Диаграмма направленности показывает, как меняется излучение или чувствительность антенны при изменении направления. Она помогает понять, куда ориентировать антенну и насколько критично отклонение от её максимума. Но радиус рисунка не является расстоянием связи.
1. Сначала определите, какое сечение перед вами
Антенна работает в трёхмерном пространстве. В паспорте обычно показывают отдельные плоские сечения: они удобнее для чтения углов и уровней. Одного рисунка недостаточно, чтобы восстановить всю пространственную диаграмму.
| Сечение | Как представить | На какой вопрос отвечает |
|---|---|---|
| Горизонтальное, azimuth | Меняем направление вокруг антенны в горизонтальной плоскости при заданном угле места. | Как широко антенна работает по сторонам от выбранного азимута? |
| Вертикальное, elevation | Рассматриваем направления выше и ниже горизонта в выбранной вертикальной плоскости. | Как распределяется уровень по высоте и наклону? |
| E-plane / H-plane | Сечения, связанные с направлениями электрического и магнитного полей. | Как выглядит диаграмма в указанных производителем плоскостях? |
Не путайте H-plane с horizontal только по букве H. Для конкретной ориентации и поляризации эти плоскости могут совпадать, но соответствие нужно проверить по схеме координат. Также выясните, где находится 0°, куда возрастают углы и как показано физическое положение антенны.
В примере горизонтальная ширина около 65°, а вертикальная — около 20°. Это два разных свойства: запись «ширина 65°» без указания плоскости не описывает антенну полностью.
2. Проверьте шкалу: дБ или дБи, относительный или абсолютный уровень
На нормированной диаграмме максимум часто принимают за 0 дБ. Остальные точки показывают снижение относительно выбранного опорного максимума. Поэтому отметка −10 дБ означает более слабый уровень в данном направлении, а не отрицательную дальность или отсутствие сигнала.
| Относительный уровень | Относительная мощность | Как читать |
|---|---|---|
| 0 дБ | 100% | Опорный максимум учебной кривой. |
| Около −3 дБ | Около 50% | Уровень половинной мощности. |
| −10 дБ | 10% | На порядок ниже максимума по мощности. |
| −20 дБ | 1% | На два порядка ниже максимума по мощности. |
Для отношения мощностей используют 10·lg(P/Pmax). Если сравнивают амплитуды поля при одинаковых условиях, применяют 20·lg(|E|/|E|max). На правильно построенной шкале дБ эти два способа описания одной и той же диаграммы согласованы. Линейный график амплитуды и линейный график мощности визуально отличаются.
Пусть максимальное усиление равно 15 дБи, а относительное усиление в нужном направлении — −6 дБ. Тогда в этом направлении получится 9 дБи: 15 − 6 = 9.
Пересчёт допустим, если совпадают частота, порт, поляризация, определение усиления и опорный максимум нормировки. Если каждое сечение нормировали отдельно, нельзя автоматически прибавлять один общий максимум к любому рисунку.
Потери кабеля и поляризационное рассогласование учитывают отдельно в соответствии с принятой расчётной схемой. Также различайте усиление, реализованное усиление (realized gain) и направленность: определения учитывают разные потери.
3. Найдите две точки −3 дБ и измерьте угол между ними
HPBW — Half-Power Beamwidth — ширина главного луча между ближайшими к максимуму направлениями, где мощность падает вдвое. Это приблизительно −3 дБ; точное значение составляет −3,0103 дБ. Не путайте эту ширину с расстоянием между первыми нулями диаграммы или с шириной, определённой по другому уровню.
За точкой −3 дБ сигнал не обрывается. Луч шириной 65° не означает, что за пределами ±32,5° связь невозможна. Решение зависит от уровня в нужном направлении и полного бюджета радиолинии, а не от попадания внутрь нарисованного сектора.
Проверьте ширину отдельно для нужной частоты и плоскости. У широкополосной антенны форма и максимум могут меняться по диапазону; один рисунок на средней частоте не подтверждает одинаковые значения во всей полосе.
4. Посмотрите на боковые и задний лепестки
Главный лепесток содержит выбранный основной максимум. Боковые лепестки соответствуют другим локальным максимумам. В задних направлениях у реальной направленной антенны также может оставаться заметный уровень.
- Боковые лепестки: оцените уровни в направлениях нежелательных источников или зон, которые не планировали обслуживать. По одному значению максимального усиления этого не видно.
- Провалы: направление слабого уровня может оказаться важнее ширины главного луча. Не рассчитывайте на боковой лепесток как на устойчивое покрытие без проверки.
- Front-to-back, F/B: выясните, как производитель определяет заднее направление. Это может быть значение на 180° либо максимум в оговорённой задней области; также важна учитываемая поляризация.
У нашего учебного рисунка уровень на 180° примерно на 20 дБ ниже максимума, то есть отношение мощностей около 100:1 в этих направлениях при одинаковых прочих условиях. Это не означает подавление любой внешней помехи на 20 дБ во всех условиях установки.
5. Проверьте поляризацию, порт и условия измерения
Обозначения co-pol и cross-pol относятся к основной и ортогональной поляризационным составляющим. Их нельзя читать как две частоты или две независимые карты покрытия. Важны легенда, способ нормировки и ориентация координат.
Для многопортовой или MIMO-антенны уточните, к какому порту относится рисунок и в каком состоянии были остальные порты. Две кривые разного цвета могут означать разные частоты, порты, поляризации или сечения — значение цвета определяет подпись производителя.
Паспортная диаграмма обычно описывает условия дальней зоны. Близкая металлическая конструкция, корпус устройства или монтаж могут изменить характеристики установленной антенны. Обычный азимутальный график не описывает поле прямо возле излучателя и не заменяет проверку установленной системы.
6. Четыре примера выбора по задаче
| Задача | Что искать на диаграмме | Частая ошибка |
|---|---|---|
| Линия между двумя известными точками | Направления в обеих плоскостях, уровень при возможной ошибке наведения, нежелательные задние направления. | Выбрать наибольшее усиление и не проверить точность ориентации. |
| Несколько объектов в одном секторе | Углы до крайних объектов и уровень кривой именно на этих углах. | Считать паспортную ширину жёсткой границей обслуживания. |
| Абоненты вокруг мачты | Круговой характер горизонтального сечения и распределение по углу места. | Принять всенаправленную антенну за одинаково работающую во всех трёхмерных направлениях. |
| Объекты на разных высотах | Вертикальный срез, наклон главного луча и уровни выше/ниже него. | Сравнить только горизонтальный сектор и пропустить узкий вертикальный луч. |
Пример с сектором. Если крайний объект находится под углом 40° к максимуму, у симметричного луча шириной 65° он окажется за точкой −3 дБ. Это ещё не отказ: нужно прочитать уровень на 40° и проверить запас радиолинии. Иногда полезнее изменить азимут, расположение или число антенн, чем выбирать только по пиковому усилению.
Для дальнейшего выбора используйте разделы направленных, всенаправленных и антенн базовых станций. Тип конструкции помогает сузить поиск, а конкретную форму подтверждают диаграммы выбранного исполнения.
Как угол связан с размером на заданной дистанции
Для симметричного угла β и плоскости, перпендикулярной центральному направлению на расстоянии R, геометрический поперечный размер:
Чтобы перейти от геометрии к оценке радиолинии, нужны мощности, усиление именно в нужных направлениях, потери, чувствительность и требуемое качество, препятствия и запас. Две одинаковые картинки направленности сами по себе не обещают одинаковую дальность связи.
Чек-лист перед заказом
- Открыть диаграмму нужной модели, исполнения и рабочей частоты.
- Проверить порт, поляризацию и условия подключения остальных портов.
- Найти оси, направление 0° и физическую ориентацию антенны.
- Определить величину и шкалу: относительные дБ, абсолютное усиление в дБи или другой показатель.
- Проверить, относительно чего нормирован каждый график.
- Прочитать ширину в обеих плоскостях, боковые и задние направления.
- Сопоставить направления до реальных объектов с кривой, затем проверить радиолинию и монтаж.
Частые вопросы
Можно выбрать антенну только по дБи?
Нет. Пиковое усиление не показывает уровень во всех нужных направлениях, поляризацию, допустимую полосу и возможности подключения.
У всенаправленной антенны диаграмма — шар?
Нет. Круговая диаграмма обычно относится к горизонтальному сечению. В вертикальных направлениях уровень может существенно отличаться.
Почему у двух антенн одинаковая диаграмма с максимумом 0 дБ, но разное усиление?
Нормировка убрала абсолютный масштаб. Для сравнения нужны и форма, и абсолютные значения, определённые одинаковым способом.
- Направленные антенны KADAMM — диаграммы в карточках.
- Секторные антенны базовых станций — диаграммы по полосам.
Характеристики изделий KADAMM — в их карточках и технических описаниях.