Направленная антенна: виды и как выбрать

Что такое направленная антенна

Любая антенна излучает неравномерно, но у направленной эта неравномерность заложена намеренно: большая часть энергии уходит в один узкий сектор. Всё, что антенна недодаёт в стороны и назад, она добавляет в главном направлении. Поэтому на ту же мощность передатчика линия дотягивается дальше, а приёмник слышит в первую очередь нужного корреспондента.

Противоположность — всенаправленная антенна, которая одинаково закрывает круг вокруг себя. Между ними лежит большая семья конструкций: от панели с сектором 65–90° до параболического зеркала с лучом в несколько градусов.

Выбор вида определяется задачей: сколько корреспондентов, где они находятся, в какой полосе работает система и насколько далеко нужно передать сигнал.

Усиление и ширина луча

Усиление направленной антенны указывают в дБи — относительно воображаемого точечного излучателя, светящего одинаково во все стороны. Децибелы легко перевести в разы: каждые 10 дБ — это умножение на 10.

Ширину луча считают по уровню −3 дБ, то есть по углу, в пределах которого мощность падает не больше чем вдвое. Её указывают отдельно в горизонтальной (азимут) и вертикальной (угол места) плоскостях.

Усиление и ширина луча связаны: антенна не создаёт энергию, а перераспределяет её. Для прикидки используют формулу G ≈ 41 000 / (θг · θв), где углы в градусах. Проверим на двух моделях KADAMM.

Оценка получается на 2–3 дБ выше паспорта: формула не учитывает боковые лепестки и потери. Для выбора этого достаточно — порядок цифр и сама зависимость понятны: сузив луч вдвое в обеих плоскостях, получаем прибавку около 6 дБ.

Защитное действие и боковые лепестки

Кроме главного луча у любой антенны есть боковые и задний лепестки — направления, куда уходит небольшая часть энергии. Отношение уровня в главном направлении к уровню назад называют коэффициентом защитного действия, или отношением вперёд/назад, и указывают в децибелах.

Для линии связи это важно не меньше усиления. Задний лепесток ловит помехи от передатчиков за спиной антенны, боковые — от соседних трасс на том же узле. У антенн Яги KADAMM защитное действие 6–18 дБ, у антенн РРЛ — 52–79 дБ: зеркало подавляет излучение назад заметно сильнее, чем конструкция из вибраторов.

У радиорелейных антенн форму боковых лепестков дополнительно нормирует стандарт ETSI EN 302 217-4: чем выше класс диаграммы, тем ниже лепестки и тем больше трасс можно разместить на одном узле без взаимных помех.

Антенна Яги (волновой канал)

Классическая конструкция из активного вибратора, рефлектора позади и ряда директоров впереди на общей траверсе. Директоры сужают луч, и чем их больше, тем выше усиление и длиннее антенна. Полоса у Яги узкая: антенну рассчитывают под конкретный участок диапазона.

У антенн Яги KADAMM усиление 2–14,7 дБи, ширина луча по азимуту 20–120°. Модели выпускаются для VHF, UHF и сотовых полос: связь стационарной радиостанции с ретранслятором, донорная антенна репитера, покрытие дороги в одном направлении.

Логопериодическая антенна

Внешне похожа на Яги, но длина и шаг вибраторов меняются по логарифмическому закону. За счёт этого антенна работает в широкой полосе с почти одинаковыми параметрами, а платой за широкополосность становится более умеренное усиление.

Логопериодические антенны KADAMM перекрывают сразу сотовые диапазоны от 700–800 до 2700 МГц, одна модель — до 3800 МГц; усиление 10,5–11,5 дБи. Типичное место — донорная антенна репитера, через которую идут сразу несколько диапазонов операторов.

Панельная антенна

Плоский корпус с решёткой излучателей и отражающим экраном позади. Панель закрывает сектор, а не узкое направление: 65° — типовой сектор базовой станции, 85–100° — широкий сектор для небольших площадок.

У панельных антенн УКВ KADAMM усиление 6–15 дБи, у секторных панелей базовых станций сотовой связи на 2 и 4 порта — 13,8–20,5 дБи. Отдельный класс — многодиапазонные панели, где в одном радоме собраны массивы под разные полосы.

Параболическая (зеркальная) антенна

Облучатель в фокусе параболического зеркала: отражённые лучи идут параллельно, и антенна формирует очень узкий пучок. Усиление растёт с диаметром зеркала и частотой, поэтому параболические антенны — основа радиорелейных линий точка–точка.

Антенны РРЛ KADAMM выпускаются с зеркалами от 0,2 до 3,0 м для диапазонов от 6 до 86 ГГц: усиление 26,3–49,6 дБи, ширина луча 0,5–7,1°. Для узкого луча нужна точная юстировка и жёсткая опора — отклонение на пару градусов уже заметно снижает сигнал.

Сетчатая параболическая антенна

На сотовых частотах сплошное зеркало большого диаметра тяжело и сильно парусит. Его заменяют решёткой из металлических прутков: при шаге решётки много меньше длины волны она отражает сигнал почти как сплошная поверхность, а ветер проходит насквозь. Сетчатые параболические антенны KADAMM для сотовых полос дают усиление 18–18,5 дБи при ширине луча 15–16° — их ставят донорными для репитеров и выносных узлов в удалённых точках.

Рупорная антенна

Расширяющийся волновод — рупор — формирует луч с резкими краями и слабыми боковыми лепестками. На сотовых частотах рупор получился бы громоздким, а в диапазонах в десятки гигагерц он компактен.

Секторная рупорная антенна KADAMM рассчитана на центральные узлы сетей точка–многоточка: 10,15–40 ГГц, сектор 30 / 60 / 90°, усиление 16–24 дБи. Резкие края сектора позволяют ставить несколько секторов на одном узле почти без взаимных помех.

Как выбрать направленную антенну

После вида проверяют полосу: частоты передачи и приёма системы должны лежать внутри рабочей полосы антенны с запасом. Затем — разъём, мощность, крепление и ветровую нагрузку на опору.

Направленная антенна для репитера

У репитера две антенны: донорная смотрит на базовую станцию оператора, сервисная или внутренняя система раздаёт сигнал абонентам. Донорную выбирают направленной: она поднимает уровень от станции и одновременно отворачивает репитер от других станций и помех.

Главное ограничение — развязка между донорной и сервисными антеннами. Если сигнал усилителя возвращается на донорную антенну, репитер возбуждается или снижает усиление. Помогают разнос антенн по высоте и в разные стороны, стена или перекрытие между ними и направленная донорная антенна с хорошим защитным действием — задний лепесток обращён к сервисной зоне.

По полосе донорная антенна должна перекрывать все диапазоны репитера: при нескольких операторах и технологиях удобна логопериодическая, при одной полосе и большом расстоянии до станции — Яги или сетчатая параболическая.

Направленная или всенаправленная

Всенаправленная антенна нужна, когда абоненты находятся со всех сторон и расстояния небольшие. Направленная выигрывает, когда корреспондент один или все абоненты с одной стороны: она не тратит мощность на пустые направления и меньше слышит чужие сигналы. Если нужен круг, но не хватает дальности, ставят несколько панелей по секторам.

Ветер и крепление

Направленная антенна работает, пока смотрит в заданную точку. Ветер создаёт на ней силу и крутящий момент, и опора вместе с кронштейном должна удерживать антенну без заметных колебаний луча. Чем уже луч, тем жёстче требования.

У антенн РРЛ KADAMM предельная скорость ветра 67–70 м/с; в таблице механики каждой модели приведены осевая и боковая силы и крутящий момент при предельном ветре, а также расчётная толщина обледенения. По этим цифрам проектировщик проверяет мачту и выбирает крепление.

Для Яги и логопериодических антенн нагрузка меньше, но важны длина траверсы и точка крепления: антенну крепят за центр тяжести, а при монтаже на одну трубу с другими антеннами соблюдают разнос, чтобы соседние конструкции не искажали диаграмму.

Поляризация и наведение

Поляризация

Поляризация антенн на двух концах линии должна совпадать. Поворот антенны Яги на 90° превращает вертикальную поляризацию в горизонтальную; разнос поляризаций на соседних линиях помогает развязать их между собой.

Наведение

Сначала антенну направляют на корреспондента по карте или азимуту, затем доворачивают по максимуму уровня сигнала и затягивают крепление. Чем уже луч, тем мельче шаг доводки: параболическую антенну доводят винтами точной регулировки.

Типичные ошибки

• Узкополосная Яги в тракте, где идут несколько диапазонов, — на краях полосы антенна теряет согласование.
• Разная поляризация антенн на концах линии — потеря сигнала в десятки раз.
• Слишком узкий луч на качающейся опоре — линия пропадает при ветре.
• Направленная антенна там, где абоненты вокруг, — зоны за спиной антенны остаются без покрытия.
• Большое зеркало без расчёта ветровой нагрузки на мачту.

Модели KADAMM

Мы производим направленные антенны всех перечисленных видов. Сводка по опубликованным моделям:

КАДАММ ADY-400-480-Z8

Антенна Яги UHF

400–480 МГц

Открыть карточку

КАДАММ ALP-757927V11

Логопериодическая

790–960 / 1710–2700 / 3300–3800 МГц

Открыть карточку

КАДАММ APVT-4547-1565

Панельная УКВ

450–470 МГц

Открыть карточку

КАДАММ MW12U10WD

Антенна РРЛ 1,2 м

10,125–11,7 ГГц

Открыть карточку

КАДАММ Sector Horn Antenna

Секторная рупорная

10,15–40 ГГц

Открыть карточку

КАДАММ K81192718P

Сетчатая параболическая

1920–2170 МГц

Открыть карточку