:

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7 Comments
  1. 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。

  2. 請教一個偏門的問題,像 GoPro 這樣的運動攝影機可以透過 wifi 使用手機預覽畫面,但進入水中就不行了,一般我們會找條高頻線兩頭剝掉一部分絕緣層做成無源信號感應線貼在設備上,但是在 5G 的 wifi 就行不通了,這應該怎麼設計或是應該找什麼參考資料呢?

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