Due Access Point possono appartenere alla stessa famiglia,
supportare gli stessi standard Wi-Fi e utilizzare potenze
di trasmissione simili, ma distribuire l’energia radio
nell’ambiente in modo molto diverso.
Il motivo è spesso nelle antenne e nel loro
radiation pattern, cioè nella forma
con cui l’energia RF viene irradiata nello spazio.
Comprendere questi diagrammi è fondamentale
quando si progetta una rete wireless professionale,
perché la posizione fisica dell’Access Point,
il suo orientamento, la banda utilizzata
e il modello dell’antenna influenzano direttamente
copertura, sovrapposizione delle celle e qualità del segnale.
Nei nostri progetti di
progettazione Wi-Fi
e nelle attività di
Wi-Fi Survey,
il pattern dell’antenna viene quindi considerato
insieme alla planimetria, ai materiali,
all’altezza di installazione e ai requisiti operativi.
In questo approfondimento
- Che cos’è il pattern di un’antenna Wi-Fi
- Azimuth ed elevation
- Pattern omnidirezionale
- Pattern direzionale
- Perché il pattern cambia tra modelli di Access Point
- Differenze tra 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz
- Guadagno in dBi e beamwidth
- Null e zone di attenuazione
- Orientamento dell’Access Point
- Pattern e Wi-Fi Survey
Che cos’è il pattern di un’antenna Wi-Fi
Quando un’antenna trasmette, l’energia non viene irradiata
con la stessa intensità in tutte le direzioni.
La distribuzione spaziale del segnale prende il nome
di radiation pattern, o pattern di radiazione.
I diagrammi forniti dai produttori rappresentano
questa distribuzione attraverso sezioni del campo radio.
In pratica permettono di capire in quali direzioni
l’antenna concentra maggiormente l’energia
e in quali direzioni il livello relativo diminuisce.
Questa informazione diventa particolarmente importante
negli Access Point con antenne integrate.
L’esterno di un AP può sembrare perfettamente simmetrico,
ma le antenne interne e la disposizione degli elementi RF
possono generare un comportamento molto diverso
tra piano orizzontale e piano verticale.
Azimuth ed elevation: le due viste principali
I pattern vengono normalmente rappresentati
attraverso almeno due sezioni: azimuth
ed elevation.
L’azimuth può essere immaginato come una vista dall’alto.
Se un Access Point è montato correttamente a soffitto,
questo diagramma permette di osservare
come il segnale viene distribuito intorno all’AP
sul piano orizzontale.
L’elevation rappresenta invece una sezione verticale.
È il diagramma che permette di capire
quanto segnale viene irradiato verso il basso,
lateralmente o verso il soffitto.
Questa distinzione è essenziale perché un’antenna
apparentemente omnidirezionale osservata dall’alto
può avere una distribuzione completamente diversa
sul piano verticale.
Un’immagine utile da ricordare
Il classico pattern di un’antenna omnidirezionale
viene spesso descritto come una ciambella.
Visto dall’alto appare quasi circolare;
visto lateralmente mostra invece un massimo
sui lati e una riduzione dell’energia
lungo l’asse dell’antenna.
Pattern omnidirezionale: non significa segnale uguale ovunque
Il termine omnidirezionale
può generare un equivoco.
Non significa che l’antenna irradi
con la stessa intensità in ogni punto dello spazio.
Significa principalmente che sul piano principale,
normalmente quello orizzontale,
l’energia viene distribuita in modo relativamente uniforme
intorno all’antenna.
Sul piano verticale il comportamento può essere molto diverso.
Più aumenta il guadagno dell’antenna,
più frequentemente il lobo principale tende
a diventare stretto.
Per questo un’antenna ad alto guadagno
non deve essere interpretata semplicemente
come un’antenna che “manda più lontano”.
In realtà concentra l’energia in alcune direzioni
riducendola in altre.
Pattern direzionale: concentrare l’energia dove serve
Un’antenna direzionale concentra una parte maggiore
dell’energia RF verso una determinata area.
È il principio utilizzato nelle antenne patch,
panel, sector e in altre configurazioni progettate
per coprire una porzione precisa dell’ambiente.
Questo tipo di antenna può essere particolarmente utile
in corridoi, scaffalature industriali,
aree esterne, tribune, magazzini
o ambienti in cui si vuole ridurre
l’energia irradiata in direzioni non necessarie.
L’antenna direzionale non deve però essere considerata
una soluzione universalmente migliore.
La sua efficacia dipende dal posizionamento,
dall’orientamento e dalla geometria reale dell’ambiente.
Una direzione errata di pochi gradi,
soprattutto con beamwidth ridotti,
può spostare significativamente
l’area nella quale viene concentrata l’energia.
Perché il pattern cambia tra modelli e versioni di Access Point
Uno degli aspetti più importanti da comprendere
è che non esiste un unico “pattern Wi-Fi”.
Ogni Access Point deve essere analizzato
in funzione della propria architettura RF.
Due modelli dello stesso produttore possono integrare
un numero differente di elementi antenna,
supportare configurazioni MIMO differenti
oppure essere progettati per installazioni diverse.
Esistono Access Point pensati principalmente
per il montaggio a soffitto,
modelli wall-plate per installazione a parete,
versioni con antenne interne,
versioni con connettori per antenne esterne
e modelli con antenne direzionali integrate.
Anche quando il nome commerciale appartiene
alla stessa famiglia, una variante hardware
può avere un comportamento RF differente.
Per questo nella
progettazione professionale
è importante utilizzare il modello esatto dell’Access Point
e, quando previsto, dell’antenna associata.
Nelle piattaforme di wireless design
il modello corretto viene utilizzato
per simulare il comportamento dell’antenna
all’interno dell’ambiente.
Se viene selezionato un modello differente,
anche la simulazione della copertura
può risultare diversa.
Il pattern può cambiare tra 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz
Un singolo Access Point moderno
può operare contemporaneamente su più bande,
ma questo non significa che il pattern
sia perfettamente identico su tutte le frequenze.
La geometria elettrica dell’antenna
cambia in relazione alla lunghezza d’onda
e ogni elemento viene progettato
per lavorare correttamente
sulle bande previste dal dispositivo.
Per questo i produttori possono pubblicare
diagrammi differenti per 2,4 GHz,
5 GHz e, nei modelli più recenti,
anche per 6 GHz.
La differenza può riguardare il guadagno,
la forma dei lobi,
la profondità dei null
oppure la distribuzione sul piano verticale.
È un aspetto particolarmente importante
quando si lavora con
Wi-Fi 6E e Wi-Fi 7,
perché la banda a 6 GHz introduce
nuove possibilità di progettazione,
ma anche caratteristiche di propagazione
diverse rispetto alle bande inferiori.
dBi e beamwidth: come leggere il guadagno dell’antenna
Nei datasheet delle antenne compare frequentemente
il valore espresso in dBi.
Questo valore rappresenta il guadagno dell’antenna
rispetto a un radiatore isotropico ideale.
Un valore di guadagno superiore
non significa che l’antenna produca energia.
Significa che l’energia disponibile
viene concentrata maggiormente
in alcune direzioni.
Per questo guadagno e beamwidth
sono spesso strettamente collegati.
Il beamwidth rappresenta l’ampiezza angolare
del lobo principale,
normalmente misurata tra i punti
nei quali il livello scende di 3 dB
rispetto al massimo.
Un beamwidth di 60° indica quindi
una distribuzione molto più concentrata
rispetto a un’antenna con beamwidth di 120°.
Un valore dBi non deve essere letto da solo:
bisogna sempre osservare dove viene concentrata
l’energia e quale forma assume il pattern.
Null e zone di attenuazione: le parti del pattern che spesso vengono ignorate
Nei diagrammi delle antenne non bisogna osservare
soltanto il lobo principale.
Esistono anche aree nelle quali
l’energia irradiata diminuisce significativamente.
Queste zone vengono comunemente chiamate
null.
Possono derivare dalla geometria dell’antenna,
dall’interazione tra più elementi
oppure dalla struttura stessa dell’Access Point.
Un null può avere conseguenze concrete.
Un client posizionato proprio in quella direzione
può ricevere un livello di segnale
significativamente inferiore rispetto
a un altro dispositivo posto alla stessa distanza.
È uno dei motivi per cui la semplice distanza
tra Access Point e client
non è sufficiente per prevedere
il livello del segnale.
L’orientamento dell’Access Point cambia completamente la lettura del pattern
Un radiation pattern ha senso
soltanto se viene interpretato
rispetto all’orientamento reale
dell’Access Point.
Un AP progettato per essere montato
orizzontalmente a soffitto
viene normalmente caratterizzato
considerando proprio quella posizione.
Se lo stesso dispositivo viene installato
verticalmente su una parete,
il pattern ruota insieme all’Access Point.
La distribuzione dell’energia nell’ambiente
cambia quindi radicalmente.
Questo può creare situazioni
nelle quali una rete appare correttamente dimensionata
in termini di numero di Access Point,
ma alcune celle presentano
una copertura completamente diversa
da quella prevista.
Per lo stesso motivo installare un AP
sopra un controsoffitto,
all’interno di un armadio,
dietro una struttura metallica
o con un orientamento differente
da quello previsto dal produttore
può modificare sensibilmente
il comportamento RF reale.
Montare un Access Point “dove è più comodo” può cambiare il progetto
Il punto di installazione non è soltanto una scelta estetica
o cablistica. Altezza, orientamento,
presenza di strutture metalliche
e posizione rispetto agli utenti
influenzano direttamente il pattern
effettivamente utilizzabile nell’ambiente.
Pattern, MIMO e più elementi antenna
Gli Access Point moderni non utilizzano
una singola antenna elementare.
Sistemi MIMO e multi-radio
impiegano più elementi antenna
progettati per lavorare insieme.
Questo rende il comportamento reale
più complesso rispetto alla rappresentazione
semplificata di una singola “ciambella”.
Le diverse catene radio possono avere
polarizzazioni e geometrie differenti,
con l’obiettivo di migliorare
la diversità spaziale,
il comportamento MIMO
e l’affidabilità della comunicazione.
Nei modelli enterprise
il design delle antenne è quindi
parte integrante dell’architettura dell’Access Point,
non un dettaglio secondario.
Il pattern teorico deve essere verificato nell’ambiente reale
Anche un radiation pattern perfettamente documentato
rappresenta il comportamento dell’antenna
in condizioni controllate.
Nell’ambiente reale intervengono
pareti, vetri, metallo, scaffalature,
arredi, macchinari e persone.
Il segnale viene riflesso,
attenuato, diffratto e disperso.
Per questo la
progettazione predittiva
e il pattern dell’antenna rappresentano
il punto di partenza,
ma la validazione sul campo
rimane fondamentale.
Attraverso un
Wi-Fi Survey
possiamo verificare se la distribuzione reale
del segnale rispetta quanto previsto
e individuare eventuali differenze
dovute all’ambiente o all’installazione.
RSSI, SNR, sovrapposizione delle celle,
channel utilization e comportamento del roaming
permettono quindi di completare
la lettura puramente geometrica del pattern.
Come leggere correttamente un diagramma di antenna
Quando analizziamo il pattern di un Access Point
non guardiamo quindi un singolo numero.
Partiamo dal modello esatto,
verifichiamo il tipo di antenna,
la banda di frequenza
e l’orientamento previsto.
Successivamente confrontiamo
i diagrammi di azimuth ed elevation,
osserviamo il guadagno massimo,
il beamwidth,
la forma dei lobi
e la presenza di eventuali null.
Solo a quel punto il pattern
può essere inserito nel contesto reale
dell’ambiente e utilizzato
per valutare posizione,
altezza e orientamento dell’Access Point.
È questo passaggio che trasforma
un diagramma tecnico
in un’informazione utile
per la progettazione della rete.
Domande frequenti sui pattern delle antenne Wi-Fi
Che cos’è il radiation pattern di un Access Point?
È la rappresentazione della distribuzione
dell’energia radio irradiata dall’antenna
nelle diverse direzioni dello spazio.
Azimuth ed elevation sono la stessa cosa?
No. L’azimuth rappresenta normalmente
la distribuzione sul piano orizzontale,
mentre l’elevation mostra
il comportamento sul piano verticale.
Un’antenna omnidirezionale copre allo stesso modo in tutte le direzioni?
No. Il termine omnidirezionale
si riferisce principalmente
alla distribuzione sul piano orizzontale.
Sul piano verticale il pattern
può presentare variazioni significative.
Un’antenna con più dBi è sempre migliore?
No. Un guadagno più elevato
indica una maggiore concentrazione dell’energia
in alcune direzioni.
La scelta deve dipendere dall’area
che si vuole realmente coprire.
Il pattern cambia tra 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz?
Può cambiare.
Guadagno, lobi e caratteristiche
della distribuzione RF
possono essere differenti
sulle diverse bande.
Posso montare un Access Point da soffitto su una parete?
Tecnicamente può essere possibile,
ma bisogna considerare che ruotando
l’Access Point viene ruotato anche
il suo pattern di radiazione.
La copertura ottenuta può quindi
essere molto diversa da quella prevista.
Il pattern è parte del progetto, non un dettaglio del datasheet
Nella progettazione Wi-Fi professionale
il radiation pattern dell’Access Point
non dovrebbe essere considerato
una semplice informazione accessoria.
Modello dell’AP, antenna,
orientamento, altezza,
banda di frequenza e ambiente fisico
concorrono tutti a determinare
la forma reale della cella wireless.
Comprendere questi elementi
permette di utilizzare gli Access Point
nel modo per cui sono stati progettati
e di evitare installazioni
che modificano involontariamente
la distribuzione del segnale.
La simulazione permette di prevedere.
Il Wi-Fi Survey
permette di misurare.
La corretta interpretazione dei pattern
collega queste due fasi
e rende il progetto RF
realmente coerente con l’ambiente.
