Radioskolan del 1: Så funkar trådlöst

Precis som ljud dämpas olika bra av olika material dämpas även radiovågor olika beroende på egenskaperna i material som hamnar i vägen. En betongvägg dämpar till exempel signalen mer än vad en gipsvägg gör.
När man installerar nätverk i till exempel ett kontor eller en industri är det därför viktigt att tänka på vilka typer av material som finns i väggar och golv.

Det är kanske självklart för många vad som är svårgenomträngligt och vad som är lättare för radiovågorna att tränga igenom, men ibland är det inte helt givet. I samband med tester vid Högskolan i Gävle fann forskarna till sin förvåning att vanligt glatt tidningspapper var en otroligt stark absorbent. Radiovågorna fick svårt att över huvud taget tränga igenom bara några få ark.

Det visade sig efter lite utredande att den lera som man blandar i pappret för att få till den glansiga ytan faktiskt var en mycket effektiv absorbent av en viss frekvens radiovågor.

Vanligt tidningspapper utgjorde ett betydligt enklare hinder för radiovågorna – det krävdes åtskilliga hundra ark för att uppnå samma absorberande effekt.

Ism-banden där trådlösa wlan arbetar finns dels på 2,4 gigahertz, dels på 5 gigahertz. Det finns tretton så kallade kanaler, frekvensband som din wlan-trafik kan använda. Men det lägre bandet är ganska smalt, där kan bara tre kanaler arbeta bredvid varandra utan att störas av de andra i så kallade icke-överlappande kanaler. I Europa är det här kanal 1, 6 och 11. Till exempel ligger kanal 1 från 2,402 gigahertz till 2,422 gigahertz.

Om vi i stället väljer motsvarande kommunikation i 5 gigahertzbandet finns det hela 19 olika kanaler att välja och vraka bland. Det gör att det är betydligt enklare att hitta en kanal som inte grannarna redan använder.

Att sedan dessutom 5 gigahertz radio­vågor dämpas snabbare i den fria rymden gör att vi kan packa accesspunkter för 5 giga­hertz tätare än för 2,4 gigahertz.

En vanligt förekommande antenntyp är dipolen. Sådana finns i de spröt som accesspunkterna använder som antenner. Radiovågorna strålar ut från en dipolantenn med lika stark energi vinkelrät ut från antennen och avtar allt eftersom vi rör oss mot antennens spets. Formen blir som en munk trädd på antennen.

De flesta antenner är så kallade dipoler som består av två halvor. När en ström matas till de två halvorna avger de radiovågor.

Den vanligaste konstruktionen är två lika långa ledningar som sitter på en tänkt axel. Längden är anpassad för den frekvens som antennen ska arbeta med. En vanlig antenn har ofta en längd som motsvarar halva signalens våglängd. Med wlan på 2,4 gigahertz som har våglängden 12,5 centimeter är därför antennen 6,25 centimeter, och varje av de två elementen i antennen är 3,125 centimeter långa.

I mobiltelefonins barndom var det vanligt med monopoler, alltså antenner som bara hade en av dipolens två element. Den andra sidan är då i stället ett jordplan, till exempel ett biltak. Det här såg man på de antenner som monterades i bilarna där bilens plåt utgjorde det jordade planet.

Energin från en dipol eller monopol strålar ut runt antennen. Tänk dig att du rör dig runt antennen på ett konstant avstånd. Signalen är som starkast vinkelrät från antennen och styrkan avtar när man närmar sig antennens axel eller den riktning antennens spröt pekar. Ser man till strålningsprofilen ser det ut lite som man trär en munk, alltså bakverket, på antennen.

Det här gör att det, till skillnad mot vad många tror, är viktigt i vilken vinkel antennen på till exempel en accesspunkt är vinklad. Vill du att antennens radiovågor ska spridas bäst utmed ett våningsplan ska antennerna vara riktade vinkelrät mot det planet.

De flesta accesspunkter har sina antenner monterade så att de är effektivast om du sätter accesspunkten i taket. Om du vill väggmontera den bör du antingen välja en accesspunkt som har vinkelbara antenner eller att sätta accesspunkten på en hållare som gör att den accesspunkten sitter i samma riktning som om du hade skruvat fast den i taket.

En rundstrålande antenn som en dipol är effektiv för att täcka ett cirkelformat område, till exempel ett öppet kontorslandskap. Energin når, så länge det inte dämpas någonstans, lika långt i alla riktningar.

Vill man i stället rikta energin från den sändande antennen finns det riktade antenner. Här kan du tänka dig en tv-antenn på ett hustak, den är konstruerad att ta emot en signal från en viss riktning. Det är en så kallad yagi-antenn som består av ett antal dipoler placerade på noga bestämda avstånd från varandra.

Antennens dimensioner och avståndet mellan dipolerna avgör vilka frekvenser den fungerar bäst med. Tittar vi på strålningsprofilen från en yagi-antenn finns en tydlig så kallad antennlob där den mesta energin riktas.

Förutom dessa två enklare typer av antenner finns det en mängd olika varianter med olika tekniska lösningar för att kunna optimera vad gäller storlek, effektivitet, riktning och så vidare, allt beroende på var och till vad antennen ska användas.

Med en riktningskänslig så kallad yagi-antenn kan radioenergin riktas i en bestämd riktning. Den här typen av antenn används till exempel i tunnlar där man vill att radiovågorna ska följa tunneln. Antennloben ser i stort sett likadan om vi ser ovanifrån eller från sidan.