Оснащение производства
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Что такое направленная антенна
Направленная антенна собирает излучение в один сектор и почти не излучает в остальные. Мощность передатчика при этом не растёт — она перераспределяется: в сторону луча уходит больше, в стороны и назад — меньше. Отсюда и выигрыш на приёме: антенна направленного действия слышит корреспондента в луче громче, а помехи с других направлений — тише. Мерой этого служит коэффициент усиления в дБи — во сколько раз антенна в направлении максимума лучше изотропного излучателя, одинакового во все стороны. Иногда усиление дают в дБд, относительно полуволнового диполя: дБи = дБд + 2,15.
Направленными бывают антенны разной конструкции: директорные (Яги, «волновой канал»), логопериодические, панельные, параболические и рупорные. Их устройство и отличия подробно разобраны в статьях о каждом виде. Здесь — другой вопрос: как выбрать направленную антенну под конкретную задачу и правильно направить её на вышку или на вторую точку. Все примеры — модели каталога КАДАММ (KADAMM) с цифрами из их карточек.
Сколько даёт усиление: расчёт дальности
В свободном пространстве мощность на входе приёмника описывает формула Фрииса: Pпр = Pпер + Gпер + Gпр − Lсв, где Lсв = 20·lg(d) + 20·lg(f) + 32,45 дБ — потери на трассе (d в километрах, f в мегагерцах). Если заменить штыревую антенну 2 дБи на направленную 14 дБи, на приёме будет на 12 дБ больше. Чтобы потери трассы съели эти 12 дБ, расстояние должно вырасти в 10^(12/20) ≈ 4 раза. Отсюда простое правило: каждые 6 дБ усиления удваивают дальность в свободном пространстве, если ничто не закрывает трассу.
| Задача | Было | Стало | Прибавка | Дальность |
|---|---|---|---|---|
| Модем 4G за городом | штырь 2 дБи | логопериодическая 10,5 дБи (3,3–4,2 ГГц) | +8,5 дБ | × 2,7 |
| Мост Wi-Fi 2,4 ГГц | штырь 5 дБи | панель 15 дБи | +10 дБ на каждой стороне | × 10 (обе стороны) |
| Рация 400–490 МГц | штырь 2 дБи | директорная 14,7 дБи | +12,7 дБ | × 4,3 |
| Мост 2,4 ГГц на 10+ км | панель 15 дБи | парабола 28 дБи | +13 дБ на каждой стороне | × 20 (обе стороны) |
Если направленные антенны стоят на обоих концах линии, их усиления складываются: две антенны по 15 дБи дают +20 дБ к паре штырей 5 дБи, то есть дальность в 10 раз больше. На практике предел ставит не формула, а трасса: рельеф, лес, здания и кривизна Земли. Формула Фрииса показывает потолок, а не обещание.
Зона Френеля. Для радиоканала важна не только прямая видимость, но и свободный эллипсоид вокруг линии между антеннами. Его радиус в середине трассы r = 17,32·√(d / 4f) метров (d в километрах, f в гигагерцах). На 5 км при 5,8 ГГц это около 8 м: деревья и крыши в этой зоне ослабляют сигнал даже при видимой антенне. Свободными держат хотя бы 60 % радиуса.
Усиление и ширина луча связаны
Усиление нельзя получить «бесплатно»: чем оно выше, тем уже луч. Для идеальной антенны без потерь и боковых лепестков коэффициент направленного действия равен 41 253 / (θГ·θВ), где θ — ширина луча по уровню −3 дБ в горизонтальной и вертикальной плоскостях, в градусах. У реальных антенн часть энергии уходит в боковые лепестки и потери, поэтому числитель меньше. По карточкам KADAMM он лежит в пределах 18–35 тысяч.
Из этого следуют два практических вывода. Первый: узкий луч надо точно наводить — у антенны с шириной 15° уход на 7–8° от оси уже стоит половину мощности. Второй: если корреспондентов несколько и они в разных направлениях, узкий луч их не охватит — нужен сектор пошире или несколько антенн. Например, у KADAMM APVT-380395-12105 в горизонтали 105° при 12 дБи: луч сжат по вертикали до 18°, а по горизонтали покрывает широкий сектор — так устроены антенны для раций и TETRA на мачте у трассы.
Какую направленную антенну выбрать: по задаче
Первым выбирают диапазон: антенна работает только в своей полосе частот. Вторым — нужный сектор и усиление, третьим — число портов и поляризацию. Ниже — типовые задачи и модели, на которых их удобно решать.
| Задача | Тип антенны | Пример KADAMM | Усиление | Ширина ДН Г / В |
|---|---|---|---|---|
| Wi-Fi 2,4 ГГц, точка — точка до нескольких км | панельная | KADAMM APW240015 | 15 дБи | 15° / 60° |
| Wi-Fi 2,4 ГГц, мост на 10 км и дальше | параболическая | KADAMM APB-2425 | 15–28 дБи | от 6° / 6° |
| Wi-Fi 5 ГГц, мост | панельная | KADAMM APW495820 | 20 дБи | 20° / 10° |
| Wi-Fi 5–6 ГГц, сектор с подавлением тыла | рупорная | KADAMM APWD496513 | 13 дБи | 42° / 42°, КЗД ≥ 32 дБ |
| 4G/5G для модема и роутера, все диапазоны | логопериодическая | KADAMM ALP-0660V10KB | 9–10,5 дБи | 90…35° / 60…35° |
| 4G 1800–2600, MIMO 2 × 2 | панельная ±45° | KADAMM O-ATP16-1710/2700M | 15,2–16,5 дБи | 35…25° / 25…16° |
| GSM 900, усилитель связи | директорная (Яги) | KADAMM K81809011Y | 11 дБи | 40° / 35° |
| 3G 1900 | директорная (Яги) | KADAMM ADY-1850-1990-15 | 15 дБи | 30° / 30° |
| Рация и телеметрия 433 МГц, UHF | директорная (Яги) | KADAMM ADY-400-49-0E | 14,7 дБи | 20° / 32° |
| Рация VHF 134–173 МГц | директорная (Яги) | KADAMM ADY-134-173-150E | 14,5 дБи | 20° / 40° |
| TETRA вдоль трассы | панельная | KADAMM APVT-380395-12105 | 12 дБи | 105° / 18° |
Директорные антенны — самые лёгкие в пересчёте на децибел усиления в УКВ, и у части моделей поляризацию выбирают поворотом при монтаже. Панельные компактнее по длине и лучше переносят ветер, легко делаются двухпортовыми для MIMO. Логопериодическая — широкополосная направленная антенна: одна конструкция перекрывает диапазоны от 617 до 6000 МГц ценой меньшего усиления. Параболическая нужна там, где нужно 20 дБи и больше. Рупорная даёт чистую диаграмму с малым задним лепестком. Все направленные модели — в разделах антенны Яги, панельные, логопериодические, параболические и рупорные антенны.
Направленная антенна Wi-Fi
Для Wi-Fi направленная антенна нужна в двух случаях: радиомост между зданиями и доступ к точке на удалении. На 2,4 ГГц шире выбор и меньше потери в листве, на 5 ГГц — больше каналов и меньше помех от соседей. Для моста ставят одинаковые антенны на обоих концах и согласуют поляризацию. Двухпортовые антенны с поляризацией V+H нужны для MIMO-радио, однопортовые — для простых точек. Разделы: антенны Wi-Fi 2,4 ГГц и антенны Wi-Fi 5 ГГц.
Направленная антенна 4G для модема и роутера
У современного модема два антенных входа — основной и MIMO. Для них берут двухпортовую антенну с поляризацией ±45° или V+H: один корпус заменяет две антенны и даёт оба потока. Если вышка неизвестна или операторы работают в разных диапазонах, выручает логопериодическая антенна — она ловит и 800, и 1800, и 2600, и 3500 МГц. Если диапазон и вышка известны, панель с большим усилением даст на 5–6 дБ больше. Для модема в частном доме длина кабеля важнее лишних децибел антенны: каждый метр тонкого кабеля на 2–3 ГГц отнимает заметную долю усиления, поэтому модем ставят ближе к антенне.
Направленная антенна для рации и телеметрии 433 МГц
Для связи с удалённой точкой — базой отряда, ретранслятором, контроллером на насосной станции — достаточно директорной антенны на 9–15 дБи. Для 433 МГц и диапазона UHF подходят модели 400–490 МГц, для VHF — 134–173 МГц. На мачте ретранслятора направленные панели ставят, когда нужно накрыть дорогу или долину, а не круг. Панели для TETRA, DMR и LTE-450 собраны в разделе панельные направленные антенны УКВ.
Защитное действие: почему важен задний лепесток
Коэффициент защитного действия (КЗД, отношение вперёд/назад) показывает, насколько антенна хуже слышит сзади, чем по оси. У директорных моделей KADAMM он 12–18 дБ, у панели KADAMM O-ATP16-1710/2700M — не менее 25 дБ, у рупорной KADAMM APWD496513 — не менее 32 дБ. Большой КЗД нужен, когда за спиной антенны стоит мощный источник помех: чужая вышка, соседний мост на той же частоте, передатчик на этой же мачте. Если две точки моста на одной мачте смотрят в разные стороны, именно КЗД определяет, будут ли они мешать друг другу.
Как правильно направить антенну на вышку
Направить антенну по максимуму полосок на модеме — частая ошибка: индикатор показывает уровень, а скорость зависит от отношения сигнал/шум. Правильно наводить по измеряемым величинам. Для 4G это RSRP (уровень опорного сигнала, дБм) и SINR (сигнал к помехе и шуму, дБ), для Wi-Fi — уровень и качество канала в утилите точки доступа, для раций — уровень на приёме и разборчивость.
- Найдите вышку. Направление берут по карте базовых станций оператора или по номеру соты в инженерном меню модема. При наведении по компасу учитывают магнитное склонение района.
- Наводите по SINR. Хорошее значение SINR — от 10 дБ и выше. Иногда соседняя, более дальняя вышка даёт меньше уровень, но лучше SINR и выше скорость.
- Двигайтесь малым шагом. После каждого поворота ждите 10–20 секунд: модем усредняет измерения.
- Проверьте поляризацию. У двухпортовой антенны оба порта должны быть подключены. У однопортовой антенны для моста поляризация на обоих концах должна совпадать.
- Повторите замер после затяжки. При затягивании хомутов антенна часто уходит на несколько градусов.
Крепление, ветер и масса
Направленная антенна парусит больше штыря, и чем больше усиление, тем больше площадь. В карточках указаны масса и допустимый ветер: у панели KADAMM O-ATP16-1710/2700M — 4,5 кг и 200 км/ч, у рупорной KADAMM APWD496513 — 3,32 кг и 210 км/ч, у панели KADAMM APVT-380395-12105 — 10 кг (плюс уголковый рефлектор 3 кг) и 60 м/с. Кронштейн и мачту выбирают с запасом: антенна, сбитая ветром на несколько градусов, теряет связь так же, как ненаведённая. Разъёмы на улице герметизируют, кабель закрепляют с петлёй для стока воды.
Что указать в запросе
- Задачу и диапазон — модем 4G (какие операторы и диапазоны), мост Wi-Fi 2,4 или 5 ГГц, рация (частота).
- Расстояние и трассу — километры до вышки или второй точки, есть ли прямая видимость.
- Число портов — один порт или два для MIMO, поляризацию.
- Разъём и кабель — тип разъёма оборудования и длину кабеля до модема или радио.
- Место установки — стена, труба, мачта; высоту над землёй и ветровой район.
Модели
