Дипольная антенна VHF и UHF: длина диполя, решётки вибраторов и выбор для базовой станции

Что такое дипольная антенна

Диполь — два проводника (плеча), к которым в середине подключён фидер. Резонанс наступает, когда полная длина близка к половине длины волны: так получается полуволновый диполь. Его диаграмма в плоскости, перпендикулярной оси, — круговая, вдоль оси — провал. Поэтому вертикальный диполь излучает равномерно во все стороны по горизонту, как и нужно для связи УКВ с вертикальной поляризацией.

• Усиление полуволнового диполя — 2,15 дБи. Это эталон: 0 дБд = 2,15 дБи.
• Сопротивление около 73 Ом; в антеннах для систем связи его согласуют с фидером 50 Ом.
• Полоса зависит от толщины вибратора: трубчатые и складчатые вибраторы антенн базовых станций перекрывают десятки мегагерц.

Длина дипольной антенны

Длина волны λ = 300 / f (м, f в МГц). Полуволновый диполь короче половины волны примерно на 5 % из-за толщины проводника и краевого эффекта, поэтому на практике L ≈ 142,5 / f.

Решётка вибраторов для базовой станции

Одиночный диполь даёт 2,15 дБи. Чтобы получить больше, несколько вибраторов ставят друг над другом на мачте и запитывают синфазно через делитель: энергия сжимается в вертикальной плоскости, и усиление растёт примерно на 3 дБ при каждом удвоении числа вибраторов. Так устроены решётки из двух и четырёх вибраторов — основной тип стационарной антенны УКВ, наравне с коллинеарной антенной в радоме.

Особенность решётки — диаграмма зависит от монтажа. Если вибраторы разнести вокруг мачты, диаграмма близка к круговой; если поставить их по одну сторону на заданном расстоянии (λ/4, 3λ/8, λ/2), мачта работает как рефлектор, и антенна становится направленной с большим усилением. Поэтому в карточках решёток KADAMM усиление указано для разных схем размещения, а диаграммы направленности — для каждого варианта.

Дипольная или коллинеарная антенна

Решётку выбирают, когда нужна большая мощность, управляемая диаграмма или устойчивость к обледенению; коллинеарную — когда важны простота монтажа и аккуратный вид. Коллинеарные антенны — в разделе антенны для раций и радиостанций УКВ, подробный разбор УКВ-сетей — в статье об антеннах УКВ для TETRA, DMR и LTE-450.

Как выбрать дипольную антенну

• Диапазон. VHF 130–180 МГц, 200–290 МГц, 330–400 МГц или UHF 380–512 МГц — по частотам сети.
• Усиление и число вибраторов. Один вибратор — 2,15 дБи, две–четыре — 5–13 дБи; больше усиление — выше антенна.
• Диаграмма. Круговая зона вокруг мачты или направленная в сторону района.
• Мощность и разъём. Для мощных ретрансляторов — решётки на 300 Вт с разъёмом 7/16 DIN.
• Мачта. Диаметр и высота мачты, место под разнос вибраторов.

Одиночный диполь KADAMM AD-400-2 (400–510 МГц, 2,15 дБи) подходит как простая стационарная антенна 433 МГц. Все модели — в разделе дипольные антенны VHF/UHF.

Монтаж решётки вибраторов

Решётку собирают на мачте по схеме из документации: вибраторы крепят кронштейнами на заданной высоте и на заданном расстоянии от мачты, затем соединяют фазирующими кабелями с делителем. Порядок важен: фазирующие кабели одинаковой длины обеспечивают синфазное питание вибраторов, и укорачивать или менять их местами нельзя — диаграмма «развалится».

• Расстояние от мачты. Задаёт форму диаграммы: λ/4, 3λ/8 или λ/2 от оси мачты по схеме производителя.
• Ориентация. При направленной схеме вибраторы разворачивают в сторону района обслуживания; при круговой — распределяют вокруг мачты.
• Кабели. Фазирующие кабели крепят к мачте без перегибов, разъёмы герметизируют.
• Молниезащита. Вибраторы с заземлением по постоянному току отводят статику, но грозоразрядник на фидере и заземление мачты обязательны.
• Проверка. После сборки меряют КСВН на рабочих частотах на конце фидера.

Частые ошибки

• Решётка не того диапазона. VHF-решётка не работает в UHF.
• Разный разнос вибраторов. Диаграмма получается несимметричной, в одной стороне провал.
• Перепутанные фазирующие кабели. Усиление падает, КСВН растёт.
• Вибраторы в тени мачты при круговой схеме: нужен равномерный разнос по кругу.
• Нет герметизации разъёмов. Вода в разъёме — рост КСВН через сезон.

Дипольные антенны по диапазонам

Для каждого диапазона есть решётки с разным числом вибраторов и усилением. Высокое усиление даёт дальность, но требует высокой мачты и большей высоты самой антенны: у решёток на 11–13 дБи высота достигает 5–9 м. Для небольших объектов хватает двух вибраторов.

Дипольная антенна или антенна Яги

Если нужна связь не вокруг мачты, а с одним удалённым пунктом — ретранслятором или объектом, — антенна Яги даёт больше усиления при меньших размерах и отсекает помехи с боков. Решётка вибраторов с направленной схемой размещения — компромисс: широкий сектор обслуживания и умеренное усиление. Антенны Яги — в разделе антенны Яги.

Дипольные решётки КАДАММ (KADAMM) поставляются с кронштейнами для мачты, фазирующими кабелями и делителем; схемы размещения и диаграммы для каждой схемы приведены в карточке модели и в техническом описании.

Несколько антенн на одной мачте

На мачте ретранслятора часто стоят приёмная и передающая антенны или антенны разных сетей. Чтобы они не мешали друг другу, их разносят по вертикали: вертикальный разнос даёт большую развязку, чем горизонтальный, потому что у вертикальных антенн провал диаграммы направлен вверх и вниз. Решётки разных диапазонов размещают на разных ярусах мачты, а кабели ведут отдельно. Если приём и передача идут через одну антенну, между ней и радиостанциями ставят дуплексный фильтр.

Модели

KADAMM AD2-150-5-300

VHF, два вибратора

146–174 МГц, 5,15 дБи, 7/16 DIN.

Открыть карточку

KADAMM AD4-150-8-300

VHF, четыре вибратора

144–174 МГц, 8,15 дБи.

Открыть карточку

KADAMM AD-150-12

VHF, дальняя зона

130–180 МГц, 11,8 дБи.

Открыть карточку

KADAMM AD4-406512-6-300

UHF, четыре вибратора

406–512 МГц, 6 дБи, 7/16 DIN.

Открыть карточку

KADAMM AD-400-13

UHF 433 МГц

400–480 МГц, 13 дБи.

Открыть карточку

KADAMM AD-400-2

Одиночный диполь

400–510 МГц, 2,15 дБи.

Открыть карточку