Что такое логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна — направленная антенна из ряда полуволновых вибраторов разной длины, подключённых к общей линии. Длины вибраторов и расстояния между ними уменьшаются от заднего края к переднему в постоянном отношении, поэтому электрические свойства антенны повторяются при умножении частоты на это отношение. Отсюда название: свойства периодичны по логарифму частоты.
Главное, что даёт такая геометрия, — широкая полоса. Одна логопериодическая антенна закрывает 698–2700 МГц или даже 617–6000 МГц при почти постоянном усилении и ширине луча. Направленная антенна Яги той же длины работает в узкой полосе, обычно в пределах одного диапазона, зато даёт больше усиления. Поэтому логопериодическую берут, когда частот много или они заранее не известны: донорная антенна репитера для всех операторов, антенна мониторинга, приёмная антенна для измерений.
Как она устроена
Вибраторы стоят поперёк общей несущей — двух проводников, которые одновременно держат элементы и подают на них сигнал. Соседние вибраторы подключены «накрест»: половинки поочерёдно сидят на разных проводниках. Перекрещивание сдвигает фазу соседних элементов на 180°, и волна от них складывается в направлении коротких элементов. Поэтому антенну направляют на корреспондента коротким концом, а кабель подключают со стороны коротких элементов и ведут внутри несущей к длинным.
На каждой частоте работает не вся антенна, а несколько вибраторов, длина которых близка к половине волны. Это «активная зона». С ростом частоты она смещается к коротким элементам, с понижением — к длинным. Вибраторы перед активной зоной короче резонансных и работают как директоры, позади неё — длиннее и работают как рефлекторы. Поэтому на любой частоте внутри полосы антенна ведёт себя как небольшая антенна Яги из трёх-пяти элементов, только её «рабочая часть» переезжает вдоль несущей.
Девять вибраторов с отношением длин τ = 0,88: длинный — λ/2 на 698 МГц (215 мм), короткий — 77 мм, что соответствует λ/2 на 1941 МГц. Чередование верх/низ — перекрещённое питание; синие элементы работают на нижних частотах, оранжевые — на верхних.
Два числа, которые задают антенну
| Параметр | Что это | Как влияет |
|---|---|---|
| τ (тау) | отношение длины вибратора к длине соседнего, более длинного | чем ближе τ к 1, тем больше элементов на ту же полосу, выше усиление и длиннее несущая |
| σ (сигма) | расстояние между соседними вибраторами, отнесённое к удвоенной длине большего из них | определяет длину несущей и согласование; при оптимальном σ усиление при данном τ максимально |
| Длинный элемент | около λ/2 на нижней частоте, с запасом | задаёт нижнюю границу полосы и ширину антенны |
| Короткий элемент | около λ/2 на верхней частоте, с запасом | задаёт верхнюю границу полосы |
| Число элементов | следствие τ и отношения границ полосы | на широкую полосу и высокое τ нужно 15–25 элементов |
Расчёт показывает, почему широкополосность не бесплатна. Отношение длин крайних элементов равно τ в степени (N − 1). Для полосы 698–2700 МГц отношение частот около 3,9; при τ = 0,88 нужно не меньше 12 вибраторов, при τ = 0,93 — уже 20. Каждый лишний элемент удлиняет несущую, увеличивает массу и парусность.
Границы полосы и размер антенны
Нижнюю частоту логопериодической антенны ограничивает самый длинный вибратор: он должен быть не короче примерно половины волны. Поэтому размер антенны напрямую следует из нижней границы её полосы. Для 225 МГц половина волны — около 67 см, для 698 МГц — 21 см, для 2300 МГц — 6,5 см. Верхнюю частоту ограничивает самый короткий вибратор и точность изготовления вблизи точки питания.
Ширина корпуса моделей KADAMM по карточкам и λ/2 на нижней границе полосы. Цифры близки: размер антенны задаёт нижняя частота, а не усиление.
Из графика следует практическое правило: если нужна логопериодическая антенна на 150 МГц, она будет шириной около метра, а на 2,4 ГГц — с ладонь. Компактных антенн для метрового диапазона с полосой, как у логопериодической, не бывает. На 136–174 МГц для направленной связи обычно берут антенну Яги или панельную антенну на свою полосу.
Совет. Края полосы — самые трудные: там КСВН выше. У моделей ALP-0727V14 и ALP-0740V14 в нижнем диапазоне 698–960 МГц КСВН ≤2,5, в верхних — ≤2,0. Если система работает именно на краю, сравните КСВН на её частотах, а не на всём диапазоне.
Как читать обозначения KADAMM
В обозначении логопериодических антенн KADAMM зашиты диапазон, поляризация и усиление. Это подсказка для быстрого поиска, а не стандарт: у отдельных моделей порядок отличается, поэтому точные полосы всегда сверяйте по таблице характеристик.
| Часть обозначения | Пример | Что значит |
|---|---|---|
| ALP | ALP-0727V14 | логопериодическая антенна KADAMM |
| Первые две цифры | 07… | нижняя граница в сотнях мегагерц: 07 — около 700 МГц, 02 — около 200 МГц |
| Вторые две цифры | …27 | верхняя граница: 27 — 2700 МГц, 40 — 4000 МГц, 60 — 6000 МГц |
| Буква | V, X, VH | поляризация: V — вертикальная, X — ±45° (два порта), VH — вертикальная или горизонтальная по установке |
| Число после буквы | 14 | усиление, дБи (округлённо) |
| Суффикс | KB, S04 | исполнение: разъём, крепление, комплектация |
Например, ALP-0738X10KB — 698–3800 МГц, две ортогональные поляризации ±45° и два разъёма, около 10 дБи; ALP-0204VH10KB — 225–400 МГц, поляризация выбирается поворотом при монтаже. Модели с одинаковым усилением и полосой могут отличаться разъёмом: N или 4.3-10. Разъём 4.3-10 выбирают для трактов с низкой интермодуляцией.
Модели по диапазонам
Рабочие полосы по карточкам моделей; синие — усиление 11 дБи и выше, зелёные — ниже. Логарифмическая шкала частот.
| Задача | Полоса | Модели KADAMM |
|---|---|---|
| Донорная антенна репитера 2G/3G/4G | 698–2700 МГц | ALP-0727V10KB, ALP-0727V11KB, ALP-0727V14, ALP-7027V10KB |
| То же с 5G NR 3,5 ГГц | 698–3800 / 4000 МГц | ALP-0738V09KB, ALP-0738V11KB, ALP-0740V11, ALP-0740V14 |
| MIMO 2×2 для модема или репитера | 698–3800 МГц, ±45° | ALP-0738X10KB |
| Все сотовые и Wi-Fi до 6 ГГц | 617–6000 МГц | ALP-0660V09KB, ALP-0660V10KB |
| Радиосвязь UHF, TETRA | 380–500 МГц, 400–800 МГц | ALP-0305V11KB, ALP-0408V11KB |
| Служебная связь 225–400 МГц | 225–400 МГц | ALP-0204VH10KB |
| Wi-Fi 2,4/5 ГГц, измерения | 2300–5900 МГц | ALP-2458V08KB |
| 5G 3,7–4 ГГц | 3700–4000 МГц | ALP-3740VH10KB |
Усиление и ширина луча
Усиление логопериодической антенны меньше, чем у антенны Яги той же длины: в каждый момент работает лишь часть вибраторов. Типичные значения — 8–11 дБи. У моделей на 14 дБи луч заметно уже: 45–50° против 55–100° у моделей на 8–11 дБи.
Ширина луча в горизонтальной плоскости на нижнем диапазоне по карточкам: у моделей на 8–11 дБи — 58–85°, у моделей на 14 дБи — 45–50°. Узкий луч требует точнее навести антенну.
Как выбрать между 10 и 14 дБи. Разница 4 дБ — это примерно в 2,5 раза больше мощности от удалённой базовой станции, то есть заметный запас на краю зоны. Но луч в 45° нужно навести точно: ошибка в 20–25° уводит станцию на край диаграммы и съедает весь выигрыш. Если направление на станцию известно и антенна стоит жёстко, берите 14 дБи. Если станций несколько в разных направлениях или мачта качается, широкий луч 10–11 дБи надёжнее.
Ширина луча в вертикальной плоскости у логопериодических антенн обычно чуть меньше горизонтальной: 30–66° по моделям каталога. Это прощает неточность наклона, поэтому механический наклон для донорной антенны обычно не нужен, если станция не стоит на холме или в низине.
Поляризация
Сотовые базовые станции излучают с поляризацией ±45°, а радиосвязь УКВ — вертикальную. Антенна с вертикальной поляризацией принимает сигнал ±45° с потерей около 3 дБ — для донорной антенны репитера с одним входом это обычно приемлемо. Для модема или репитера с двумя входами MIMO лучше антенна ±45° с двумя портами: она принимает обе поляризации раздельно и даёт выигрыш скорости.
Модели с буквами VH ставятся вертикально или горизонтально — поляризация меняется поворотом антенны на 90°. Горизонтальную выбирают, когда соседняя система работает вертикальной: это добавляет развязку между ними.
Где применяют логопериодические антенны
Донорная антенна репитера
Самая частая задача. Репитер принимает сигнал базовой станции снаружи и переизлучает его в здании. Наружная антенна должна работать во всех диапазонах всех операторов, а базовые станции разных операторов стоят в разных местах. Логопериодическая антенна с полосой 698–2700 или 698–3800 МГц и лучом 60–75° закрывает эту задачу одной моделью. Её направляют на базовую станцию оператора, у которого связь нужнее всего, а остальные операторы попадают в широкий луч.
Донорную антенну разносят с внутренними антеннами: если сигнал из здания попадёт обратно в донорную, репитер возбудится. Узкий луч и большое отношение вперёд/назад (15–22 дБ у моделей каталога) помогают развязке; остальное дают расстояние и стены здания.
Радиосвязь УКВ
На 380–500 МГц логопериодическая антенна заменяет несколько антенн Яги, если сеть занимает разные участки диапазона: TETRA и служебная связь UHF на одной мачте. Модели ALP-0305V11KB и ALP-0408V11KB рассчитаны на мощность передатчика до 200 Вт.
Измерения и мониторинг
Для обследования эфира и поиска помех нужна антенна, которая принимает сразу весь интересующий диапазон, направленная, чтобы определить направление на источник. Логопериодическая антенна это и делает. Для количественных измерений напряжённости поля нужна антенна с паспортным антенным фактором; связные модели такого паспорта не имеют.
Установка и наведение
- Направьте антенну коротким концом на базовую станцию или корреспондента; азимут определите по карте вышек или сканированием — поворачивайте антенну шагами по 10–15° и смотрите на уровень сигнала.
- Ставьте антенну выше препятствий рядом — крыш соседних зданий, деревьев. Каждое препятствие на линии съедает больше, чем дают лишние 2–3 дБи усиления.
- Отнесите антенну от металлических стоек, ограждений и других антенн минимум на половину волны нижней частоты — около 20 см на 700 МГц.
- Кабель закрепите на мачте и сделайте петлю для стока воды у разъёма; разъём загерметизируйте.
- Мачту и антенну подключите к молниезащите объекта; на кабеле у входа в здание поставьте грозоразрядник.
- После установки проверьте КСВН тракта на рабочих частотах.
Частые ошибки
- Выбор по максимальному усилению без учёта ширины луча: антенна 14 дБи, наведённая с ошибкой 30°, принимает хуже, чем 10 дБи.
- Логопериодическая антенна там, где нужна максимальная дальность на одной частоте: для радиорелейного пролёта или дальнего канала УКВ лучше антенна Яги или параболическая.
- Антенна направлена длинным концом на станцию — так она работает «назад» с потерей 15–20 дБ.
- Не учтена поляризация: вертикальная антенна на модеме с двумя входами MIMO теряет выигрыш второго потока.
- Полоса антенны не проверена на краях: на 698–720 МГц КСВН у части моделей заметно выше, чем в середине.
- Донорная антенна стоит в прямой видимости внутренних антенн репитера — система возбуждается.
Что прислать для подбора
- Задача: репитер, модем, радиосвязь, мониторинг.
- Частоты или стандарты связи и операторы.
- Расстояние до базовой станции или корреспондента, если известно.
- Число входов оборудования (один или два для MIMO) и тип разъёма.
- Место установки: мачта, стена, крыша; длина кабеля.
Модели KADAMM
Логопериодические антенны KADAMM — в разделе направленных антенн и антенн для репитеров.
| Диапазон | 698–960 / 1710–2700 / 3300–4000 МГц |
| Усиление | 14 дБи |
| Диапазон | 698–960 / 1710–2700 / 3300–3800 МГц |
| Усиление | 10,5 дБи |
| Диапазон | 380–500 МГц |
| Усиление | 11 дБи |
| Диапазон | 2300–5900 МГц |
| Усиление | 8 дБи |