Антенна 433 МГц: какую выбрать для рации, телеметрии и датчиков

Кто работает на 433 МГц

Участок около 433 МГц относится к диапазону UHF. Здесь работают маломощные радиостанции LPD, беспроводные датчики, сигнализации и шлагбаумы, телеметрия и модули LoRa 433, а рядом — любительский диапазон 70 см (430–440 МГц). Мощности передатчиков обычно малы, поэтому антенна — главный способ увеличить дальность.

Длина антенны на 433 МГц

Длина волны на 433 МГц — около 69 см. Отсюда основные размеры: четвертьволновый штырь на металлическом противовесе — около 17 см, полуволновый диполь — около 35 см. Длинные антенны с большим усилением — это несколько полуволновых элементов, включённых синфазно: чем их больше, тем выше усиление и тем длиннее антенна.

Подробно о том, почему усиление растёт с длиной и что при этом происходит с диаграммой, — в статье о коллинеарной антенне.

Всенаправленная или направленная

Всенаправленная антенна излучает одинаково во все стороны по горизонту. Её ставят на базовую станцию, ретранслятор и машину — везде, где корреспонденты вокруг. Усиление у неё получается за счёт сужения луча по вертикали: у антенны 2,15 дБи луч около 60°, у 8,5 дБи — около 15°, у 12 дБи — около 9°.

Направленная антенна собирает энергию в одну сторону. Её выбирают для связи с удалённой точкой: датчиком, постом, другим зданием. Усиление 9–15 дБи даёт выигрыш в дальности в разы.

Как оценить дальность

Потери в свободном пространстве на 433 МГц: L = 32,45 + 20 lg 433 + 20 lg d ≈ 85 + 20 lg d дБ, где d — в километрах. На 1 км это около 85 дБ, на 10 км — около 105 дБ. Каждые 6 дБ усиления антенн удваивают расстояние при прямой видимости. Поэтому замена антенны 2,15 дБи на коллинеарную 8,5 дБи на базовой станции даёт больше, чем увеличение мощности передатчика в четыре раза.

На практике дальность ограничивает не только энергетика, а прямая видимость и высота подвеса: антенна на крыше многоэтажки работает дальше, чем более мощная на уровне земли. Кабель тоже отнимает сигнал — у тонкого кабеля магнитного основания на 433 МГц около 0,3 дБ/м.

Автомобильная антенна на 433 МГц

Для машины выбирают антенну с подходящим креплением: на магните — без сверления крыши, NMO — с возможностью менять штырь, на стекло — для компактной установки. Усиление автомобильных антенн 2–6 дБи; длинные 5,5 дБи около метра длиной.

• Короткие — KADAMM AM-4002M (2,15 дБи, 180 мм) и KADAMM AM-4002B (на стекло, 2 дБи).
• Средние — KADAMM AM-4005M (5 дБи, 650 мм).
• Длинные — KADAMM AM-40055M (5,5 дБи, 1000 мм) и KADAMM AM-40055-2 под NMO.
• Двухдиапазонная VHF/UHF — KADAMM AM-1503M для раций с двумя диапазонами.

О выборе автомобильной антенны и креплении — в статьях об автомобильной антенне для рации и о магнитном основании.

Внутри здания

Для покрытия 433 МГц в здании ставят потолочные и настенные антенны: KADAMM I-ATO2-400/490S (всенаправленная, 2,15 дБи) и KADAMM I-ATP6-400/490S (панельная, 6 дБи). Широкополосные потолочные антенны 350–6000 МГц перекрывают 433 МГц вместе с сотовыми диапазонами, если система одна на все службы.

Частоты около 433 МГц

Для антенны важна не конкретная служба, а то, что все они лежат в одном диапазоне UHF: антенна 400–480 МГц одинаково работает и с рацией LPD, и с модулем телеметрии, и с базовой станцией DMR. Отличаются требования к усилению, мощности и разъёму.

Антенна для LoRa, телеметрии и датчиков

У модулей телеметрии и LoRa на плате обычно разъём SMA или U.FL, а передатчик маломощный. Короткая антенна на самом модуле подходит для связи в пределах здания или участка. Для шлюза LoRa, который должен слышать датчики на километры вокруг, антенну выносят наверх: всенаправленная коллинеарная 5–8 дБи на мачте или крыше, кабель с малыми потерями к шлюзу внизу. Для датчика в удалённой точке — небольшая Яги, направленная на шлюз: KADAMM ADY-400-440-Z3 длиной 490 мм даёт 6,5 дБи.

Разъёмы антенн 433 МГц

Если разъём антенны и аппаратуры не совпадает, ставят переход — но каждый переход это ещё одно соединение, потери и точка, которая может окислиться. Лучше сразу выбрать антенну с нужным разъёмом или кабельную сборку с ответными разъёмами на концах.

Как выбрать антенну 433 МГц

• Диапазон антенны должен включать 433 МГц с запасом: подходят исполнения 400–480, 400–490, 380–500 МГц.
• Тип — по задаче: всенаправленная для базы и машины, направленная для канала к одной точке.
• Усиление — по дальности и рельефу: чем выше усиление всенаправленной антенны, тем уже луч по вертикали и тем хуже связь с корреспондентами прямо под антенной.
• Разъём — N у стационарных, BNC, SMA, UHF у носимых и автомобильных.
• Мощность — у стационарных антенн 100–500 Вт, этого хватает с запасом.

Как проверить антенну 433 МГц

Самая частая причина малой дальности — не антенна, а тракт к ней. Проверка занимает несколько минут:

• КСВН на рабочей частоте — прибором между передатчиком и кабелем. У исправной антенны UHF он обычно не выше 1,5; заметно выше — ищите плохой разъём, влагу или повреждённый кабель.
• Сравнение с эталоном — заведомо исправная короткая антенна на том же месте: если с ней связь не хуже, проблема в основной антенне или кабеле.
• Противовес у четвертьволновых антенн: штырь без металлической поверхности под ним показывает высокий КСВН на любой частоте.
• Поляризация на обоих концах: обе антенны вертикальные, направленная — с вертикальными элементами.

У антенн для шлагбаумов, сигнализаций и метеостанций приёмник часто стоит в металлическом шкафу. Антенна внутри шкафа почти не работает: её выносят наружу на коротком кабеле, а сам кабель вводят через гермоввод внизу шкафа.

Частые ошибки

• Антенна на другой диапазон. Антенна 2,4 ГГц или 868 МГц на 433 МГц не согласована и теряет большую часть мощности.
• Длинный тонкий кабель. 10 м тонкого кабеля съедают 3 дБ — половину мощности.
• Штырь без противовеса. Четвертьволновой антенне нужна металлическая поверхность под ней.
• Слишком высокое усиление на базе в холмистой местности. Узкий вертикальный луч проходит над корреспондентами в низинах.

Модели

KADAMM AH-40005

Носимая 400–480 МГц

5 дБи, 365 мм, разъём BNC.

Открыть карточку

KADAMM AM-40055M

Автомобильная 400–480 МГц

5,5 дБи, на магните, 1000 мм.

Открыть карточку

KADAMM AC-4005AT

Стационарная коллинеарная

5 дБи, 1200 мм, до 100 Вт.

Открыть карточку

KADAMM AC-4009E

Стационарная коллинеарная

8,5 дБи, 2500 мм.

Открыть карточку

KADAMM ADY-400-480-Z8

Яги 400–480 МГц

11,2 дБи, 1300 мм.

Открыть карточку

KADAMM I-ATP6-400/490S

Внутренняя панельная

6 дБи, 400–490 МГц.

Открыть карточку