Что значит «всенаправленная»
Всенаправленную, или круговую, антенну часто представляют как точку, которая светит одинаково во все стороны, как лампочка. Реальная антенна так не работает. Круг получается только в горизонтальной плоскости: антенна одинаково закрывает север, юг, восток и запад. В вертикальной плоскости её излучение собрано в лепесток, прижатый к горизонту, а вверх и под себя она почти не светит.
Такая форма выгодна: абоненты и корреспонденты находятся вокруг антенны и примерно на её уровне, а не в небе. Энергия, которая ушла бы вверх, перераспределяется к горизонту и увеличивает дальность.
Откуда у круговой антенны усиление
Усиление антенны показывает, во сколько раз она концентрирует мощность в главном направлении по сравнению с изотропным излучателем. Грубо его оценивают по ширине луча в двух плоскостях: G ≈ 41000 / (θг · θв), где углы — в градусах. У круговой антенны θг = 360°, и всё усиление определяется вертикальным лучом θв. Сравним оценку с паспортом антенн KADAMM:
| Модель | Диапазон | Вертикальный луч | Оценка | Паспорт |
|---|---|---|---|---|
| КАДАММ AC-150-8-100 | 134–173 МГц | 14,5° | 9 дБи | 8,5 дБи |
| КАДАММ AC-406430-8-500 | 406–430 МГц | 18° | 8 дБи | 8 дБи |
| КАДАММ AC-450470-8-500 | 450–470 МГц | 18° | 8 дБи | 8 дБи |
| КАДАММ ANT150G6 | 134–173 МГц | 25° | 6,6 дБи | 6,5 дБи |
| КАДАММ ANT150G55 | 146–160 МГц | 35° | 5,1 дБи | 5 дБи |
| КАДАММ ATR-8027V6S04 | 800–960 / 1710–2690 МГц | 38° | 4,8 дБи | 6 дБи |
| КАДАММ AO-144174V5RF | 144–174 МГц | 50° | 3,6 дБи | 5 дБи |
Итог: у 5 из 7 моделей оценка отличается от паспорта не больше чем на 0,5 дБ; у КАДАММ ATR-8027V6S04, КАДАММ AO-144174V5RF расхождение до 1,4 дБ — формула грубая и не учитывает боковые лепестки и потери. Вывод всё равно простой: чтобы получить у круговой антенны на 3 дБ больше, её вертикальный луч нужно сузить вдвое, а значит, примерно вдвое удлинить антенну.
Какие всенаправленные антенны бывают
Антенн с круговой диаграммой в горизонтальной плоскости в каталоге KADAMM — 31:
| Тип | Моделей | Усиление | Вертикальный луч |
|---|---|---|---|
| коллинеарные антенны УКВ | 6 | 5–8,5 дБи | 14,5–50° |
| потолочные антенны УКВ | 6 | 2–4,5 дБи | 80° |
| потолочные антенны для DAS | 18 | 4–7 дБи | 70–100° |
| круговая антенна малой соты | 1 | 6 дБи | 38° |
- Коллинеарная антенна — вертикальная труба со столбиком излучателей для мачты стационарной радиостанции и ретранслятора; усиление 5–8,5 дБи.
- Потолочная антенна — диск или купол под потолком, светит вниз и в стороны; основа покрытия внутри зданий.
- Круговая антенна малой соты — компактный корпус для столба или фасада: КАДАММ ATR-8027V6S04, 800–960 / 1710–2690 МГц, 6 дБи.
Сколько теряет круговая антенна по сравнению с сектором
Представим две антенны с одинаковым вертикальным лучом: круговую и секторную шириной θ. Секторная собирает ту же мощность в угол θ вместо 360°, и её усиление выше на 10·lg(360/θ) дБ. Для типовых секторов:
| Сектор | Выигрыш сектора | Дальность в свободном пространстве | Дальность при сильном затухании (n = 3) |
|---|---|---|---|
| 120° | +4,8 дБ | в 1,7 раза | в 1,4 раза |
| 90° | +6 дБ | в 2 раза | в 1,6 раза |
| 65° | +7,4 дБ | в 2,4 раза | в 1,8 раза |
| 33° | +10,4 дБ | в 3,3 раза | в 2,2 раза |
Для сравнения в каталоге: панельные антенны УКВ KADAMM дают 6–15 дБи, коллинеарные — 5–8,5 дБи. Разница складывается из ширины сектора и длины антенны.
Что это значит для дальности
В свободном пространстве сигнал ослабевает на 6 дБ при удвоении расстояния, поэтому лишние 7,4 дБ сектора 65° дают примерно в 2,3 раза большую дальность. На трассах с препятствиями и в застройке сигнал затухает быстрее, и выигрыш в расстоянии меньше — в таблице он посчитан для показателя затухания n = 3. Это оценка: реальную зону определяют мощность, высота подвеса, рельеф и чувствительность приёмника.
Второй источник выигрыша — приём. Направленная антенна слушает только свой сектор, а круговая собирает помехи со всех сторон. Если рядом работают чужие передатчики, это ухудшает связь сильнее, чем потеря усиления.
Как читать диаграмму круговой антенны
В паспорте всенаправленной антенны две диаграммы. Горизонтальная близка к кругу, и главный её параметр — неравномерность: на сколько децибел излучение в худшем направлении меньше, чем в лучшем. Её увеличивают кабель, идущий вдоль антенны, кронштейн и близкий металл. Вертикальная диаграмма показывает ширину лепестка, его наклон относительно горизонта и боковые лепестки ниже главного — от них зависит связь рядом с опорой.
Ширину вертикального лепестка указывают по уровню −3 дБ, то есть по половинной мощности. У многодиапазонных антенн она своя в каждой полосе и обычно сужается к верхним частотам, поэтому в карточках KADAMM её дают по полосам.
Круговая антенна внутри здания
Потолочные антенны устроены иначе, чем коллинеарные мачтовые. Им не нужна дальность — абоненты в нескольких метрах под ними, — поэтому вертикальный лепесток делают широким, а усиление небольшим. У потолочных антенн KADAMM вертикальный луч — от 30° на верхних полосах до 100° на нижних, усиление — 2–7 дБи. Узкий лепесток под потолком только ухудшил бы связь прямо под антенной.
Поэтому при выборе потолочной антенны паспортное усиление почти ничего не решает. Важнее, какие полосы она перекрывает, сколько у неё портов, какой уровень интермодуляции для систем на несколько операторов и насколько она заметна в интерьере.
Внутри здания круговая антенна естественна: помещение окружает её со всех сторон, а стены сами ограничивают зону. Направленную панель ставят там, где зону нужно вытянуть вдоль зала или не пустить сигнал к окнам.
Поляризация
Мачтовые коллинеарные антенны излучают с вертикальной поляризацией — так работают радиостанции УКВ и абонентские терминалы. Среди потолочных антенн встречаются и горизонтально поляризованные: у KADAMM их 6, в основном плоские диски. Внутри здания волна многократно отражается, и для телефона это почти не важно, но на открытой трассе поляризация антенн на обоих концах должна совпадать.
Одна сота или три сектора
В сотовой сети выбор между круговой и секторной антенной — это ещё и выбор ёмкости. Одна круговая сота делит свой частотный ресурс на всех абонентов вокруг. Три сектора по 120° дают три соты на той же площадке: каждая обслуживает свою треть абонентов, и суммарная ёмкость растёт примерно втрое при той же полосе.
Поэтому круговые антенны в сотовых сетях остались там, где нагрузка мала или нужна небольшая зона: на малых сотах, в сельской местности с редкими абонентами и внутри зданий.
Малая сота на столбе освещения или фасаде — типичный случай для компактной круговой антенны: небольшая зона вокруг точки, абоненты со всех сторон, а крупная панель там неуместна по размеру и виду.
Где всенаправленная антенна уместна
- Ретранслятор или диспетчерская станция в центре зоны, когда абоненты вокруг.
- Покрытие внутри зданий: потолочные антенны на каждом участке этажа.
- Малые соты на столбах и фасадах, где нужна небольшая зона вокруг точки.
- Подвижные объекты и временные площадки, где направление на корреспондента заранее неизвестно.
- Сети с малой нагрузкой, где делить зону на секторы нет смысла.
Где она проигрывает направленной
- Абоненты в одной стороне: половина мощности уходит туда, где никого нет. Площадка на краю города, трасса, берег — случаи для секторной или направленной антенны.
- Связь с удалённой точкой: для линии на одного корреспондента нужна антенна Яги или панель, а не круг.
- Высокая нагрузка в сотовой сети: три сектора дают втрое больше ёмкости, чем одна круговая сота.
- Помехи соседних сетей: круговая антенна их не отсекает.
- Донорная антенна репитера: круговая принимает и сигнал собственной сервисной антенны, что грозит самовозбуждением.
Как ставить круговую антенну
Металл рядом искажает круговую диаграмму: металлическая мачта вблизи коллинеарной антенны ослабляет излучение в свою сторону. Поэтому коллинеарную антенну ставят на вершину опоры, а если вершина занята — на вынос, и мирятся с искажением зоны. Дипольные решётки, наоборот, специально крепят сбоку мачты и разворачивают диполи, чтобы сформировать нужную форму зоны — в разделе таких решёток 3.
Узкий вертикальный лепесток длинной антенны оставляет ближнюю зону под опорой на боковых лепестках. Как это посчитать, разобрано в статье про антенны УКВ. Внутри зданий потолочную антенну ставят в центре обслуживаемого участка, подальше от металлических коробов и светильников.
Типичные ошибки
- Ставить коллинеарную антенну сбоку мачты вплотную к металлу и ждать круговой зоны.
- Брать самую длинную круговую антенну, когда основные абоненты рядом с опорой: узкий лепесток проходит над ними.
- Использовать круговую антенну как донорную для репитера.
- Закрывать вытянутую зону вдоль дороги или берега круговой антенной вместо двух направленных.
- Ставить потолочную антенну у окна: часть мощности уходит на улицу и мешает внешней сети.
Как выбрать: круговая или направленная
| Условие | Выбор |
|---|---|
| абоненты вокруг, антенна в центре зоны | всенаправленная |
| абоненты в секторе или вдоль трассы | секторная или панельная |
| одна удалённая точка | направленная: Яги, панель, зеркальная |
| помещения внутри здания | потолочная всенаправленная или настенная панель у стены |
| рядом мешающие передатчики | направленная, развёрнутая от помех |
| нужна максимальная ёмкость сотовой сети | несколько секторов вместо одной круговой соты |
Модели KADAMM
Коллинеарные и потолочные антенны УКВ — в разделе антенн УКВ, потолочные антенны для сотовой связи — в разделе внутренних антенн для DAS.
