Виносні спрямовані антени для стільникових телефонів.

Розвиток стільникових мереж в Росії продовжує вражати високими темпами. Однак про стовідсоткового покриття російських просторів говорити не доводиться. Відповідно постає питання про застосування різних пристроїв для забезпечення зв'язку в «проблемних» місцях. Безперечно, головною з них варто вважати спрямовані антени.

Розвиток стільникових мереж в Росії продовжує вражати високими темпами. Однак про стовідсоткового покриття російських просторів говорити не доводиться. Відповідно постає питання про застосування різних пристроїв для забезпечення зв'язку в «проблемних» місцях. Безперечно, головною з них варто вважати спрямовані антени.

Останнім часом навколо цих пристроїв ведеться полеміка, причому зустрічаються самі крайні думки - від «це повна нісенітниця і марно викинуті гроші» до «це 100%-а панацея, яка забезпечує зв'язок аж до 100 км від найближчої базової станції ». Істина, як завжди, десь посередині!

Спробуємо ж трохи докладніше розібратися в цьому питанні

Отже , ми не будемо розглядати такі пристрої, як активні ретранслятори, реверсивні підсилювачі, автомобільні антени з круговою діаграмою спрямованості в горизонтальній площині та ін Мова лише про спрямованих пасивних антенах, як найбільш масових і доступних простому користувачу.

Існують, мабуть, три ситуації, в яких стаціонарні спрямовані пасивні антени (далі для простоти викладу будемо називати їх просто «антени») можуть допомогти.

  • нестійка зв'язок на кордоні зони покриття з граничної віддаленості від найближчої базової станції (БС)
  • робота всередині зони покриття, але в місцях «радіотіні» (складки рельєфу, екранування великими природними і штучними спорудами)
  • зв'язок всередині приміщення з високою ступенем ослаблення сигналу (підвали та напівпідвали, металеві споруди, будівлі, обшиті металом і т.д.).

Реальне розширення зони покриття за рахунок застосування виносної антени може бути здійснено , але дуже "в скромних межах. Причому це збільшення сильно залежить від використовуваного стандарту. Так, зв'язок в стандарті GSM навряд чи буде можлива на відстані понад 20-25 км від найближчої БС. Причому 35 км - межа для даного стандарту. І справа тут зовсім не в неефективності використання антени, а, скажімо, в особливих параметрах налаштування базової станції, як елемента мережі. У AMPS/DAMPS, CDMA розширення зони покриття за рахунок антени може бути більш значним, але й тут є межі. Найбільш ефективна така антена в стандарті NMT-450. Реально автор має результати по збільшенню зони покриття до 5-10 км в умовах відкритої місцевості з рівним рельєфом за рахунок застосування різних спрямованих антен. При цьому антени встановлювалися на щоглі висотою 4 метри, довжина кабелю становила 6 метрів. Розподіл за стандартами чітко простежується - телефон GSM при видаленні на 4-5 км від місця зникнення зв'язку ще продовжував «жити» за допомогою виносної антени. Решта стандарти працювали на великих дистанціях.

У другому випадку, що розглядається стійкість зв'язку залежить від того, як високо можна підняти виносну антену. Правило просте - чим вище - тим краще! Може бути, має сенс незначно поперемещать антену в горизонтальній площині. Розподіл електромагнітного поля на тих частотах, що використовуються в стільниковому зв'язку іноді дозволяють добитися ефекту навіть при зсуві на 1-3 метри!

У зазначеній ситуації дуже важливо правильно орієнтувати антену. Від цього в ряді випадків залежить сам факт працездатності системи «антена-телефон». До речі, орієнтування антени не такий простий процес, як може здатися на перший погляд.

У зазначених умовах ефективність використання антени залежить від безлічі факторів, які врахувати розрахунковим шляхом просто неможливо! Пробувати і ще раз пробувати - ось запорука успіху. Пробувати різні антени, різні висоти підвісу і різне розташування. Навіть різні типи телефонів одного стандарту можуть по-різному вести себе в таких проблемних місцях.

До речі, ця ситуація практично інваріантна до використовуваного стандарту зв'язку (NMT не в рахунок).

І, нарешті, третій випадок - зв'язок всередині екранованих об'єктів. Тут все досить однозначно - якщо вдається вивести фідер (кабель) зниження і встановити антену поза цього приміщення - зв'язок буде стійкою! Звичайно, мова йде про випадок, коли це саме екрановані приміщення знаходиться в зоні покриття, тобто «Заважає» зв'язки саме екранування самого приміщення.

Отже, використання зовнішніх спрямованих антен, хоча й актуально лише для невеликого відсотка користувачів стільниковим зв'язком, але важливо й виправдано. Це, перш за все, власники дач і заміських будинків. У багатьох випадках ці об'єкти розташовані на кордоні зони покриття. Це власники та експлуатанти різних об'єктів промисловості і сфери обслуговування, розташовані далеко від міста (бензозаправки, станції техобслуговування, мотелі, придорожні кафе та ресторани, бази і будинки відпочинку, цехи та склади). Це тимчасові об'єкти, що вимагають зв'язку (туристські табори, польові стани, місця зльотів та інших масових заходів). Це персонал офісів, магазинів та інших об'єктів, розташованих у підвалах/напівпідвалах в місті і передмісті.

Що ж можна запропонувати потенційному користувачеві в якості прийнятного варіанту спрямованої антени?

Сьогодні на російському ринку представлено декілька моделей подібних пристроїв. Відразу обмовимося - аналогічні антени російського виробництва та їх імпортні аналоги на наше тверде переконання практично не розрізняються за параметрами. А так як це не телефон і носити в кишені антену не потрібно, то в гонитві за зовнішнім виглядом переплачувати у кілька разів навряд чи доцільно! Більш того, російські вироби більш надійні, вони легше витримують наші суворі кліматичні умови! І термін служби у них вище!

Серед різноманіття моделей можна виділити два основних типи. Все інше - це варіації на тему цих двох напрямків. Це «хвильовий канал» і логоперіодіческая структура

Хвильовий канал має високий коефіцієнт підсилення, вузький «пелюстка» діаграми спрямованості в горизонтальній площині. Але параметри цього типу антен сильно залежать від висоти підвісу, від близького розташування великих металевих предметів. Кількість елементів такої антени може досягати 10-15 і навіть 20 з зайвим елементів. При цьому довжина траверси (несучої стріли антени) може досягати 3 і більше метрів). На практиці ж такі монстри в стільникового зв'язку недоцільні. Як сказано вище, перевершити певний рубіж по дистанції все одно не вдасться. Практично застосування хвильового каналу з числом елементів більше 8 - 10 економічно навряд чи виправдано. Довжина антени в цьому випадку буде близько 1 метра, що цілком прийнятно при встановленні її в будь-яких умовах. Стандартна антена складається з активного вібратора, який збуджується по лінії живлення, розташованого ззаду рефлектора і декількох елементів спереду - директорів.

Логоперіодіческая антена зовні має характерну деталь - її несуча конструкція (тут вона називається збірною лінією) складається не з однієї, а з двох труб круглого або прямокутного перерізу. До цих трубах прикріплені зварюванням або іншим способом відрізки прутка різної довжини. Кабель підводиться крізь одну з збірних ліній до передньої частини антени (з боку самих коротких елементів).

Така антена (при рівних з хвильовим каналом габаритах) має посилення трохи нижче, але зате вона більш широкополосна, а значить, буде краще перекривати весь діапазон частот. «Логоперіодіка» менш критична до висоти підвісу і «оточення» металевими конструкціями.

Нагадаємо, що поляризація радіохвиль у стільникового зв'язку вертикальна. А тому не забудьте, що Ваші антени повинні працювати в цій поляризації.


Зазвичай про це нагадують інструкції з експлуатації антен. Пам'ятайте, що елементи антени повинні бути перпендикулярні поверхні землі (а не паралельні, як це найчастіше буває у телевізійних антен)!

У більшості випадків як фідера використовується кабель з хвильовим опором 50 Ом ( а не 75, як і телебаченні) з максимально низькими втратами. Це дуже важливо, тому що на частотах стільникового зв'язку загасання в кабелі велика і кожен децибел втрат позначається дуже сильно! Саме з цієї причини виробники рідко комплектують антени кабелем довжиною вище 6-8 метрів. При більшій довжині втрати стають вже критичними і ефект, досягнутий за рахунок власного посилення антени «з'їдається» втратами в кабелі. Так, це іноді незручно, але доводиться миритися, інакше пристрій зовсім не буде працювати!

Для повноти картини необхідно відзначити, що випускаються промисловістю і такі типи антен для стільникового зв'язку, як синфазні решітки, Колінеарні антени (з круговою діаграмою) і ряд інших. Однак у продажу вони зустрічаються значно рідше, ніж згадані вище типи.

Особливості конструкції спрямованих антен такі, що найчастіше вони придатні одночасно для основних стандартів діапазону 800/900 МГц (GSM-900, AMPS/DAMPS, CDMA). Для NMT-450 CDMA-2000, які працюють у діапазоні 450 МГц, використовуються зовсім інші марки антен, хоча і функціонують на тих же принципах.

Останнім часом розпочато серійний випуск антен і для діапазонів 1800 і 1900 МГц (GSM-1800/1900).

Тепер кілька на наш погляд глибоко помилкових (а часто шкідливих і небезпечних!) думок, що існують серед користувачів направлених антен для стільникових телефонів .

1. Існує думка, що для цілей, описаних вище, цілком підійдуть телевізійні антени ДМВ діапазону. Варто їх лише «трохи підрізати». А коштують вони утричі дешевше.

Вважаємо цю думку украй невірним. Мало того, що, не знаючи точно наскільки «підрізати» ви ніколи не потрапите в точку. А як «підрізати» петлевий вібратор? Крім того, змінюється не тільки довжина елементів, але і відстань між ними. А цей розмір в домашніх умовах змінити складно.

Зауважимо, що антени розраховуються у спеціальних лабораторіях за допомогою програм комп'ютерного моделювання. Зробити це дилетанту вельми складно. Крім того, кожна антена проходить перевірку за рівнем узгодження, за іншими електричним параметрам.

Що ж станеться, якщо ви все ж таки зважитеся послухати «мудрих порад» і вирішите заощадити? У кращому випадку антена не дасть абсолютно ніякого ефекту і не забезпечить стійкий зв'язок. У гіршому ж через поганий узгодження з кабелем передавач телефону буде працювати на рассогласованного навантаження, що може призвести до виходу з ладу дорогого телефону. Зауважимо, що такі поломки не є гарантійними і ремонтувати апарат доведеться за свій рахунок.

2. Існує думка, що антена буде працювати краще, якщо її встановити на діелектричному підставі (щоглі) і не заземлювати.

Вкрай шкідливий думку! Якщо антена розрахована і виготовлена ??правильно, то її заземлення ніяк не позначиться на якості роботи! А ось незаземлена антена може наробити багато лиха через попадання в телефон грозових розрядів і «стікання» статичного заряду. Вихід з ладу телефону в такому випадку неминучий! Отже, антена ОБОВ'ЯЗКОВО має бути якісно і правильно заземлена!

3. Мусується думку, що антени, виготовлені з алюмінієвих сплавів, працюють набагато краще, ніж їх сталеві «побратими».

Вважаємо, що цей постулат не вірний. Так, якийсь вплив матеріал надає (з-за різної провідності в поверхневих шарах), т.зв. «Скін-ефект». Але цей вплив так мізерно, що помітити його звичайний користувач без спеціальних приладів не зможе. Куди більший вплив робить втрати в кабелі, неправильна орієнтація на БС, висота підвісу і безліч інших факторів. Крім того, сталеві антени більш міцні, більш надійні.

І в ув'язненні кілька практичних рекомендацій

Перш за все - купівля. Настійно рекомендуємо купувати такі вироби в спеціалізованих торгових точках, де вам нададуть потрібні консультації, гарантії, і найголовніше - можливість обміняти або прийняти назад антену, якщо вона вам не підійшла. Всі цивілізовані продавці надають можливість повернення/обміну антени, якщо вона «не підійшла». Це вважається гарним тоном. І якщо вам відмовляють в такій можливості - відразу ж відмовтеся від покупки в цьому місці!

Переконайтеся, що той стандарт, у якому працює ваш телефон прийнятний для даного типу антени. У паспорті на антену зазвичай вказується, для яких стандартів вона підходить. Ну, а вже дізнатися в якому стандарті Ви працюєте необхідно у вашого оператора. Зверніть увагу, що назва GSM - це ще не повна характеристика! Існує GSM-900, GSM-1800, GSM-1900. І аж ніяк не для кожного типу підійде антена, в паспорті якої написано «для стандарту GSM».

Купуючи антену, не забудьте подбати і про антенному адаптері. Справа в тому, що більшість антен випускаються заводами з роз'ємом типу FME-fremale. Це свого роду стандарт. Для підключення до Вашого конкретного телефону служить невеликий перехідник, званий адаптером. Він являє собою відрізок кабелю з одного боку з роз'ємом FME-male, який під'єднується до антени, а з іншого - з індивідуальним роз'ємом, підходить під антенне гніздо вашого телефону. Якщо телефон не має такого гнізда, застосовують т.зв. індукційні адаптери, коли немає безпосереднього гальванічного контакту між телефоном і виносної антеною. Телефон поміщається в особливу рамку, за допомогою якої і передається сигнал без безпосереднього контакту.

Отже, якщо є сама антена і адаптер приступаємо до другого етапу. Необхідно визначити місце установки антени.

Правила тут прості і зрозумілі. Антена повинна бути встановлена ??як можна вище. Бажано, щоб поблизу місця установки було поменше великих металевих об'єктів. Не варто розміщувати антену в кроні дерева, листя просякнуті вологою і будуть створювати перешкоду для поширення радіохвиль. Якщо Вам відомо направлення на найближчу базову станцію - розташовувати антену доцільно саме з того боку будинку, яка виходить на цей напрямок.

В якості несучої конструкції може служити або спеціальна щогла (випускається для ТБ антен ), або кронштейн цього ж призначення, або будь-яка відповідна труба. Головна умова - хороше надійне кріплення, можливість демонтажу для проведення регламентних робіт.

При установці будь-яких щогл і антен стежте, щоб при монтажі ваша конструкція не могла торкнутися електричних проводів і радіотрансляції! Це не тільки може вивести з ладу апаратуру, але привести до ураження електричним струмом. Більш того, оцініть, по якій траєкторії буде падати щогла, якщо в результаті якихось причин вона не витримає напору стихії. Навіть при падінні вона не повинна торкнутися електричних проводів!

Само собою, що при встановленні антени необхідно виконувати всі вимоги з безпеки при проведенні висотних робіт.

Отже, антена встановлена ??і закріплена, кабель спущено в приміщення. Перед підключенням телефону необхідно вимкнути його, підключити адаптер і потім знову включити. Це виключить можливість пошкодження телефону в момент включення.

Далі необхідно зробити орієнтацію за максимальним сигналом від базової станції. Краще це зробити за спеціальними приладами. Повільно повертайте антену навколо своєї осі, стежачи за показаннями індикатора. Досягніть максимального рівня показань індикатора, продовжуйте обертання в тому ж напрямку до мінімуму значень. Повторіть цю операцію в зворотному напрямку до мінімуму. Напрямок між цими мінімумами повинно відповідати напрямку на БС. Повторюємо - обертати антену треба дуже повільно! Всі відомі нам телефони оновлюють показання індикатора рівня сигналу раз в 2-5 секунд.