О каких антеннах речь
Антенна УКВ в этой статье — антенна стационарной радиостанции: диспетчерского пункта, ретранслятора, узла транкинговой сети TETRA или DMR, станции LTE-450. Её ставят на мачту, крышу или внутри здания и подключают кабелем. К антеннам портативных и автомобильных раций это не относится — там другие размеры, мощности и требования.
В разделе антенн УКВ KADAMM 27 моделей: 5 на полосы VHF и 22 на UHF. Ниже разберём, чем отличаются диапазоны, как устроены четыре типа антенн и что определяет зону связи.
VHF и UHF: что это за диапазоны и чем отличаются
VHF (Very High Frequency) — диапазон очень высоких частот, по-русски ОВЧ: от 30 до 300 МГц, длина волны от 10 до 1 м, поэтому его ещё называют метровым. UHF (Ultra High Frequency) — ультравысокие частоты, УВЧ: от 300 до 3000 МГц, волны от 1 м до 10 см, дециметровый диапазон (ДМВ). В русской радиосвязи оба диапазона вместе называют УКВ — ультракороткие волны.
| Диапазон | Частоты и волны | Где в радиосвязи |
|---|---|---|
| VHF, ОВЧ, метровые волны | 30–300 МГц, 10–1 м | служебные и диспетчерские радиосети 136–174 МГц, морская и авиационная связь, FM-радиовещание |
| UHF, УВЧ, дециметровые волны | 300–3000 МГц, 1 м – 10 см | радиосети 400–470 МГц, TETRA, DMR, LTE-450, а выше по частоте — сотовая связь и Wi-Fi |
Когда речь о профессиональных радиостанциях и их антеннах, под VHF обычно понимают полосу 136–174 МГц, под UHF — 380–512 МГц. Антенны KADAMM рассчитаны именно на эти участки.
Главная разница между диапазонами — длина волны. Она задаёт размер излучателей, а значит, и размер всей антенны. Полуволновой диполь — основа почти любой антенны УКВ — длиной около половины волны.
| Частота | Длина волны | Половина волны |
|---|---|---|
| 150 МГц | 2 м | 1 м |
| 400 МГц | 0,75 м | 0,38 м |
| 460 МГц | 0,65 м | 0,33 м |
Поэтому антенна VHF с тем же усилением заметно длиннее антенны UHF. У коллинеарных антенн KADAMM длина на VHF — 3250–4700 мм, на UHF — 2380–2665 мм.
На практике VHF лучше огибает рельеф и лес и дальше проходит на открытой местности. UHF лучше проникает в здания через проёмы и позволяет сделать антенны компактнее; в городской застройке и внутри объектов его выбирают чаще. Диапазон определяет не антенна, а частоты, выделенные сети: антенну подбирают под них.
Четыре типа антенн УКВ
Сводка по разделу — диапазоны усиления, ширины луча в вертикальной плоскости, длины и допустимой мощности. Ширина вертикального луча у панельных и потолочных антенн указана не у всех моделей, в таблице — только приведённые значения:
| Тип | Моделей | Усиление | Луч по вертикали | Длина | Мощность |
|---|---|---|---|---|---|
| коллинеарные | 6 | 5–8,5 дБи | 14,5–50° | 2380–4700 мм | 50–500 Вт |
| дипольные решётки | 3 | 3–8,2 дБи | 16–35° | 1560–4953 мм | 300 Вт |
| панельные | 12 | 6–15 дБи | 15° | 240–2600 мм | 50–250 Вт |
| потолочные | 6 | 2–4,5 дБи | 80° | 160–280 мм | 50 Вт |
Коллинеарная антенна: что это и как работает
Внутри стеклопластиковой трубы друг над другом стоят несколько полуволновых излучателей, соединённых так, что токи в них совпадают по фазе. Поля складываются в горизонтальной плоскости, и антенна излучает во все стороны одинаково, но прижимает энергию к горизонту. Чем больше секций, тем длиннее антенна, выше усиление и уже луч по вертикали.
Название — от слова «коллинеарный», то есть лежащий на одной прямой: все излучатели стоят на одной оси. Чтобы токи в соседних секциях совпадали по фазе, между ними ставят фазирующие элементы — катушки или свёрнутые отрезки линии. Без них соседние полуволновые отрезки работали бы в противофазе и гасили друг друга.
Усиление растёт с числом секций, но медленнее, чем длина: каждое удвоение числа излучателей добавляет около 3 дБ. Ориентир для идеальной антенны без потерь:
| Излучателей | Усиление, дБи | Длина излучателей на 150 / 450 МГц |
|---|---|---|
| 1 — полуволновой диполь | 2,15 | 1 м / 0,33 м |
| 2 | около 5 | 2 м / 0,7 м |
| 3 | около 7 | 3 м / 1 м |
| 4 | около 8 | 4 м / 1,3 м |
Реальная антенна длиннее — добавляются фазирующие вставки и крепления, — а усиление на 0,5–1 дБ ниже из-за потерь в фазирующих элементах. Так, коллинеарная КАДАММ AC-150-8-100 на 134–173 МГц длиной 4700 мм даёт 8,5 дБи, а UHF-модели AC-406430-8-500 и AC-450470-8-500 при длине 2665 и 2380 мм — 8 дБи. Усиление одинаково работает на передачу и на приём: антенна, которая сильнее излучает к горизонту, так же лучше принимает с горизонта.
Коллинеарную антенну ставят на вершину мачты, чтобы металл опоры не искажал круговую диаграмму. Это основной выбор для ретранслятора или диспетчерской станции в центре зоны обслуживания. У моделей KADAMM усиление — 5–8,5 дБи, луч по вертикали — 14,5–50°.
Дипольная антенна и дипольная решётка
Дипольная антенна — простейшая антенна из двух одинаковых проводников, между которыми подключён кабель. Чаще всего это полуволновой диполь: его общая длина около половины волны, на практике на 3–5 % короче. Для 150 МГц это примерно 0,95 м, для 450 МГц — около 0,32 м. Вертикальный диполь излучает во все стороны по горизонтали, его усиление — 2,15 дБи. С ним сравнивают другие антенны: усиление в дБд отсчитывают от диполя, в дБи — от идеального точечного излучателя, 0 дБд = 2,15 дБи.
Одиночный диполь для стационарной станции даёт мало, поэтому диполи объединяют: друг над другом в одной трубе — получается коллинеарная антенна, на общей опоре с делителем — дипольная решётка.
Дипольная решётка — это несколько отдельных диполей на общей траверсе или кронштейнах, соединённых кабельным жгутом-делителем. Диполи крепят сбоку мачты на выносах. Решётка тяжелее и крупнее коллинеарной антенны, зато выдерживает большую мощность и даёт свободу: разворачивая диполи относительно мачты, получают круговую, смещённую или вытянутую зону.
У дипольных решёток KADAMM 3 модели, усиление — 3–8,2 дБи, допустимая мощность — 300 Вт. Такие антенны берут для мощных передатчиков, объединения нескольких станций через комбайнер и для мачт, вершина которых занята.
Панельная антенна UHF
Панельная антенна — излучатели перед металлическим экраном. Она светит в сектор и почти не излучает назад, поэтому её ставят на стену здания, край крыши или вдоль трассы, когда круговая зона не нужна или мешает: например, чтобы не создавать помех соседней сети.
Компактных панелей KADAMM с полосой 20 МГц — 11, луч по горизонтали 85°, усиление 6 дБи. Полосы, частично перекрывающиеся: 400–420 МГц, 410–430 МГц, 420–440 МГц, 425–445 МГц, 440–460 МГц, 450–470 МГц, 460–480 МГц, 470–490 МГц. Узкая полоса упрощает согласование и фильтрацию, но требует точно знать частоты сети. Для широкого участка есть панель КАДАММ APVT-3850-1165 на 380–500 МГц с усилением 11,5 дБи, для дальней секторной зоны — КАДАММ APVT-4547-1565 длиной 2600 мм с усилением 15 дБи.
Антенны УКВ внутри здания
Радиосвязь внутри больших объектов — складов, заводов, торговых центров, тоннелей — строят как распределённую систему: сигнал ретранслятора расходится по кабелям и делителям к потолочным антеннам. В разделе 6 потолочных антенн: однодиапазонные на 350–600 МГц и комбинированная КАДАММ AO-3827V4TG, в которой полоса 380–470 МГц совмещена с сотовыми 698–960 и 1427–2700 МГц — радиосеть и сотовая связь идут по одной кабельной системе.
Высота подвеса и дальность
На УКВ радиоволна распространяется в основном в пределах прямой видимости. Первая оценка дальности — радиогоризонт: d ≈ 4,12 · (√h1 + √h2), где высоты в метрах, дальность в километрах. Реальная дальность меньше или больше в зависимости от мощности, чувствительности приёмника, рельефа и застройки, но порядок величины формула даёт верно.
| Высота антенны | До носимой станции на 1,5 м | До такой же мачты |
|---|---|---|
| 15 м | 21 км | 32 км |
| 30 м | 28 км | 45 км |
| 50 м | 34 км | 58 км |
Отсюда главное правило: поднять антенну выше обычно полезнее, чем взять антенну с большим усилением. Каждые метры высоты расширяют радиогоризонт, а лишние децибелы усиления только сужают луч.
Зона под мачтой: обратная сторона усиления
Усиление всенаправленной антенны получается сжатием луча по вертикали. Абонент рядом с опорой видит антенну под большим углом и оказывается ниже главного лепестка. Край лепестка по уровню −3 дБ пересекает землю на расстоянии примерно h / tg(θв / 2). Для антенн KADAMM на высоте 30 м это выглядит так:
| Модель | Диапазон | Усиление | Луч по вертикали | Край лепестка при 30 м |
|---|---|---|---|---|
| КАДАММ AC-150-8-100 | 134–173 МГц | 8,5 дБи | 14,5° | около 240 м |
| КАДАММ AD4-406512-6-300 | 406–512 МГц | 6 дБи | 16° | около 210 м |
| КАДАММ AC-406430-8-500 | 406–430 МГц | 8 дБи | 18° | около 190 м |
| КАДАММ AC-450470-8-500 | 450–470 МГц | 8 дБи | 18° | около 190 м |
| КАДАММ AD4-150-8-300 | 144–174 МГц | 8,15 дБи | 18° | около 190 м |
| КАДАММ ANT150G6 | 134–173 МГц | 6,5 дБи | 25° | около 140 м |
| КАДАММ ANT150G55 | 146–160 МГц | 5 дБи | 35° | около 100 м |
| КАДАММ AD2-380470-3-300 | 380–470 МГц | 3 дБи | 35° | около 100 м |
| КАДАММ AO-144174V5RF | 144–174 МГц | 5 дБи | 50° | около 60 м |
Ближе этого расстояния связь держится на боковых лепестках, и рядом с опорой её обычно хватает, но в плотной застройке и внутри зданий у подножия высокой мачты бывают провалы. Если основные абоненты рядом, берут антенну с меньшим усилением или используют электрический наклон луча вниз, если он есть у модели.
Мощность и разъёмы
Допустимая мощность — не формальность: у передатчика ретранслятора, работающего через комбайнер на несколько каналов, мощность на входе антенны складывается. Модели на 240 Вт и выше в разделе: КАДАММ AC-406430-8-500 — 500 Вт, разъём N, розетка (IEC 61169-16); КАДАММ AC-450470-8-500 — 500 Вт, разъём N, розетка (IEC 61169-16); КАДАММ ANT150G55 — 500 Вт, разъём N, розетка (IEC 61169-16); КАДАММ AD2-380470-3-300 — 300 Вт, разъём N, вилка или 7-16 DIN (по выбору) (IEC 61169-4); КАДАММ AD4-150-8-300 — 300 Вт, разъём N, розетка или 7/16 DIN, розетка (по выбору) на кабеле-жгуте (IEC 61169-4); КАДАММ AD4-406512-6-300 — 300 Вт, разъём 7/16 DIN, розетка или N, розетка (IEC 61169-4); КАДАММ APVT-4547-1565 — 250 Вт, разъём 7-16 DIN, розетка (IEC 61169-4); КАДАММ APVT-3850-1165 — 240 Вт, разъём 7-16, розетка (IEC 61169-4).
Разъём выбирают под мощность и кабель: 7/16 крупнее и рассчитан на толстый фидер, N компактнее. Как видно из списка, в разделе мощные антенны есть с обоими разъёмами, поэтому перед заказом сверяют разъём антенны с перемычкой и радиостанцией.
Несколько антенн на одной мачте
На мачте часто стоят антенны разных сетей или приёмная и передающая антенны одного ретранслятора. Если разнести их по горизонтали на небольшое расстояние, мощный передатчик одной сети забивает приёмник соседней. Всенаправленные антенны УКВ разносят по вертикали: они почти не излучают вверх и вниз, поэтому развязка между антеннами одна над другой получается намного больше, чем между стоящими рядом.
Второе решение — одна антенна на приём и передачу через дуплексный фильтр. Оно освобождает место на мачте и сокращает число кабелей, но требует фильтра с достаточным подавлением между частотами приёма и передачи. Когда на одну антенну работают несколько передатчиков, между ними ставят комбайнер, и мощность на входе антенны растёт — её нужно проверить по паспорту.
Кабель до антенны
Потери в кабеле растут с частотой и длиной. На VHF они заметно меньше, чем на UHF, но на высокой мачте с длинным фидером даже там съедают часть выигрыша от усиления. Поэтому радиостанцию стараются ставить ближе к антенне, а фидер берут толще, если трасса длинная.
Как выбрать тип антенны
| Задача | Тип | Почему |
|---|---|---|
| ретранслятор в центре зоны, мачта свободна сверху | коллинеарная | круговая зона, простой монтаж на вершину |
| несколько передатчиков через комбайнер, большая мощность | дипольная решётка | до 300 Вт на вход |
| вершина мачты занята, нужна смещённая зона | дипольная решётка | диполи на выносах сбоку опоры |
| зона вдоль стены, трассы или в одну сторону | панельная | сектор без излучения назад |
| склад, завод, тоннель | потолочные в распределённой системе | равномерное покрытие внутри |
| связь с удалённым пунктом | направленная антенна Яги | узкий луч и усиление на одну точку |
Что уточнить перед заказом
- Частоты передачи и приёма сети — полоса антенны должна перекрывать обе с запасом.
- Мощность передатчика и число каналов через комбайнер.
- Где будет антенна: вершина мачты, выносной кронштейн, стена, потолок.
- Высоту подвеса и где находятся основные абоненты — рядом с опорой или на краю зоны.
- Разъём радиостанции и тип кабеля, чтобы сразу подобрать перемычки.
- Нужен ли дуплексный фильтр, если ретранслятор работает на одну антенну.
Модели KADAMM
Все антенны УКВ с характеристиками по полосам — в разделе антенн УКВ.
