№07(07) 2002
ТЕХНОЛОГИИ

Антенна вместо кабеля

Поработаем руками?

В отличие от огромных АЗК, выстроенных вдоль скоростных автомагистралей, проселочные автозапрвки, как правило, обойдены не только сотовой, но даже и проводной связью. Их руководство вынуждено идти на поклон в ближайшую районную АТС, тянуть через лесополосу дорогостоящий кабель и в результате поучить едва различимое похрипывание в трубке, совершенно непригодное для модемной связи. А ведь в большинстве случаев решение лежит на поверхности: нужно только «подтянуть» поближе зону покрытия одной из мобильных сетей, что обойдется раз в сто дешевле. Как это сделать? Установить специальную антенну

С каждым годом сотовая связь разрастается, как дрожжевое тесто на батарее, дешевея до смешного. Даже в зонах негарантированного покрытия, т. е. там, где «тянет» далеко не всякий терминал, улучшить качество сотовой связи можно с помощью обычной автомобильной ненаправленной антенны. Установить врезную или магнитную автоантенну лучше всего на крыше, но не очень высоко: исходя из географических условий. Чем длиннее кабель снижения, тем больше будет затухать в нем сигнал. И главное — штырь такой антенны должен находится в вертикальном положении. Даже десятиградусное отклонение уже скажется на качестве связи. Для пригорода такой антенны, с усилением до 3 db, будет вполне достаточно. Ведь даже «зажатый» между бетонными зданиями сигнал метрах в 4-5 над землей имеет достаточно высокий уровень.

На дорогах областного значения, даже там, где на карте указана зона приема, плотность установки излучателей обычно меньше, и для связи без помех часто нужна уже специальная антенна направленного действия. Недорогие стационарные антенны для мобильных телефонов сейчас помогут «достать» ближайшую базовую станцию почти по всей территории европейской части России. Такое устройство обеспечит прием на удалении до 35 км — для стандарта GSM-900, до 45 км — для D-AMPS, до 60 км — для CDMA и до 70 км — для тех, кто подключен к сети стандарта NMT-450i.

Стационарные направленные антенны для мобильных телефонов с усилением сигнала до 15 db увеличивают расстояние связи в 3,5 раза, что для 19 западных областей Российской Федерации означает практически полную телефонизацию. Хотя, конечно, многое зависит от рельефа местности.

Основными разновидностями направленных антенн являются антенны типа «волновой канал» и логопериодические.Максимальное распространение получили антенны первого типа. Они обладают большим коэффициентом усиления и просты в изготовлении. Цены на логопериодические антенны выше, устроены они сложнее, однако имеют более широкую полосу пропускания и выдают паспортные параметры практически без специальной настройки.

Дешево и сердито
Антенна типа «волновой канал» состоит из ряда параллельных вибраторов: полуволнового линейного или петлевого, расположенных в одной плоскости. К ним подключены кабели снижения (активный вибратор), рефлектора, и директоров (пассивные вибраторы).

Величина рефлектора и расстояние от него до активного вибратора подобраны таким образом, он усиливает излучение активного вибратора в прямом направлении ослабляет в обратном. Таким образом, рефлектор является отражателем, обеспечивающим формирование строго направленного излучения и приема (наподобие спутниковой тарелки). В качестве рефлектора часто используется обычная металлическая сетка.Усиление антенны тем больше, чем выше число директорных вибраторов — разнонаправленных усиков на центральной штанге.

Однако, чем больше число директоров в антенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться согласованной работы всех директоров. Это ведет к сужению полосы пропускания антенны.

К достоинствам антенны такого типа можно отнести высокий коэффициент усиления при сравнительной простоте конструкции. Антенна обладает четко выраженными резонансными свойствами и поэтому может успешно использоваться в системах симплексной и узкополосной связи, например, в стандарте CDMA.

К недостаткам антенны следует отнести сложность ее настройки при трех и более директорах. Антенны, собранные даже по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной подстройки или перестройки на другое направление или частоту. Таким образом, реальное усиление некачественно изготовленной антенны значительно ниже указанного в паспорте (в среднем на 2-3 дБ).

Кроме того, узкая резонансная полоса пропускания ведет к резкому снижению коэффициента усиления в системах связи, где используют дуплексные частоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты 824-840 МГц для приема и 869-894 МГц для передачи сигнала и использование антенны типа «волновой канал», настроенной на середину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на рабочих частотах. То же самое относится к стандарту GSM-900/1800.

Если вам — паралельно
Антенны с логарифмической периодичностью структуры — один из немногих типов антенн с неизменной направленностью и коэффициентом усиления в широком диапазоне частот. Во всем рабочем диапазоне они обеспечивают хорошее согласование антенны с линией снижения, их коэффициент усиления всегда остается постоянным.

Логарифмическая антенна образована двумя параллельно расположенными стрелами из металлического профиля или трубки, к которым поочередно через один крепятся вибраторы. Рабочая полоса ее частот «снизу» зависит от размеров наиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты — от размеров коротких вибраторов. Усиление антенны определяется числом вибраторов, каждый из которых является активным. Следовательно, задав полосу частот (размер максимального и минимального вибраторов), можно получить достаточно высокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет увеличения количества вибраторов. Логопериодические антенны хорошо работают и в широкополосных системах связи (DAMPS, GSM-900/1800) и в узкополосных, например, в системе многостанционного доступа CDMA (ширина полосы частот 1.5 МГц) с кодовым разделением каналов. При установке они не требуют дополнительной настройки, поскольку все вибраторы у нее активны и расставлены один относительно другого на постоянную величину, являющуюся характеристикой антенны.

К недостаткам таких антенн можно отнести более сложную их конструкцию и повышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с антенной типа «волновой канал».

Сделай же что-нибудь
Антенна устанавливается на кронштейне или мачте на стене или крыше и направляется в сторону базовой станции, сигнал от которой принимается устойчиво. «База» совсем необязательно должна быть ближайшей, так как все зависит от рельефа местности и места установки антенны. В то же время, база с самым сильным уровнем сигнала совсем необязательно будет с вами работать, так как может находиться хоть и на прямой видимости, но на расстоянии более 35 км., а это теоретический предел дальности для стандартного режима работы . Вы можете увидеть на некоторых телефонах логотип Оператора, почти все сегменты на индикаторе уровня поля, бегущую строку с информацией о месте привязки базы, но при попытках позвонить будете слышать только 3 коротких сигнала, регистрации в сети не произойдет.

Ориентацию антенны необходимо выполнять очень внимательно, медленно вращая антенну «по горизонту» и наблюдая за уровнем напряженности электромагнитного поля по дисплею мобильного телефона или с помощью функций инженерного меню. Дело в том, что изменение напряженности поля отображается на дисплее не сразу, а через 5-10 секунд, поэтому можно проскочить направление на самый сильный сигнал, вращая антенну быстро.

В меню сотового телефона необходимо включить «непрерывный поиск сети». Для настройки в тяжелых условиях желательно пользоваться телефоном с активированным инженерным меню. Очень плохо работают на границе зоны покрытия телефоны со встроенными антеннами (например, Nokia, Siemens), которые подключаются к внешней антенне с помощью индуктивного антенного адаптера, а не через разъём на корпусе телефона.

Юстировку стационарной антенны в первый раз лучше делать с помощью специалиста, но если его нет, то пробуйте самостоятельно — все получится.

Подключайся!
Кабель подключается непосредственно к контактам логопериодической антенны, расположенным на полотнах с противоположной стороны от скоб крепления к мачте. На антеннах типа «волновой канал» кабель подключается аналогично телевизионным антеннам, с помощью петли согласования. Средняя длина петли из кабеля любого типа с волновым сопротивлением 50 Ом (меряется между концами оплетки) — 120 мм, но для более точной настройки на частоту конкретной базовой станции длина петли может изменяться в небольших пределах.

Кабель у антенн этого типа должен иметь сопротивление 50-58 Ом. Рассогласование кабелей может привести к искажению формы диаграммы направленности, уменьшению широкополосности антенны. В результате это усложняет настройку, хотя и не сказывется на качестве приема даже за пределами зоны негарантированного покрытия.

В целях экономии возможно применение обычного высокочастотного телевизионного кабеля. Антенна всегда устанавливается в вертикальной поляризации: штыри на стреле антенны направлены «с неба в землю», стрела располагается строго параллельно земле. При установке антенны в городской многоэтажной застройке для работы на отраженном сигнале поляризация может измениться, нужно немного поэкспериментировать. Некоторые дилетанты умудряются направить антенну вертикально в небо. Но у большинства известных антенн для сотовой связи крепления сделаны именно под вертикальную поляризацию сигнала. И неправильая установка просто невозможна. Для смены же поляризации достаточно повернуть крепление на нужное количество градусов вокруг стрелы антенны и закрепить.

У многоэлементных антенн типа «волновой канал» луч диаграммы направленности узок, и на границе зоны возможного приема ее настройка сравнима по сложности с юстировкой спутниковой «тарелки». Потому, нельзя делать вывод о возможности или невозможности использования сотовой антенны, стоя на крыше здания и размахивания ею по сторонам.

Настройка производится в том месте, где антенна будет постоянно закреплена и на базовую станцию того оператора, к которому вы будете подключены постоянно. При смене оператора может потребоваться и новая юстировка антенны. Имеет большое значение и высота установки над землей, но, опять же, в разумных пределах, иначе затухание сигнала в кабеле сведет на нет все усилия. Часто больший эффект дает установка антенны на кронштейне за окном на двух метрах кабеля, чем на десятиметровой мачте в 10 м от дома. В целом, чем выше, тем лучше, но и в пределах одного метра (уже на высоте установки) нужно искать лучшее место, оно может быть на 30-40 см ниже или выше первоначального. Очень важно понимать, что от длины кабеля зависит и коэффициент усиления всей антенной системы, подсоединенной к сотовому телефону.

Паспортные данные внешних антенн не учитывают длину кабеля, поэтому, если высота третьего этажа загородного дома позволяет вести разговор, то вы обойдетесь направленной антенной в 10-11 дБ. Если же вам необходимо подняться на 15-20 метров над землей, нужно или улучшать качество кабеля, или использовать антенну усилением 13.5-16.5 дБ, что обычно дешевле. Хороший кабель с волновым сопротивлением 50 Ом с потерями 2-2.5 дБ на 10 метров на частоте 900 МГц стоит от $2-3 за метр.

Там же, где телефон в радиусе нескольких километров или в низине вообще не находит признаков телефонизации, нужно использовать три принципа:
• Усиление антенны — максимальное
• Качество кабеля — самое лучшее
• Длина кабеля — минимальная.

Настройтесь на волну
При юстировке антенны могут попасться с виду сильные каналы (60-80 дБ), но они могут не пускать телефон в сеть, ищите в другом направлении, отключив автоматическую регистрацию в сети. Сначала проверьте уровни каналов по горизонту, при перемещении антенны отключайте и включайте телефон, что бы он снова и снова искал сильный канал. Не жадничайте, 1-2 сегментов на индикаторе уже достаточно для устойчивой связи, просто телефон будет работать на максимальной мощности. Потом попробуйте зарегистрироваться в сети, направив антенну в сторону каждого сильного сигнала.

Скорее всего, вам повезет, и тогда приступаем к согласованию антенны с кабелем. Это касается антенн типа «волновой канал». Изменяя длину петли согласования можно настроить антенну на среднюю частоту между приемом и передачей. Как правило, требуется улучшить передачу телефона, иначе вы будете слышать хорошо, а собеседнику достанется лишь «бульканье»: у базового передатчика мощность все-таки больше, а чувствительность такая же, как и у вашего телефона.

Уменьшая длину петли, вы повышаете коэффициент передачи на более высоких частотах рабочего диапазона антенны, и наоборот. Ведь частота передачи у телефона всегда ниже, чем у базовой станции. По инженерному меню можно узнать номер канала базовой станции, а по номеру точную частоту передачи и приема.

После настройки необходимо тщательно закрепить антенну и загерметизировать контакты кабеля чем угодно, хотя бы лаком для ногтей.

Конечно, подключенный к антенному кабелю телефон станет менее мобильным, но качество дешевой дальней связи во многих случаях компенсирует это неудобство.
На главную страницу | Вывести на печать | Закрыть окно
© «Современная АЗС» 2002-2018. Все права на материалы, опубликованные на сайте, защищены в соответствии с законом об авторском праве. В случае использования текстовых и фотоматериалов ссылка на «Современную АЗС» обязательна! В случае полной или частичной перепечатки текстовых материалов в Интернете ссылка на «Современную АЗС» обязательна! Адрес электронной почты редакции: perov@sovazs.com