Параболическая антенна: как выбрать диапазон, усиление и диаметр для связи и интернета

Как устроена параболическая антенна

Антенна состоит из рефлектора в форме параболоида вращения и облучателя, установленного в фокусе. Волна от облучателя отражается от рефлектора и уходит параллельным пучком вдоль оси; на приёме всё наоборот — рефлектор собирает энергию с большой площади в одну точку. Поэтому усиление параболической антенны определяет прежде всего размер рефлектора относительно длины волны.

Для оценки пользуются формулой G ≈ η · (πD/λ)², где D — диаметр, λ — длина волны, η — коэффициент использования поверхности (обычно 0,5–0,6). Удвоение диаметра или частоты прибавляет около 6 дБ.

Серии параболических антенн КАДАММ (KADAMM)

Каждая серия — одна карточка с таблицей исполнений: диапазон, усиление, ширина луча в двух плоскостях, поляризация, разъём, габариты и масса. Нужное исполнение указывают при заказе.

Усиление, ширина луча и габариты

Рост усиления всегда «оплачивается» сужением луча и размером. Несколько исполнений из таблиц серий:

Как оценить, хватит ли усиления

Для канала «точка–точка» считают энергетический расчёт линии: мощность передатчика плюс усиление двух антенн минус потери в кабелях и потери на трассе должны оставить запас над чувствительностью приёмника. Потери на трассе в свободном пространстве: L = 32,45 + 20 lg f + 20 lg d, где f — в МГц, d — в км. Например, на 5800 МГц и 20 км это около 134 дБ.

Кроме энергетического запаса нужна прямая видимость с запасом по зоне Френеля: препятствия в эллипсоиде вокруг линии прямой видимости ослабляют сигнал, даже если «видно глазами». На длинных трассах антенны поднимают выше деревьев и крыш с учётом кривизны Земли.

Параболическая антенна для интернета 4G

Параболическую антенну ставят для 4G, когда базовая станция далеко и в известной стороне, а другие антенны уже не дают устойчивого сигнала. Условия: диапазон антенны совпадает с диапазоном оператора, а наведение — точно на вышку. Для LTE-800 и LTE-900 подходят исполнения серии KADAMM APB-0410 на 680–960 МГц. Если сигнал нужен в нескольких диапазонах сразу, удобнее широкополосная направленная или логопериодическая антенна — см. статью об антеннах для роутера и модема.

Параболическая антенна MIMO

Для MIMO 2×2 нужны две развязанные поляризации в одном облучателе. В сериях КАДАММ (KADAMM) есть исполнения с двумя линейными поляризациями V+H и двумя разъёмами N, например KADAMM APB-4900-5850-28 и KADAMM APB-4900-5850-34 в серии KADAMM APB-4971.

Сетчатый или сплошной рефлектор

На нижних частотах длина волны велика, и сетка с мелким шагом для волны выглядит как сплошная поверхность. На 5–7 ГГц длина волны 4–6 см, и нужна сплошная поверхность.

Установка и наведение

• Опора. Жёсткая мачта или стена: у крупных рефлекторов масса до десятков килограммов и большая парусность.
• Грубое наведение — по карте и компасу, точное — по уровню сигнала на приёмнике: по азимуту, затем по углу места.
• Поляризация. На обоих концах трассы должна совпадать.
• Кабель. Как можно короче; на 5 ГГц часто ставят радиомодуль прямо на антенну.
• Грозозащита и заземление мачты обязательны.

Подробно о наведении — в статье о юстировке антенн. Для лицензируемых радиорелейных линий есть отдельный раздел радиорелейные антенны.

Климат, обледенение и ветровая нагрузка

Параболическая антенна на мачте — большая плоскость под ветром. Нагрузку на опору считают по площади рефлектора и расчётной скорости ветра района; для крупных рефлекторов 1,5–1,8 м это главный фактор при выборе мачты и кронштейна. Обледенение увеличивает массу и парусность, а на сплошном рефлекторе ещё и искажает поверхность: на 5–7 ГГц даже тонкий лёд заметно снижает усиление. В районах с обильным обледенением закладывают запас по энергетике линии и выбирают исполнения с радомом там, где он предусмотрен.

Частые ошибки

• Не тот диапазон. Антенна серии 2,4 ГГц не работает на 5 ГГц и наоборот: облучатель рассчитан на свою полосу.
• Слабая опора. От ветра антенна с узким лучом «гуляет», и сигнал пропадает порывами.
• Разная поляризация на концах трассы. Потери до 20 дБ и больше.
• Нет запаса по зоне Френеля. Деревья и крыши около линии прямой видимости режут сигнал, особенно летом, когда на деревьях листва.
• Длинный кабель на 5 ГГц. Потери съедают выигрыш рефлектора; радиомодуль ставят у антенны.

Параболическая антенна или другая направленная

Как выбрать исполнение внутри серии

Внутри каждой серии исполнения отличаются диапазоном, диаметром и поляризацией. Порядок выбора:

• Частоты оборудования должны попадать внутрь диапазона исполнения с запасом; у серии 400–960 МГц исполнения нарезаны поддиапазонами.
• Требуемое усиление — по энергетическому расчёту линии: к нужному значению добавляют запас на замирания и погоду.
• Поляризация. Одна линейная (вертикальная или горизонтальная, выбирается при монтаже) или две линейные V+H для MIMO.
• Габариты и масса — по возможностям опоры: у крупных исполнений масса до десятков килограммов.
• Разъём — N у большинства исполнений; у исполнений V+H — два разъёма.

Если требуемое усиление получается между исполнениями, берут ближайшее большее: запас по энергетике линии компенсирует потери в кабеле, неточность наведения и погоду. Если трасса короткая и сигнал с запасом, лишнее усиление не вредит, но требует более точного наведения.

Параболическая антенна для интернета на даче

Когда до вышки оператора больше 10–15 км и между ними лес, обычной направленной антенне может не хватить усиления. Параболическая антенна 400–960 МГц даёт 14–20 дБи в диапазонах LTE-800 и LTE-900, которые лучше всего проходят на дальние расстояния. Антенну наводят на вышку, модем ставят как можно ближе к антенне, а наведение уточняют по SINR в интерфейсе роутера.

Все исполнения каждой серии сведены в одну карточку: в ней таблица исполнений с диапазоном, усилением, шириной луча в двух плоскостях, поляризацией, разъёмом, габаритами и массой. При заказе указывают артикул исполнения из таблицы, например KADAMM APB-1120-1200-24.

Модели

KADAMM APB-0410

400–960 МГц

Серия 14–20 дБи: телеметрия, LTE-450, LTE-800/900.

Открыть карточку

KADAMM APB-1116

1,1–1,5 ГГц

Серия 12–26 дБи для каналов L-диапазона.

Открыть карточку

KADAMM APB-2425

Wi-Fi 2,4 ГГц

Серия 15–27 дБи для мостов между зданиями.

Открыть карточку

KADAMM APB-4971

4,9–7,1 ГГц

Серия 23–34 дБи, есть исполнения V+H для MIMO.

Открыть карточку