Что такое коллинеарная антенна
Коллинеарная антенна — вертикальная всенаправленная антенна из нескольких излучателей, поставленных друг над другом на одной оси. Слово «коллинеарная» и значит «на одной линии». Все излучатели питаются в одной фазе, их поля складываются в горизонтальной плоскости, и антенна даёт больше усиления, чем одиночный штырь, сохраняя круговую диаграмму по азимуту.
Снаружи это стеклопластиковая труба — радом — длиной от полуметра до семи метров. Внутри — цепочка полуволновых отрезков с фазирующими элементами между ними. Коллинеарные антенны ставят на мачты стационарных радиостанций и ретрансляторов VHF и UHF, на диспетчерские пункты, вышки сотовой связи для служебных сетей.
Штыревая и коллинеарная: в чём разница
Простейшая всенаправленная антенна — четвертьволновый штырь над металлической плоскостью или полуволновый диполь. Его усиление около 2 дБи, а вертикальная диаграмма широкая: значительная часть мощности уходит вверх и вниз под большим углом. Для носимой радиостанции и автомобиля это нормально, для мачты — расточительно: корреспонденты находятся у горизонта, а не над антенной.
Коллинеарная антенна сжимает вертикальную диаграмму к горизонту. Мощность, которая у штыря уходила в небо и в землю, перераспределяется туда, где находятся абоненты. Это и есть усиление: антенна не добавляет мощности, а собирает её в узкий по вертикали «блин».
Схематичные вертикальные разрезы диаграмм. Штырь излучает широким лепестком; коллинеарная антенна 6 дБи — в лепестке шириной около 30°, 9 дБи — около 18°.
Усиление и длина
Каждый дополнительный излучатель удлиняет антенну примерно на половину длины волны и добавляет усиление, но всё меньше: удвоение длины даёт в теории до 3 дБ, у реальных антенн каталога — в среднем около 2 дБ. Поэтому длину удобно мерить не в метрах, а в длинах волн. На 150 МГц длина волны — 2 м, на 450 МГц — около 67 см: антенна 8 дБи для UHF получается втрое короче, чем для VHF.
Каждая точка — модель KADAMM: длина корпуса в длинах волн и паспортное усиление. Разброс — от конструкции и полосы; тренд показывает, сколько в среднем даёт каждое удвоение длины.
| Диапазон | Длина волны | Антенна ≈ 3 дБи | Антенна ≈ 6–7 дБи | Антенна ≈ 8,5–10 дБи |
|---|---|---|---|---|
| VHF 150 МГц | 2,0 м | 1,2–1,5 м | 3,2–3,3 м | 4,7–7,2 м |
| UHF 450 МГц | 0,67 м | 0,6 м | 1–1,8 м | 2,5–4 м |
Отсюда первое правило выбора: длину ограничивает мачта и ветровая нагрузка, а не только желаемое усиление. Антенна 10 дБи для VHF длиной более 7 м требует прочной опоры и растяжек, а на крыше здания её часто не разрешат поставить. Для UHF то же усиление получается при длине 4 м.
Луч в вертикальной плоскости
Узкий вертикальный луч — обратная сторона усиления. Если антенна стоит высоко, а абоненты рядом с мачтой, они могут оказаться под лучом: сигнал у подножия мачты слабее, чем на удалении. Это называют «конусом молчания». У антенн 3–5 дБи его почти нет, у антенн 9–12 дБи он заметен в радиусе сотен метров.
Совет. Для объектов, где абоненты и далеко, и рядом с мачтой — промплощадка, порт, карьер, — выбирают антенну 5–7 дБи. Антенна 9–12 дБи оправдана, когда нужна максимальная дальность, а ближняя зона не важна или закрыта другой антенной.
Некоторые коллинеарные антенны выпускают с небольшим электрическим наклоном луча вниз. Тогда максимум излучения приходится не на горизонт, а на землю в нескольких километрах — это улучшает связь в рабочей зоне и уменьшает помехи соседним сетям.
Полоса, мощность и разъём
Коллинеарная антенна — резонансная: она работает в полосе 10–40 МГц вокруг своей частоты. Модели на весь диапазон 134–173 МГц или 400–480 МГц существуют, но у многих моделей полоса уже, и её выбирают по частоте сети. Если антенна выпускается в нескольких исполнениях по поддиапазону, в заказе называют исполнение.
Мощность — второй параметр после частоты. Для радиостанции 25–50 Вт достаточно антенны на 100 Вт; для ретранслятора с комбайнером на несколько передатчиков нужны модели на 250–500 Вт. Разъём у мачтовых моделей — обычно розетка N, у лёгких — UHF или NMO.
Высота важнее лишних децибел
На УКВ связь идёт в пределах прямой видимости, и дальность прежде всего ограничивает радиогоризонт. Его оценивают по формуле d ≈ 4,12 × (√h₁ + √h₂), где d — в километрах, а высоты антенн h₁ и h₂ — в метрах. Формула учитывает рефракцию в атмосфере и даёт верхнюю оценку: рельеф, лес и застройка сокращают дальность.
| Высота антенны на мачте | До носимой радиостанции (1,5 м) | До такой же мачты |
|---|---|---|
| 10 м | 18 км | 26 км |
| 20 м | 23 км | 37 км |
| 30 м | 28 км | 45 км |
| 40 м | 31 км | 52 км |
| 60 м | 37 км | 64 км |
Поднять антенну с 20 до 40 м — это плюс 7–8 км к горизонту до носимой станции, и такой прирост не даст никакое усиление антенны, если корреспондент за горизонтом. Поэтому сначала выбирают высоту подвеса, затем — усиление. Усиление работает внутри горизонта: в открытой местности 6 дБ примерно удваивают дальность, в городе и лесу — заметно меньше.
Усиление на практике
Сравним две антенны на одной мачте: 6 дБи длиной 3,3 м и 9 дБи длиной 4,7 м для VHF. Разница 3 дБ — это вдвое больше мощности в направлении горизонта. На краю зоны это добавляет надёжности связи с носимыми станциями, особенно в зданиях. Но если между антенной и радиостанцией 30 м кабеля RG-213, на 150 МГц он теряет около 2 дБ, и большая часть выигрыша уходит в кабель. Сначала стоит заменить кабель на фидер с малыми потерями, затем — антенну.
Для ретранслятора, к которому через дуплексер подключены приёмник и передатчик, усиление антенны работает дважды: в обе стороны. Поэтому для ретрансляторов чаще берут антенны 6–9 дБи, а для диспетчерской радиостанции на здании в центре зоны — 3–6 дБи, чтобы не потерять ближних абонентов.
Коллинеарные антенны не только для УКВ
Принцип коллинеарной решётки работает на любой частоте. Короткие стеклопластиковые всенаправленные антенны для 4G, LoRa на 470 и 868 МГц и Wi-Fi устроены так же: несколько излучателей на одной оси под радомом. На этих частотах длина волны мала, и антенна 5–8 дБи получается длиной 30–60 см. Их ставят на шлюзы телеметрии, наружные точки доступа и модемы на мачтах.
| Задача | Что выбрать | Модели KADAMM |
|---|---|---|
| Ретранслятор VHF, дальняя зона | 8,5–10 дБи, 4,7–7,2 м, мощность 100–150 Вт | AC-1509MA, AC-1509MB, AC-15010H |
| Стационарная радиостанция VHF в центре зоны | 3–6,5 дБи, 1,2–3,3 м | AC-1503A, AC-1503B, ANT150G6 |
| Ретранслятор UHF с комбайнером | 8–9 дБи, мощность до 500 Вт | AC-450470-8-500, AC-406430-9-500 |
| UHF, дальняя зона | 10,2–12 дБи, 4–7,3 м | AC-40010D, AC-40011D2 |
| Короткая антенна UHF на крышу | 2–3 дБи, 0,5–0,6 м | AC-4002AT2, AC-4003AT3 |
Обслуживание
- Раз в год осматривают радом: трещины и потёртости стеклопластика пропускают влагу внутрь.
- Разъём у основания антенны герметизируют — вода в разъёме поднимает КСВН быстрее всего.
- Зимой мокрый снег и лёд на радоме сдвигают резонанс вниз по частоте; у моделей с запасом полосы это почти не заметно, у узкополосных — растёт КСВН.
- При росте КСВН сначала проверяют кабель и разъёмы, затем саму антенну.
Как ставят коллинеарную антенну
- Антенну крепят к вершине мачты или к выносу так, чтобы над ней не было металла: любая конструкция рядом искажает круговую диаграмму.
- Вынос от трубы мачты — не меньше четверти длины волны: 0,5 м на VHF, 0,17 м на UHF.
- Две антенны на одной мачте разносят по вертикали: это даёт развязку лучше, чем горизонтальный разнос.
- Кабель снижения — с малыми потерями; на длинной трассе потери кабеля съедают выигрыш длинной антенны.
- Мачту заземляют, на кабеле у входа в здание ставят грозоразрядник.
Как выбрать коллинеарную антенну
- Частота сети — антенна должна закрывать все рабочие частоты, лучше с запасом от краёв полосы.
- Нужная дальность и где абоненты: дальность — больше усиления, ближняя зона — меньше.
- Допустимая длина — по мачте и ветровой нагрузке.
- Мощность передатчика и число передатчиков на антенне.
- Разъём и кабель снижения.
Частые ошибки
- Самая длинная антенна на высокую мачту для объекта, где абоненты рядом: ближняя зона попадает под луч.
- Антенна на боковом кронштейне вплотную к трубе мачты: диаграмма теряет круговую форму.
- Полоса антенны не совпадает с частотой сети — высокий КСВН и потеря мощности.
- Длинная антенна без расчёта ветровой нагрузки — повреждение мачты в шторм.
- Тонкий кабель снижения: 3–4 дБ потерь перечёркивают выигрыш от 9 дБи вместо 6.
Когда нужна не коллинеарная антенна
Коллинеарная антенна светит во все стороны одинаково. Если зона связи лежит в одном секторе — трасса, берег, вытянутый карьер, — лучше направленная антенна: панельная или Яги того же диапазона даёт больше усиления именно туда, где нужны абоненты, и меньше мешает соседям. Если мачта стоит на краю объекта, панель с лучом 60–90° часто работает лучше коллинеарной антенны с тем же усилением.
Что прислать для подбора
- Частоты передачи и приёма сети или номер канала.
- Мощность передатчика и число передатчиков на антенне.
- Высоту и тип мачты, допустимую длину антенны.
- Где находятся абоненты: радиус зоны, есть ли ближняя зона у мачты.
- Длину кабеля снижения и его тип.
Модели KADAMM
Коллинеарные антенны KADAMM для VHF и UHF — в разделе антенн для раций и радиостанций.
| Усиление | 8,5 дБи |
| Усиление | 10 дБи |
| Усиление | 8,5 дБи |
| Усиление | 8 дБи |