Как увеличить дальность передающей средневолновой антенны. Способы повышения эффективности средневолновых антенн: конструкции, методы и решения

Устроить в городских условиях передающую антенну средневолнового диапазона – задача не простая. Протяженная проволочная антенна будет всегда привязана к окружающим зданиям, поэтому универсального рецепта “правильной” антенны быть не может.

Часто случается в городских кварталах, когда соседствуют пятиэтажные длинные дома и 9-12-и этажные высокие башни.

Вот тут-то сам собой и напрашивается “Змей Горыныч” – сложенный втрое вертикальный четвертьволновый вибратор с емкостной нагрузкой на горячем конце.

В профиль антенна действительно напоминает трехглавого змея. Эта антенна – конструктивно, производная от “Треххвостки” с длинным снижением. Однако по физике работы, в отличие от треххвостки (она, по сути – наклонный луч), “Змей Горыныч” – это вертикал.

Конструкция

Конструкция ясна из рис. 1. Верхнее полотно тремя анкерами крепится либо к краю крыши (ограждение использовать нельзя), либо заходит на чердак через слуховые окна.

Противоположный конец верхнего полотна необходимо оттянуть как можно дальше и как можно сильнее, чтобы “головы змея” занимали бы положение максимально близкое к горизонтальному. Именно этот узел антенны испытывает самые большие нагрузки. Головы дракона выполняются из биметаллической проволоки БСМ-1-2,5 мм.

Главная оттяжка – либо из 5 мм стального троса, либо из 4-х миллиметрового биметалла БСМ-1. Чтобы оттяжка не резонировала на рабочей частоте (по закону подлости, она, ведь, точно окажется длиной 45-50 метров), ее разбивают орешковыми фарфоровыми изоляторами 50×70 мм на несколько частей по 10-15 метров.

Рис. 1. Самодельная передающая антенна на средневолновый диапазон 200м.

Снижение антенны дальним концом закреплено к стене через три изолятора 28×40 мм и оттяжку, чуть ниже половины высоты противоположного здания. Снижение выполняется из медного изолированного провода, сечением 2,5-4 мм2, перевитого втрое неплотным повивом. То есть, получается литцендрат из трех жил.

Можно перевить и 3 провода П-268. Такая сложность обусловлена большим ВЧ током, протекающим по снижению при работе антенны на передачу.

Закрепить оттяжку на стене здания на высоте пятого этажа можно, используя закладные петли из 4-х миллиметровой стальной проволоки, которые для того и предназначены, и по строительным нормам обязательно устанавливаются на стенах зданий.

Надо только очень внимательно посмотреть на стену. Если по каким-либо причинам таких петель в стене Вашего здания нет, то вполне допустимо сделать их самостоятельно, установив в стену с помощью перфоратора и гаечного ключа пару анкеров, которые сейчас в широкой номенклатуре продаются на строительных рынках.

Добраться до нужной высоты по ровной стене можно двумя способами:

• договориться с верхолазами, которые висят на веревках и красят стены домов;
• договориться с водителем подъемника “кошачья лапа” и самому установить анкера.

В обоих случаях цены вполне приемлемые. Только вот тут внимание! Анкеров надо ставить обязательно два на расстоянии около 25-30 см друг от друга.

Их петли надо соединить 4 мм стальной проволокой, сложенной вдвое, с небольшим провисом, и за ее середину привязать оттяжку, чтобы при натяжении усилие было направлено не столько на вытаскивание анкера, сколько на стягивание анкеров друг к другу. Тогда анкеры “закусят” и не выдернутся из стены: вот где сопромат пригодился!

Противовесы и заземление

Для любого вертикального Х/4 вибратора необходимо и то, и другое. В качестве заземлителя потребуется 3-х дюймовая стальная ржавая водопроводная труба длиной 3 метра. Впрочем, пойдет и оцинкованная.

С одного конца, отступив 30 мм, сверлим в ней крест-накрест 4 отверстия, диаметром 10 мм. К одному приболтим клемму с запаянным в нее проводом заземления, сечением не менее 16 мм2 (лучше 20), который пойдет к передатчику. К остальным трем болтим пять-шесть клемм, в которые запаяны 15-ти метровые куски проволоки БСМ-1, диаметром 4 мм.

Трубу надо вкопать вертикально в газончик около дома, напротив вашего окна, но не ближе трех метров от стены. Для этого покупаем на рынке садовый бур, диаметром 160 мм, надставляем ему ручку до трех метров и бурим скважину.

Пока Вы бурите, пусть жена растворит в двух ведрах воды килограмм медного купороса CuS04 (по полкило на ведро).

Когда “ямка” будет готова, опускаете в нее трубу (болтами кверху) так, чтобы она туда ушла полностью, вровень с землей. Засыпаем вокруг трубы землю, проливая ее для уплотнения раствором медного купороса. Расходовать раствор надо так, чтобы хватило пролить всю землю, что будет засыпаться в скважину.

По мере засыпания земли и проливания, утрамбовываем ее длинной рейкой. Верхнюю часть трубы (сантиметров 30-40) с хорошо затянутыми болтами (и с гроверами), неплохо было бы залить бетоном, сделав небольшой кубик 20×20 сантиметров, поднимающийся над землей около 10 см.

Заливку бетоном оголовка следует делать не раньше, чем через две-три недели, чтобы после нескольких дождей земля вокруг трубы осела, и ее можно было бы хорошо утрамбовать.

15-ти метровые лучи тоже надо прикопать, но уже горизонтально, чтобы они образовали “юбочку”, как показано на рис. 1. Будем надеяться, что размер газончика позволяет это сделать.

Два из них можно прикопать в противоположные стороны вдоль стены дома (не ближе трех метров), остальные равномерно распределить веером по газончику.

Прикопать эти провода желательно где-то на полметра. Для этого надо взять цепную пилу (можно электрическую или бензиновую), одеть на нее пришедшую в негодность цепь, пропилить землю от заземлителя по направлениям лучей и запихнуть в эти щели 15-и метровые провода, чтобы образовать “юбочку заземления”. Концы проводов желательно забить в землю с помощью штырей из арматуры, длиной по 0,5-0,7 м. Возни как раз на выходные.

Таким образом, под антенной мы создаем “земляной пятачок” повышенной проводимости, и между ним и вибратором будет разворачиваться электрическое поле антенны.

Располагать же в городе полноразмерные противовесы, настроенные в резонанс, как минимум, три штуки по 50 метров, – представляется не реальным. Впрочем, если Вы сможете-таки их натянуть на высоте второго-третье-го этажа (где сами живете) к соседним домам через заросли деревьев, что растут во дворах, – это будет подвиг!

Здесь уж Вы сами определитесь, что для Вас лучше – либо земляная юбочка из пяти-шести проводников по 15 метров, либо полноразмерные противовесы (три-четыре штуки), настроенные в резонанс. Это дело вкуса. Если Вы остановитесь на юбочке, то разместить ее надо (в соответствии с рис. 1) между зданиями, закопав заземлитель посередине торцевой стены пятиэтажки. Ну, это в идеале, конечно. А там, как уж по месту получится.

Кстати! Поскольку “Змей Горы-ныч” по сути своей – вертикал, то он гораздо менее чувствителен к множественным, преимущественно горизонтальным интернет-воздушкам, которыми буквально замусорены все городские крыши. Главное, чтобы рядом с ним (в этом же проеме зданий) не висело воздушек.

Теперь представим себе вариант, что Вам неслыханно повезло, и прям перед Вашим окном, на пятом этаже пятиэтажки, на расстоянии 45-50 метров находится глухая стена (или угол) 14-и или 17-и этажной башни. О таком можно только мечтать, но мечты имеют тенденцию сбываться!

Картинка антенны не претерпевает принципиальных изменений, но “Змей Горы-ныч” может серьезно подрасти, и тут представляется возможным сделать одну хитрость. А давайте увеличим длину вибратора до 60-65 метров. Тогда три его части будут не по 18 метров, а по 20-22.

Вибратор становится удлиненным, и в его входном сопротивлении появится довольно большая индуктивная составляющая, которую легко скомпенсировать последовательной емкостью в точке питания.

В результате получим повышение активного входного сопротивления с 30 Ом до 70-110. – Меньше ток на выходе передатчика, выше КПД выходной колебательной системы. Это хорошо, но не главное. Главное то, что пучность тока в антенне поднялась выше над землей. И фазовый центр антенны сместился вверх.

При вещании из городской застройки это самое важное. Теперь наш сигнал при той же мощности станет слышно дальше. Собственно, изначально, за тем же самым и верхняя часть полотна антенны выполнена трехпроводной, с повышенной емкостью, чтобы сдвинуть пучность тока выше по антенне, а настройку ее в резонанс вести снизу, последовательной емкостью.

На закуску – заделка биметалла и троса в орешковые изоляторы (рис. 2).

Рис. 2. Заделка биметалла и троса в орешковые изоляторы.

ВАЖНО! В соответствии с Постановлением Правительства Москвы от 01.04.1997 г. №244-ПП, дополненным несложными расчетами, подводить к передающей антенне частотного диапазона до 3-х МГц, расположенной в непосредственной близости от жилых зданий, можно не более 100 Вт, если оба дома железобетонные, или не более 50 Вт, если дома кипичные или деревянные.

При превышении этой мощности, у вас, у вашей семьи, и у жителей ближайших к антенне квартир с течением времени может развиться весьма неприятное заболевание, которое современная медицина только учится лечить. Да и превращать смысл оставшейся жизни в работу на аптеку лишь ради трех латинских буквочек QRO и собственных амбиций, полагаю, не стоит.

Диполи

Антени різних діапазонів довжин хвиль

Коэффициенты усиления и эффективная площадь некоторых типов антенн

Двумя наиболее простыми примерами антенн являются полуволновой диполь (также называемый вибратором Герца, см. рис. 11, а) и четвертьволновая вертикальная антенна (антенна Маркони, см. рис. 11, б). Полуволновой диполь состоит из двух прямых коллинеарных проводников равной длины, разделенных небольшой щелью, на которую подается сигнал. Максимальная эффективность передачи сигнала достигается при длине антенны, равной половине длины волны. Вертикальная четвертьволновая антенна наиболее часто используется в автомобильных или портативных радиолах.

Полуволновой диполь характеризуется ненаправленной диаграммой излучения в одном измерении трехмерного пространства. В двух других плоскостях диаграмма по форме напоминает цифру «8» (см. рис. 12, а). Для излучения направленных сигналов могут использоваться более сложные типы антенн. Распространенный пример диаграммы направленности такой антенны представлен на рис. 12, б. В данном случае максимум мощности излучается в направлении оси х.

При проектировании антенн учитываются особенности распространения радиоволн соответствующего диапазона.

Основой антенны длинных и средних волн является вертикальный провод. Горизонтальные провода не могут быть использованы для излучения и приема в длинноволновом и в большей части средневолнового диапазонов. Причина этого заключается в том, что в связи с высокой проводимостью почвы и малой высотой антенны по сравнению с длиной волны в данном диапазоне горизонтальные провода и их зеркальное изображение образуют противофазную систему, которая не излучает и не принимает радиоволны под малыми углами к земной поверхности. Тем самым исключается появление поверхностных волн, без которых невозможна связь на длинных волнах и на значительной части средних волн.

Длина излучающего провода, а соответственно и высота антенны должны быть по возможности большими для увеличения сопротивления излучения. При малом сопротивлении излучения антенна работает с низким КПД

Для получения достаточно большой излучаемой мощности приходится возбуждать в антенне большой ток, а это связано с увеличением напряжения и опасностью перенапряжения в антенне. В связи с этим полоса пропускания антенны оказывается недостаточной для качественного воспроизведения всего спектра частот модулированного тока, так как при малом сопротивлении излучения затухание антенного контура имеет малую величину.

В длинноволновом и средневолновом диапазонах применяются только заземленные вертикальные вибраторы.

Потери в длинноволновых и средневолновых антеннах в основном определяются потерями в земле. Для уменьшения этих потерь применяют специальное заземление в виде одиночного провода или ряда проводов, зарытых в землю. Антенна в совокупности с системой заземления называется радиосетью.

В целях увеличения сопротивления излучения антенны вертикальный излучающий провод дополняют сетью горизонтальных или наклонных проводов, которые в совокупности с землей образуют значительную емкость. Это способствует более равномерному распределению тока в излучающем вертикальном проводе (как в элементарном вибраторе).

Таким образом, определился характер длинноволновых и средневолновых антенн как вертикальных заземленных проводов с горизонтальной частью. Вертикальные провода называются иначе снижением, агоризонтальные или наклонные — верхней частью или крышей антенны.

В зависимости от взаимного расположения снижения и верхней части антенны различают Г-образные (рис. 13,а), Т-образные (рис. 13, б) и зонтичные антенны (рис. 13, в).

Г-образные и Т-образные антенны состоят из ряда параллельных горизонтальных проводов, подвешенных на двух мачтах, и вертикального заземленного провода, причем в Г-образных антеннах вертикальный привод присоединяется к одному концу горизонтальной части, а в Т-образных антеннах — к ее середине. В зонтичных антеннах верхняя часть состоит из наклонных проводов, вследствие чего для подвеса антенны можно использовать одну мачту.

На рис. 14 показана многовитковая рамочная антенна

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10092 – | 7528 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к передающим антеннам в сетях синхронного радиовещания в диапазоне средних волн. Техническим результатом является уменьшение металлоемкости антенн с узкой диаграммой направленности. Сущность изобретения заключается в том, что направленная средневолновая антенна содержит по крайней мере два жестких вертикальных элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания. Для уменьшения металлоемкости введены вертикальные проволочные элементы и продольные проволочные элементы, причем вертикальные проволочные элементы подвешены к жестким вертикальным излучающим элементам посредством продольных проволочных элементов, к которым соответствующие вертикальные проволочные элементы прикреплены с образованием электрического контакта, а продольные проволочные элементы, соединенные с разными вертикальными элементами, скреплены друг с другом с помощью изоляторов; нижний конец вертикального проволочного элемента, находящегося возле одного из крайних жестких вертикальных излучающих элементов, подключен к источнику сигнала, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов соединены с землей. 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2254647

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено, в частности, для использования в качестве передающей антенны в сетях синхронного радиовещания в диапазоне средних волн.

Известны средневолновые направленные антенны, содержащие по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен [1,2].

В этих известных антеннах вертикальные излучающие элементы изолированы от земли, для чего они установлены на опорных изоляторах, что дорого при сооружении и увеличивает трудоемкость при эксплуатации.

Известна направленная средневолновая антенна, содержащая по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания [3] (прототип).

Если требуется узкая диаграмма направленности, известная антенна получается металлоемкой и дорогой, т.к. в этом случае она должна содержать много жестких вертикальных излучающих элементов.

Предлагаемым изобретением решается задача уменьшения металлоемкости направленной средневолновой антенны.

Для достижения этого технического результата в известную направленную средневолновую антенну, содержащую по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания, введены вертикальные проволочные элементы и продольные проволочные элементы, причем вертикальные проволочные элементы подвешены к жестким вертикальным излучающим элементам посредством продольных проволочных элементов, к которым соответствующие вертикальные проволочные элементы прикреплены с образованием электрического контакта, а продольные проволочные элементы, соединенные с разными вертикальными элементами, скреплены друг с другом с помощью изоляторов; нижний конец вертикального проволочного элемента, находящегося возле одного из крайних жестких вертикальных излучающих элементов, подключен к источнику сигнала, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов соединены с землей.

На фиг.1 изображена направленная средневолновая антенна, содержащая два жестких вертикальных излучающих элемента и один вертикальный проволочный элемент, вид сбоку.

На фиг.2 изображена направленная средневолновая антенна, содержащая три жестких вертикальных излучающих элемента и четыре вертикальных проволочных элемента, вид сбоку.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности антенны, изображенной на фиг.1: сплошная кривая – в горизонтальной плоскости, пунктирная – в вертикальной.

На фиг.4 приведены диаграммы направленности антенны, изображенной на фиг.2: сплошная кривая – в горизонтальной плоскости, пунктирная – в вертикальной.

Направленная средневолновая антенна (фиг.1) содержит по крайней мере два жестких вертикальных излучающих элемента 1 в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания. Направленная средневолновая антенна (фиг.1) содержит также вертикальный проволочный элемент 2 и четыре продольных проволочных элемента 3. Продольные проволочные элементы 3 скреплены с жесткими вертикальными излучающими элементами 1 и с вертикальными проволочными элементами 2 с образованием электрического контакта. Продольные проволочные элементы 3, скрепленные с соседними вертикальными элементами (на фиг.1 с одним из жестких вертикальных излучающих элементов 1 и с вертикальным проволочным элементом 2) скреплены друг с другом с помощью изоляторов 4. Так осуществлена подвеска вертикального проволочного элемента 2 к жестким вертикальным излучающим элементам 1. К нижнему концу вертикального проволочного элемента 2 подключен источник сигнала 5 (фидер передатчика, при необходимости – с согласующим устройством). Другой провод источника сигнала 5 соединен с проводниками высокочастотного заземления, которое выполнено обычным для передающих средневолновых антенн образом и на фиг.1 не показано. Размеры жестких вертикальных излучающих элементов 1 и прикрепленных к ним продольных проволочных элементов 2 выбраны так, чтобы частота первого резонанса одного из них (на фиг.1 – левого) была несколько ниже рабочей частоты, а другого (на фиг.1 – правого) – несколько выше рабочей частоты. Для этого продольный проволочный элемент, прикрепленный к левому жесткому вертикальному излучающему элементу, выполнен большей длины, чем продольный проволочный элемент, прикрепленный к правому жесткому вертикальному излучающему элементу; при этом жесткие вертикальные излучающие элементы выполнены одинаковой высоты, что удобно конструктивно. Размеры продольных проволочных элементов 3, прикрепленных к вертикальному проволочному элементу 2, выбраны исходя из удобства согласования с источником сигнала 5. Расстояния между жесткими вертикальными излучающими элементами 1 и вертикальным проволочным элементом 2 – около четверти длины рабочей волны. Точные размеры длин элементов и расстояний между ними должны быть получены в каждом конкретном случае с помощью численного электродинамического моделирования с учетом величин поперечных сечений элементов и оптимизированы для получения желаемой диаграммы направленности.

Жестких излучающих элементов 1 может быть и больше двух, так, направленная средневолновая антенна, изображенная на фиг.2, содержит три жестких излучающих элемента 1, четыре вертикальных проволочных элемента 2 и двенадцать продольных проволочных элементов 3. Нижний конец вертикального проволочного элемента 2, находящегося возле крайнего жесткого вертикального излучающего элемента 1 (на фиг.2 – левого), подключен к источнику сигнала 5, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов 2 соединены с землей. Продольные проволочные элементы 3, соединенные с соседними вертикальными элементами (проволочными 2 или жесткими 1) скреплены друг с другом с помощью изоляторов 4. При суммарной длине скрепляемых продольных проволочных элементов, меньшей расстояния между соответствующими вертикальными элементами, для скрепления использованы также отрезки троса 6 (на фиг.2 справа). Резонансная частота левого (на фиг.2) жесткого вертикального излучающего элемента 1 несколько ниже рабочей частоты. Резонансные частоты остальных вертикальных элементов (жестких 1 и проволочных 2) несколько выше рабочей частоты и выше у тех из них, которые на фиг.2 расположены правее. Это достигается выбором длин продольных проволочных элементов. Направленная средневолновая антенна снабжена высокочастотным заземлением, обычным для средневолновых антенн. Точные размеры длин элементов и расстояний между ними должны быть получены в каждом конкретном случае с помощью численного электродинамического моделирования с учетом величин поперечных сечений элементов и оптимизированы для получения желаемой диаграммы направленности.

Направленная средневолновая антенна работает следующим образом (см. фиг.1 и 2). При подаче высокочастотного напряжения от источника сигнала 5 соединенный с ним вертикальный проволочный элемент 2 работает как активный вибратор, находящийся слева от него жесткий вертикальный излучающий элемент – как рефлектор, остальные жесткие вертикальные излучающие элементы 1 и вертикальные проволочные элементы 2 – как директоры. В результате обеспечивается направленное излучение. Направленность тем выше, чем больше число излучающих элементов, при этом излучающие свойства у проволочного излучателя не хуже, чем у жесткого, поскольку проволочный излучатель для увеличения эквивалентного поперечного сечения состоит из нескольких проводов. Металлоемкость же проволочного излучателя в десятки раз меньше, чем жесткого. Таким образом, металлоемкость направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.2, имеющей три жестких и четыре проволочных излучателя, примерно вдвое меньше, чем у аналогичной по электрическим характеристикам антенны, составленной только из жестких излучателей.

На фиг.3 приведены диаграммы направленности направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.1: сплошная кривая – диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, пунктирная – в вертикальной плоскости. На фиг.4 приведены диаграммы направленности направленной средневолновой антенны, изображенной на фиг.2: сплошная кривая – диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, пунктирная – в вертикальной плоскости. Диаграммы направленности построены по распределению токов по проводникам антенны, найденному с помощью численного электродинамического расчетного метода с учетом потерь в заземлении антенны. Как видно по фиг.3 и 4, сужена не только диаграмма направленности в горизонтальной плоскости, но также и в вертикальной плоскости, что повышает антифединговые свойства антенны.

1. Антенны для радиосвязи и радиовещания: В двух частях. Ч.2. Средневолновые и длинноволновые антенны. / С.П.Белоусов, Р.В.Гуревич, Г.А.Клигер, В.Д.Кузнецов. – М.: Связь, 1980. – 120 с.

2. Патент Японии №54106151, кл. H 01 Q 3/22; H 01 Q 5/00; H 01 Q 19/22, опубл. 20.08.1979.

3. Патент Японии №54106152, кл. H 01 Q 3/22; H 01 Q 5/00; H 01 Q 19/22, опубл. 20.08.1979.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Направленная средневолновая антенна, содержащая, по крайней мере, два жестких вертикальных элемента в виде металлических мачт или башен, заземленных у основания, отличающаяся тем, что в нее введены вертикальные проволочные элементы и продольные проволочные элементы, причем вертикальные проволочные элементы подвешены к жестким вертикальным элементам посредством продольных проволочных элементов, жесткие вертикальные элементы и вертикальные проволочные элементы скреплены с соответствующими продольными проволочными элементами с образованием электрического контакта, а продольные проволочные элементы, соединенные с разными вертикальными элементами, скреплены друг с другом с помощью изоляторов, нижний конец вертикального проволочного элемента, находящегося возле одного из крайних жестких вертикальных излучающих элементов, подключен к источнику сигнала, а нижние концы остальных вертикальных проволочных элементов соединены с землей.

Антенны для приёма Средневолнового радиовещания

Даже если на территории РФ вещания в участке Средних Волн (MW) практически не ведётся, то это не означает что во всём мире такая ситуация. Напротив — во всём мире вещание ведётся, правда где-то дотационно со стороны государства, где-то на деньги общин или на коммерческие средства. Вещание оптимизируется, но не прекращается.

Поэтому можно встретить выпускающиеся серийно заводские модели рамочных антенн для радиоприёмников на Средние Волны. Их можно использовать с любыми радиоприёмниками со встроенной антенной, а некоторые модели даже с приёмниками без таковой (есть провод для соединения к клеммам).

Например такую TECSUN AN 200 (здесь совместно с приёмником S-2000)

Однако же это не панацея. Днём прохождения нет, иностранные станции можно услышать только когда наступают сумерки.

В данном случае справедливо утверждение «от увеличения парка приёмников и антенн к ним, а равно как увеличение эффективности антенн к имеющимся приёмникам, количество передающих станций не увеличивается!». Мы можем принимать только  сохранившиеся. Причём чем выше эффективность антенн для приёма, тем больше можно принять из сохранившихся, но не более. А сохранившихся вещающих на русском языке — по пальцам одной руки можно пересчитать. Хотя, если принимать иностранные и знать эти языки, то почему бы нет… Разные «голоса» уже не вещают в АМ — они проникли в Интернет.

Зато хорошие антенны могут помочь принимать сигналы любительских вещательных радиостанций. Сейчас ведётся работа по легализации творчества радиолюбителей в этом вопросе. Часть Средневолнового диапазона будет закреплена за ними (полоса 1449-1602 кГц, в сетке 9 кГц), но не абы как, а за каждым городом, районом будет закреплена некоторая фиксированная частота из этого спектра. Если её будет мало, будут выдавать смежные каналы из этой-же полосы. Любители (по задумке) будут работать на одном канале поочерёдно (по графику). Мощности передатчиков от единиц Ватт, до десятков Ватт. В отдельных случаях до 100 — 500 Вт. Такие станции могут приниматься в пределах населённых пунктов и немного за ними. Если будут применяться рамочные антенны на приёмной стороне, то это упростит приём. В других случаях (кроме дальнего приёма иновещания) в ближайшее время (годы) приёмные антенны на АМ диапазон Средних Волн могут быть использованы только для этого. Правда кое где ещё включены такие мощные передатчики с государственным радиовещанием, но это исключение для некоторых территорий, но не правило.

Приёмные антенны в виде растянутого провода.

Обычно часто их называют «верёвка» или т.н. «длинный провод». Хотя на счёт «длинный» это спорное утверждение во многих случаях. Провод-то может и длинный, но по отношению к длине волны Средневолнового диапазона как бы и не коротким оказался бы…

Тем не менее запитка приёмника такими антеннами имеет место быть. Такие антенны ещё называют типа Г — образных или Windom.

Преимущественно длина провода по отношению к длине волны в городских условиях оптимально может составлять от 0,15 до 0,25 лямбда. Высота подвеса от 10 до 25-30 метров. В таком случае антенна получается низкоомной и её активное сопротивление около 10 — 50 Ом и зависит от длины провода и частично от высоты подвеса. Если ваш приёмник имеет 50 Ом-ный вход, то согласовать такой провод можно антенным тюнером на НЧ диапазон рассчитанный от, примерно, 500 кГц и выше по частоте. Для СВ диапазона неплохо намотать удлиняющую катушку не одножильным проводом, а толстым литцендратом, а её длину регулировать компенсирующим переменным конденсатором.

Поскольку рабочая поляризация для Средних волн преимущественно вертикальная, то на приём будет работать вертикальная часть антенны, а горизонтальная частично и преимущественно как компенсирующая ёмкость «короткого» вертикала (снижения горизонтальной антенны).

Хотя…, если антенна висит низко и ниже 0,25 лямбда от земли, то путём переотражения от земли и горизонтальный провод будет иметь приём вертикальной поляризации.

Подробнее как изготовить такую катушку или антенны для СВ диапазона (для передатчика, равно как и для приёмника) можно найти в книге Сергея Комарова первого выпуска:

«Индивидуальное Радиовещание. 1. Самодельные передающие антенны диапазона 200 метров».

«Комнатные» антенны для MW / SW

Для города полезность этих антенн несколько сомнительна, ведь в городе очень много помех, особенно в доме. Но в отдельных случаях всё-таки можно, на худой конец, если ничего нет воспользоваться и таким вариантом. Обычно достаточно телескопической антенны приёмника, но многим хочется улучшить приём увеличив немного размер антенны. Увеличение на пару погонных метров никакого видимого результата не принесёт, разве что увеличит приём помех собираемых с разных устройств в квартире. Для этой цели нужно либо ставить внешнюю антенну во дворе, либо делать компактную рамку на диапазон и подключать к приёмнику на антенный вход. В случае с MW диапазоном можно обойтись просто рамкой из-за возможности переноса энергии от рамки к магнитной антенне приёмника, просто расположив их рядом. В отдельных случаях высокоомную рамку подключают к высокоомному симметричному входу приёмника. Если для КВ (SW) есть вход, но его сопротивление, скажем, 50 Ом, то для комнатно-балконного применения антенны нужна диапазонная рамка с этим-же волновым сопротивлением на выходе. В таком случае нужно применить симметрирующий трансформатор 1:1 для настроенной рамки к 50 Ом, где симметричные выводы соединены с клеммами рамки, а несимметричный выход трансформатора соединён кабелем с приёмником с несимметричным входом. Если-же рамка имеет бОльшее выходное (входное) сопротивление, то можно применить соответствующий (или близкий по значению) согласующий трансформатор.

Справочник по антеннам для радаров / Хабр

Антенна – это электрическое устройство, преобразующее электроэнергию в радиоволны и наоборот. Антенна используется не только в радарах, но и в глушилках, системах предупреждения об облучении и в системах коммуникаций. При передаче антенна концентрирует энергию передатчика радара и формирует луч, направляемый в нужную сторону. При приёме антенна собирает возвращающуюся энергию радара, содержащуюся в отражённых сигналах, и передаёт их на приёмник. Антенны часто различаются по форме луча и эффективности.

Слева – изотропная антенна, справа – направленная

Дипольная антенна, или диполь – самый простой и популярный класс антенн. Состоит из двух одинаковых проводников, проводов или стержней, обычно с двусторонней симметрией. У передающих устройств к ней подаётся ток, а у принимающих – принимается сигнал между двумя половинами антенны. Обе стороны фидера у передатчика или приёмника соединены с одним из проводников. Диполи – резонирующие антенны, то есть их элементы служат резонаторами, в которых стоячие волны переходят от одного конца к другому. Так что длина элементов диполя определяется длиной радиоволны.

Диаграмма направленности

Несимметричная антенна представляет собой половину дипольной, и монтируется перпендикулярно проводящей поверхности, горизонтальному отражающему элементу. Коэффициент направленного действия монопольной антенны вдвое больше, чем у дипольной антенны удвоенной длины, поскольку под горизонтальным отражающим элементом нет никакого излучения. В связи с этим КНД такой антенны в два раза выше, и она способна передавать волны дальше, используя ту же самую мощность передачи.

Диаграмма направленности

Антенна Яги – направленная антенна, состоящая из нескольких параллельных элементов, расположенных на одной линии. Часто состоят из одного элемента-облучателя, обычно диполя или петлевого вибратора. Только этот элемент испытывает возбуждение. Остальные элементы паразитные – они отражают или помогают передавать энергию в нужном направлении. Облучатель (активный вибратор) обычно находится вторым с конца, как на картинке ниже. Её размер подбирается с целью достижения резонанса при наличии паразитных элементов (для диполя это обычно 0,45 – 0,48 от длины волны). Элемент слева от облучателя – отражатель (рефлектор). Он обычно длиннее облучателя. Отражатель обычно один, поскольку добавление дополнительных отражателей мало влияет на эффективность. Он влияет на отношение мощностей сигналов антенны, излучаемых в направлениях назад/вперед (усиление в максимальном направлении по отношению к противоположному). Справа от облучателя находятся элементы-директоры, которые обычно короче облучателя. У антенны Яги очень узкий диапазон рабочих частот, а максимальное усиление составляет примерно 17 дБ.

Диаграмма направленности

Тип антенны, часто используемой на УКВ и УВЧ-передатчиках. Состоит из облучателя (это может быть диполь или массив Яги), укреплённого перед двумя плоскими прямоугольными отражающими экранами, соединёнными под углом, обычно в 90°. В качестве отражателя может выступать лист металла или решётка (для низкочастотных радаров), уменьшающая вес и уменьшающая сопротивление ветру. У уголковых антенн широкий диапазон, а усиление составляет порядка 10-15 дБ.

Диаграмма направленности

Вибраторная логопериодическая (логарифмическая периодическая) антенна, или логопериодическая решетка из симметричных вибраторов

Логопериодическая антенна (ЛПА) состоит из нескольких полуволновых дипольных излучателей постепенно увеличивающейся длины. Каждый состоит из пары металлических стержней. Диполи крепятся близко, один за другим, и подключаются к фидеру параллельно, с противоположными фазами. По виду такая антенна похожа на антенну Яги, но работает она по-другому. Добавление элементов к антенне Яги увеличивает её направленность (усиление), а добавление элементов к ЛПА увеличивает её полосу частот. Её главное преимущество перед другими антеннами – чрезвычайно широкий диапазон рабочих частот. Длины элементов антенны относятся друг к другу по логарифмическому закону. Длина самого длинного из элементов составляет 1/2 от длины волны самой низкой из частот, а самого короткого – 1/2 от длины волны самой высокой частоты.

Диаграмма направленности

Спиральная антенна состоит из проводника, закрученного в виде спирали. Обычно они монтируются над горизонтальным отражающим элементом. Фидер соединяется с нижней частью спирали и горизонтальной плоскостью. Они могут работать в двух режимах – нормальном и осевом.

Нормальный (поперечный) режим: размеры спирали (диаметр и наклон) малы по сравнению с длиной волны передаваемой частоты. Антенна работает так же, как закороченный диполь или монополь, с такой же схемой излучения. Излучение линейно поляризуется параллельно оси спирали. Такой режим используется в компактных антеннах у портативных и мобильных раций.

Осевой режим: размеры спирали сравнимы с длиной волны. Антенна работает как направленная, передавая луч с конца спирали вдоль её оси. Излучает радиоволны круговой поляризации. Часто используется для спутниковой связи.

Диаграмма направленности

Ромбическая антенна – широкополосная направленная антенна, состоящего из одного-трёх параллельных проводов, закреплённых над землёй в виде ромба, поддерживаемого в каждой вершине вышками или столбами, к которым провода крепятся при помощи изоляторов. Все четыре стороны антенны одинаковой длины, обычно не менее одной длины волны, или длиннее. Часто используются для связи и работы в диапазоне декаметровых волн.

Диаграмма направленности

Двумерная антенная решётка

Многоэлементный массив диполей, используемых в КВ диапазонах (1,6 – 30 МГц), состоящий из рядов и столбцов диполей. Количество рядов может быть 1, 2, 3, 4 или 6. Количество столбцов – 2 или 4. Диполи горизонтально поляризованы, а отражающий экран располагается за массивом диполей для обеспечения усиленного луча. Количество столбцов диполей определяет ширину азимутального луча. Для 2 столбцов ширина диаграммы направленности составляет около 50°, для 4 столбцов — 30°. Главный луч можно отклонять на 15° или 30° для получения максимального охвата в 90°.

Количество рядов и высота самого нижнего элемента над землёй определяет угол возвышения и размер обслуживаемой территории. Массив из двух рядов обладает углом в 20°, а из четырёх – в 10°. Излучение двумерной решётки обычно подходит к ионосфере под небольшим углом, и из-за низкой частоты часто отражается обратно к поверхности земли. Поскольку излучение может многократно отражаться между ионосферой и землёй, действие антенны не ограничено горизонтом. В результате такая антенна часто используется для связи на дальние расстояния.

Диаграмма направленности

Рупорная антенна состоит из расширяющегося металлического волновода в форме рупора, собирающего радиоволны в луч. У рупорных антенн очень широкий диапазон рабочих частот, они могут работать с 20-кратным разрывом его границ – к примеру, от 1 до 20 ГГц. Усиление варьируется от 10 до 25 дБ, и часто они используются в качестве облучателей более крупных антенн.

Диаграмма направленности

Одна из самых популярных антенн для радаров – параболический отражатель. Облучатель располагается в фокусе параболы, и энергия радара направляется на поверхность отражателя. Чаще всего в качестве облучателя используется рупорная антенна, но можно использовать и дипольную, и спиральную.

Поскольку точечный источник энергии находится в фокусе, он преобразуется в волновой фронт постоянной фазы, что делает параболу хорошо приспособленной для использования в радарах. Изменяя размер и форму отражающей поверхности, можно создавать лучи и схемы излучения различной формы. Направленность параболических антенн гораздо лучше, чем у Яги или дипольной, усиление может достигать 30-35 дБ. Главный их недостаток – неприспособленность к низким частотам из-за размера. Ещё один – облучатель может блокировать часть сигнала.

Диаграмма направленности

Антенна Кассегрена очень похожа на обычную параболическую, но использует систему из двух отражателей для создания и фокусировки луча радара. Основной отражатель параболический, а вспомогательный – гиперболический. Облучатель находится в одном из двух фокусов гиперболы. Энергия радара из передатчика отражается от вспомогательного отражателя на основной и фокусируется. Возвращающаяся от цели энергия собирается основным отражателем и отражается в виде сходящегося в одной точке луча на вспомогательный. Затем она отражается вспомогательным отражателем и собирается в точке, где расположен облучатель. Чем больше вспомогательный отражатель, тем ближе он может быть к основному. Такая конструкция уменьшает осевые размеры радара, но увеличивает затенение раскрыва. Небольшой вспомогательный отражатель, наоборот, уменьшает затенение раскрыва, но его нужно располагать подальше от основного. Преимущества по сравнению с параболической антенной: компактность (несмотря на наличие второго отражателя, общее расстояние между двумя отражателями меньше, чем расстояние от облучателя до рефлектора параболической антенны), уменьшение потерь (приёмник можно разместить близко от рупорного излучателя), уменьшение интерференции по боковому лепестку для наземных радаров. Основные недостатки: сильнее блокируется луч (размер вспомогательного отражателя и облучателя больше, чем размер облучателя обычной параболической антенны), плохо работает с широким диапазоном волн.

Диаграмма направленности

Слева – антенна Грегори, справа — Кассегрена

Параболическая антенна Грегори очень похожа по структуре на антенну Кассегрена. Отличие в том, что вспомогательный отражатель искривлён в противоположную сторону. Конструкция Грегори может использовать меньший по размерам вспомогательный отражатель по сравнению с антенной Кассегрена, в результате чего перекрывается меньшая часть луча.

Как следует из названия, излучатель и вспомогательный отражатель (если это антенна Грегори) у офсетной антенны смещены от центра основного отражателя, чтобы не блокировать луч. Такая схема часто используется на параболических антеннах и антеннах Грегори для увеличения эффективности.

Антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной

Ещё одна схема, предназначенная для борьбы с блокированием луча вспомогательным отражателем,- это антенна Кассегрена с плоской пластиной. Она работает с учётом поляризации волн. У электромагнитной волны есть 2 компоненты, магнитная и электрическая, всегда находящиеся перпендикулярно друг другу и направлению движения. Поляризация волны определяется ориентацией электрического поля, она бывает линейной (вертикальной/горизонтальной) или круговой (круговой или эллиптической, закрученной по или против часовой стрелки). Самое интересное в поляризации – это поляризатор, или процесс фильтрации волн, оставляющий только волны, поляризованные в одном направлении или в одной плоскости. Обычно поляризатор изготавливают из материала с параллельным расположением атомов, или это может быть решётка из параллельных проводов, расстояние между которыми меньше, чем длина волны. Часто принимается, что расстояние должно быть примерно в половину длины волны.

Распространённое заблуждение состоит в том, что электромагнитная волна и поляризатор работают схожим образом с колеблющимся тросом и дощатым забором – то есть, к примеру, горизонтально поляризованная волна должна блокироваться экраном с вертикальными щелями.

На самом деле, электромагнитные волны ведут себя не так, как механические. Решётка из параллельных горизонтальных проводов полностью блокирует и отражает горизонтально поляризованную радиоволну и пропускает вертикально поляризованную – и на оборот. Причина следующая: когда электрическое поле, или волна, параллельны проводу, они возбуждают электроны по длина провода, и поскольку длина провода многократно превышает его толщину, электроны могут легко двигаться и поглощают большую часть энергии волны. Движение электронов приведёт к появлению тока, а ток создаст свои волны. Эти волны погасят волны передачи и будут вести себя как отражённые. С другой стороны, когда электрическое поле волны перпендикулярно проводам, оно будет возбуждать электроны по ширине провода. Поскольку электроны не смогут активно двигаться таким образом, отражаться будет очень малая часть энергии.

Важно отметить, что, хотя на большинстве иллюстраций у радиоволн всего 1 магнитное и 1 электрическое поле, это не значит, что они осциллируют строго в одной плоскости. На самом деле можно представлять, что электрические и магнитные поля состоят из нескольких подполей, складывающихся векторно. К примеру, у вертикально поляризованной волны из двух подполей результат сложения их векторов вертикальный. Когда два подполя совпадают по фазе, результирующее электрическое поле всегда будет стационарным в одной плоскости. Но если одно из подполей медленнее другого, тогда результирующее поле начнёт вращаться вокруг направления движения волны (это часто называют эллиптической поляризацией). Если одно подполе медленнее других ровно на четверть длины волны (фаза отличается на 90 градусов), то мы получим круговую поляризацию:

Для преобразования линейной поляризации волны в круговую поляризацию и обратно необходимо замедлить одно из подполей относительно других ровно на четверть длины волны. Для этого чаще всего используется решётка (четвертьволновая фазовая пластина) из параллельных проводов с расстоянием между ними в 1/4 длины волны, расположенных под углом в 45 градусов к горизонтали.
У проходящей через устройство волны линейная поляризация превращается в круговую, а круговая – в линейную.

Работающая по этому принципу антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной состоит из двух отражателей равного размера. Вспомогательный отражает только волны с горизонтальной поляризацией и пропускает волны с вертикальной поляризацией. Основной отражает все волны. Пластина вспомогательного отражателя располагается перед основным. Он состоит из двух частей – это пластина со щелями, идущими под углом в 45°, и пластина с горизонтальными щелями шириной менее 1/4 длины волны.

Допустим, облучатель передаёт волну с круговой поляризацией против часовой стрелки. Волна проходит через четвертьволновую пластину и превращается в волну с горизонтальной поляризацией. Она отражается от горизонтальных проводов. Она опять проходит через четвертьволновую пластину, уже с другой стороны, и для неё провода пластины ориентированы уже зеркально, то есть, будто бы повёрнуты на 90°. Предыдущее изменение поляризации отменяется, так что волна снова приобретает круговую поляризацию против часовой стрелки и идёт обратно к основному отражателю. Отражатель меняет поляризацию с идущей против часовой стрелки на идущую по часовой. Она проходит через горизонтальные щели вспомогательного отражателя без сопротивления и уходит в направлении целей вертикально поляризованной. В режиме приёма всё происходит наоборот.

Хотя у описанных антенн довольно большое усиление по отношению к размеру апертуры, у всех них есть общие недостатки: большая восприимчивость по боковым лепесткам (подверженность мешающим отражениям от земной поверхности и чувствительность к целям с низкой эффективной площадью рассеяния), уменьшение эффективности из-за блокирования луча (проблема с блокированием есть у малых радаров, которые можно использовать на летающих аппаратах; большие радары, где проблема с блокированием меньше, нельзя использовать в воздухе). В результате была придумана новая схема антенны – щелевая. Она выполнена в виде металлической поверхности, обычно плоской, в котором прорезаны отверстия или щели. Когда её облучают на нужной частоте, электромагнитные волны испускаются из каждого слота – то есть, слоты выступают в роли отдельных антенн и формируют массив. Поскольку луч, идущий из каждого слота, слабый, их боковые лепестки также очень малы. Щелевые антенны характеризуются высоким усилением, малыми боковыми лепестками и малым весом. В них могут отсутствовать выступающие части, что в ряде случаев является их важным преимуществом (например, при установке на летательных аппаратах).

Диаграмма направленности

Пассивная фазированная антенная решётка (ПФАР) [passive electronically scanned array, PESA]

Радар с МИГ-31

С ранних времён создания радаров разработчиков преследовала одна проблема: баланс между точностью, дальностью и временем сканирования радара. Она возникает оттого, что у радаров с более узкой шириной пучка повышается точность (увеличивается разрешение) и дальность при той же мощности (концентрация мощности). Но чем меньше ширина пучка, тем дольше радар сканирует всё поле зрения. Более того, радару с большим усилением потребуются антенны большего размера, что неудобно для быстрого сканирования. Для достижения практичной точности на низких частотах радару потребовались бы настолько громадные антенны, что их было бы затруднительно поворачивать с механической точки зрения. Для решения этой проблемы была создана пассивная фазированная антенная решётка. Она полагается не на механику, а на интерференцию волн для управления лучом. Если две или более волн одного типа осциллируют и встречаются в одной точке пространства, суммарная амплитуда волн складывается примерно так же, как складываются волны на воде. В зависимости от фаз этих волн интерференция может усиливать или ослаблять их.

Луч можно формировать и управлять им электронным способом, контролируя разность фаз группы передающих элементов – таким образом можно контролировать, в каких местах происходит усиливающая или ослабляющая интерференция. Из этого следует, что в радаре самолёта для управления лучом из стороны в сторону должно быть не менее двух передающих элементов.

Обычно радар с ПФАР состоит из 1 облучателя, одного МШУ (малошумящего усилителя), одного распределителя мощности, 1000-2000 передающих элементов и равного количества фазовращателей.

Передающими элементами могут быть изотропные или направленные антенны. Некоторые типичные виды передающих элементов:

На первых поколениях истребителей чаще всего использовались патч-антенны (полосковые антенны), поскольку их проще всего разрабатывать.

Современные массивы с активной фазой используют желобковые излучатели из-за их широкополосных возможностей и улучшенного усиления:

Вне зависимости от типа используемой антенны увеличение количества излучающих элементов улучшает характеристики направленности радара.

Как мы знаем, при одинаковой частоте радара увеличение апертуры приводит к уменьшению ширины пучка, что увеличивает дальность и точность. Но у фазированных решёток не стоит увеличивать расстояние между излучающими элементами в попытке увеличения апертуры и уменьшения стоимости радара. Поскольку если расстояние между элементами больше, чем рабочая частота, могут появляться побочные лепестки, заметно ухудшающие эффективность радара.

Самая важная и дорогая часть ПФАР – фазовращатели. Без них невозможно управлять фазой сигнала и направлением луча.

Они бывают разных видов, но в целом их можно разделить на четыре типа.

Фазовращатели с временной задержкой

Простейший тип фазовращателей. Сигналу на прохождение линии передачи нужно время. Эта задержка, равная фазовому сдвигу сигнала, зависит от длины линии передачи, частоты сигнала и фазовой скорости сигнала в передающем материале. Переключая сигнал между двумя или более линиями передач заданной длины, можно управлять фазовым сдвигом. Переключающие элементы – это механические реле, pin-диоды, полевые транзисторы или микроэлектромеханические системы. pin-диоды часто используются из-за высокой скорости, низких потерь и простых цепей смещения, обеспечивающих изменение сопротивления от 10 кОм до 1 Ом.

Задержка, сек = фазовый сдвиг ° / (360 * частота, Гц)

Их недостаток в увеличении фазовой ошибки с увеличением частоты и увеличении размера с уменьшением частоты. Также изменение фазы изменяется в зависимости от частоты, поэтому для слишком малых и больших частот они неприменимы.

Отражательный/квадратурный фазовращатель

Обычно это квадратурное устройство связи, разделяющее входной сигнал на два сигнала, различающихся по фазе на 90°, которые затем отражаются. Затем они комбинируются по фазе на выходе. Эта схема работает благодаря тому, что отражение сигнала от проводящих линий могут быть смещены по фазе по отношению к падавшему сигналу. Сдвиг по фазе изменяется от 0° (открытая цепь, нулевая ёмкость варактора) до -180° (цепь закорочена, ёмкость варактора бесконечна). Такие фазовращателя обладают широким диапазоном работы. Однако физические ограничения варакторов приводят к тому, что на практике сдвиг по фазе может достигать только 160°. Но для большего сдвига возможно комбинировать несколько таких цепей.

Векторный IQ-модулятор

Так же, как и у отражательного фазовращателя, здесь сигнал разделяется на два выхода с 90-градусным смещением фазы. Входящая фаза без смещения называется I-каналом, а квадратура с 90-градусным смещением называется Q-каналом. Затем каждый сигнал проходит через двухфазный модулятор, способный сдвигать фазу сигнала. Каждый сигнал подвергается сдвигу фазы на 0° или 180°, что позволяет выбрать любую пару квадратурных векторов. Затем два сигнала рекомбинируются. Поскольку затухание обоих сигналов можно контролировать, у выходящего сигнала контролируется не только фаза, но и амплитуда.

Фазовращатель на фильтрах верхних/нижних частот

Был изготовлен для решения проблемы фазовращателей с временной задержкой, не способных работать на большом диапазоне частот. Работает путём переключения пути сигнала между фильтрами верхних и нижних частот. Похож на фазовращатель с временной задержкой, только вместо линий передачи используются фильтры. Фильтр верхних частот состоит из последовательности индукторов и конденсаторов, обеспечивающих опережение по фазе. Такой фазовращатель обеспечивает постоянный сдвиг фазы в диапазоне рабочих частот. Также его размер гораздо меньше, чем у предыдущих перечисленных фазовращателей, поэтому он чаще всего используется в радарах.

Если подытожить, то по сравнению с обычной отражающей антенной, основными преимуществами ПФАР будут: высокая скорость сканирования (увеличение количества отслеживаемых целей, уменьшение вероятности обнаружения станцией предупреждения об облучении), оптимизация времени нахождения на цели, высокое усиление и малые боковые лепестки (тяжелее заглушить и обнаружить), случайная последовательность сканирования (сложнее заглушить), возможность использовать особые техники модуляции и обнаружения для извлечения сигнала из шума. Основные недостатки – высокая стоимость, невозможность сканирования шире 60 градусов в ширину (поле зрения стационарного фазового массива – 120 градусов, механический радар может расширить его до 360).

Активная фазированная антенная решётка [Active Electronically Scanned Array, AESA]

Снаружи АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) отличить сложно, но внутри они кардинально различаются. ПФАР использует один или два высокомощных усилителя, передающего один сигнал, который затем делится на тысячи путей для тысяч фазовращателей и элементов. Радар с АФАР состоит из тысячи модулей приёма/передачи. Поскольку передатчики находятся непосредственно в самих элементах, у него нет отдельных приёмника и передатчика. Различия в архитектуре представлены на картинке.

У АФАР большинство компонентов, таких, как усилитель слабых сигналов, усилитель большой мощности, дуплексор, фазовращатель уменьшены и собраны в одном корпусе под названием модуля приёма/передачи. Каждый из модулей представляет собой небольшой радар. Архитектура их следующая:

Хотя АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) используют интерференцию волн для формирования и отклонения луча, уникальный дизайн АФАР даёт много преимуществ по сравнению с ПФАР. К примеру, усилитель слабого сигнала находится рядом с приёмником, до компонентов, где теряется часть сигнала, поэтому у него отношение сигнал/шум лучше, чем у ПФАР.

Во-вторых, у обычного радара возможность уменьшения паразитной интерференции ограничена ошибками нестабильности аппаратуры. Больше всего в эти ошибки вносят вклад аналого-цифровой преобразователь, преобразователь с понижением частоты, усилителей высокой мощности, усилители слабых сигналов и генератор волн. У АФАР с распределённой группой усилителей высокой мощности и усилителей слабых сигналов такие ошибки можно уменьшать. В результате у АФАР повышается чувствительность в шумных условиях.

Более того, при равных возможностях обнаружения у АФАР меньше рабочий цикл и пиковая мощность. Также, поскольку отдельные модули АФАР не полагаются на один усилитель, они могут одновременно передавать сигналы с разными частотами. В результате АФАР может создавать несколько отдельных лучей, разделяя массив на подмассивы. Возможность работать на нескольких частотах приносит многозадачность и способность развёртывать системы радиоэлектронного подавления в любом месте по отношению к радару. Но формирование слишком большого количества одновременных лучей уменьшает дальность действия радара.

Два главных недостатка АФАР – высокая стоимость и ограниченность поля зрения 60 градусами.

Гибридные электронно-механические фазированная антенные решётки

Очень высокая скорость сканирования ФАР сочетается с ограничением поля зрения. Для решения этой проблемы на современных радарах ФАР располагаются на подвижном диске, что увеличивает поле зрения. Не стоит путать поле зрения с шириной пучка. Ширина пучка относится к лучу радара, а поле зрения – общий размер сканируемого пространства. Узкие пучки часто нужны для улучшения точности и дальности действия, а узкое поле зрения обычно не нужно.

Длинноволновые и средневолновые антенны — Студопедия

Диполи

Антени різних діапазонів довжин хвиль

Коэффициенты усиления и эффективная площадь некоторых типов антенн

Двумя наиболее простыми примерами антенн являются полуволновой диполь (также называемый вибратором Герца, см. рис. 11, а) и четвертьволновая вертикальная антенна (антенна Маркони, см. рис. 11, б). Полуволновой диполь состоит из двух прямых коллинеарных проводников равной длины, разделенных небольшой щелью, на которую подается сигнал. Максимальная эффективность передачи сигнала достигается при длине антенны, равной половине длины волны. Вертикальная четвертьволновая антенна наиболее часто используется в автомобильных или портативных радиолах.

Полуволновой диполь характеризуется ненаправленной диаграммой излучения в одном измерении трехмерного пространства. В двух других плоскостях диаграмма по форме напоминает цифру «8» (см. рис. 12, а). Для излучения направленных сигналов могут использоваться более сложные типы антенн. Распространенный пример диаграммы направленности такой антенны представлен на рис. 12, б. В данном случае максимум мощности излучается в направлении оси х.

При проектировании антенн учитываются особенности распространения радиоволн соответствующего диапазона.

Основой антенны длинных и средних волн является вертикальный провод. Горизонтальные провода не могут быть использованы для излучения и приема в длинноволновом и в большей части средневолнового диапазонов. Причина этого заключается в том, что в связи с высокой проводимостью почвы и малой высотой антенны по сравнению с длиной волны в данном диапазоне горизонтальные провода и их зеркальное изображение образуют противофазную систему, которая не излучает и не принимает радиоволны под малыми углами к земной поверхности. Тем самым исключается появление поверхностных волн, без которых невозможна связь на длинных волнах и на значительной части средних волн.

Длина излучающего провода, а соответственно и высота антенны должны быть по возможности большими для увеличения сопротивления излучения. При малом сопротивлении излучения антенна работает с низким КПД

Для получения достаточно большой излучаемой мощности приходится возбуждать в антенне большой ток, а это связано с увеличением напряжения и опасностью перенапряжения в антенне. В связи с этим полоса пропускания антенны оказывается недостаточной для качественного воспроизведения всего спектра частот модулированного тока, так как при малом сопротивлении излучения затухание антенного контура имеет малую величину.

В длинноволновом и средневолновом диапазонах применяются только заземленные вертикальные вибраторы.

Потери в длинноволновых и средневолновых антеннах в основном определяются потерями в земле. Для уменьшения этих потерь применяют специальное заземление в виде одиночного провода или ряда проводов, зарытых в землю. Антенна в совокупности с системой заземления называется радиосетью.

В целях увеличения сопротивления излучения антенны вертикальный излучающий провод дополняют сетью горизонтальных или наклонных проводов, которые в совокупности с землей образуют значительную емкость. Это способствует более равномерному распределению тока в излучающем вертикальном проводе (как в элементарном вибраторе).

Таким образом, определился характер длинноволновых и средневолновых антенн как вертикальных заземленных проводов с горизонтальной частью. Вертикальные провода называются иначе снижением, агоризонтальные или наклонные — верхней частью или крышей антенны.

В зависимости от взаимного расположения снижения и верхней части антенны различают Г-образные (рис. 13,а), Т-образные (рис. 13, б) и зонтичные антенны (рис. 13, в).

Г-образные и Т-образные антенны состоят из ряда параллельных горизонтальных проводов, подвешенных на двух мачтах, и вертикального заземленного провода, причем в Г-образных антеннах вертикальный привод присоединяется к одному концу горизонтальной части, а в Т-образных антеннах — к ее середине. В зонтичных антеннах верхняя часть состоит из наклонных проводов, вследствие чего для подвеса антенны можно использовать одну мачту.

На рис. 14 показана многовитковая рамочная антенна

Ликбез по антеннам: диаграмма направленности

Аннотация

Перед тем как перейти к рассмотрению конструкции и работы разного типа антенн, рассмотрим одну из важнейших характеристик антенны – диаграмму направленности и те параметры, которые из нее напрямую вытекают.
Рекомендую, также, ознакомиться с предыдущей статьёй — Ликбез: основы теории по антеннам.

Введение

Антенна, вне зависимости от конструкции, обладает свойством обратимости (может работать как на прием, так и на излучение). Часто в радиорелейных трактах одна и та же антенна может быть подключена одновременно к приемнику и передатчику. Это позволяет излучать и принимать сигнал в одном направлении на разных частотах.

Почти все параметры приемной антенны соответствуют параметрам передающей антенны, но иногда имеют несколько другой физический смысл.

Несмотря на то, что приемная и передающая антенны обладают принципом двойственности, в конструктивном отношении они могут существенно отличаться. Связано это с тем, что передающая антенна должна пропускать через себя значительные мощности для передачи электромагнитного сигнала на большие (максимально возможные) расстояния. Если же антенна работает на прием, то она взаимодействует с полями очень малой напряженности. Вид токопередающей конструкции антенны часто определяет ее конечные габариты.

Пожалуй, основная характеристика любой антенны это диаграмма направленности. Из нее вытекает множество вспомогательных параметров и такие важные энергетические характеристики как коэффициент усиления и коэффициент направленного действия.

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности (ДН) – это зависимость напряженности поля, создаваемого антенной на достаточно большом расстоянии, от углов наблюдения в пространстве. В объеме диаграмма направленной антенны может выглядеть так, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1

То, что изображено на рисунке выше также еще называют пространственной диаграммной направленностью, которая является поверхностью объема и может иметь несколько максимумов. Главный максимум, выделенный на рисунке красным цветом, называется главным лепестком диаграммы и соответствует направлению главного излучения (или приема). Соответственно первые минимальные или (реже) нулевые значения напряженности поля вокруг главного лепестка определяют его границу. Все остальные максимальные значения поля называются боковыми лепестками.

На практике встречаются различные антенны, которые могут иметь несколько направлений максимального излучения, или не иметь боковых лепестков вовсе.

Для удобства изображения (и технического применения) ДН их принято рассматривать в двух перпендикулярных плоскостях. Как правило, это плоскости электрического вектора E и магнитного вектора H (которые друг другу в большинстве сред перпендикулярны), рисунок 2.

Рисунок 2

В некоторых случаях ДН рассматривают в вертикальной и горизонтальной плоскостях по отношению к плоскости Земли. Плоские диаграммы изображают полярной или декартовой (прямоугольной) системами координат. В полярных координатах диаграмма более наглядна, и при наложении ее на карту можно получить представление о зоне действия антенны радиостанции, рисунок 3.

Рисунок 3

Представление диаграммы направленности в прямоугольной системе координат более удобно для инженерных расчетов, такое построение чаще применяется для исследования самой структуры диаграммы. Для этого диаграммы строят нормированными, с главным максимумом, приведенным к единице. На рисунке ниже приводится типичная нормированная диаграмма направленности зеркальной антенны.

Рисунок 4

В том случае, когда интенсивность бокового излучения довольно небольшая и в линейном масштабе измерение бокового излучения затруднительно, применяют логарифмический масштаб. Как известно децибелы маленькие значения делают большими, а большие – маленькими, поэтому та же самая диаграмма в логарифмическом масштабе выглядит так, как показано ниже:

Рисунок 5

Из одной только диаграммы направленности можно вытащить довольно большое количество важных для практики характеристик. Исследуем подробнее диаграмму, изображенную выше.

Один из наиболее важных параметров – это ширина главного лепестка по нулевому излучению θ₀ и ширина главного лепестка по уровню половинной мощности θ_0,5. Половина мощности соответствует уровню 3 дБ, или уровню 0,707 по напряженности поля.

Рисунок 6

Из рисунка 6 видно, что ширина главного лепестка по нулевому излучению составляет θ₀ = 5,18 град, а ширина по уровню половины мощности θ_0,5 = 2,15 град.

Также диаграммы оценивают по интенсивности бокового и обратного излучения (мощности боковых и задних лепестков), отсюда вытекает еще два важных параметры антенны – это коэффициент защитного действия, и уровень боковых лепестков.

Коэффициент защитного действия – это отношение напряженности поля, излученного антенной в главном направлении к напряженности поля, излученного в противоположном направлении.  Если рассматривают ориентацию главного лепестка диаграммы в направлении на 180 градусов, то обратного – на 0 градусов. Возможны и любые другие направления излучения. Найдем коэффициент защитного действия рассматриваемой диаграммы. Для наглядности изобразим ее в полярной системе координат (рисунок 7):

Рисунок 7

На диаграмме маркерами m1,m2 изображены уровни излучения в обратном и прямом направлениях соответственно. Коэффициент защитного действия определяется как:

 

— в относительных единицах. То же самое значение в дБ: 

. 

Уровень боковых лепестков (УБЛ) принято указывать в дБ, показывая тем самым, насколько уровень бокового излучения слаб по сравнению с уровнем главного лепестка, рисунок 8.

Рисунок 8

УБЛ в районе -18 дБ считается довольно хорошим показателем для высоконаправленной антенны. На рисунке изображены уровни первых боковых лепестков. Аналогично можно указывать также уровни всех последующих, но практической ценности их значение имеет мало, а представляет скорее академический интерес. Дело в том, что первые боковые лепестки находятся как правило «ближе всех остальных» к максимуму диаграммы направленности и могут оказывать помехи. Например, если сопровождение объекта происходит на уровне главного лепестка диаграммы -3дБ, а уровень первого бокового лепестка близок к этому значению (например -5:7 дБ), то велика вероятность начать цеплять объект боковым излучением со всеми вытекающими отсюда последствиями (неправильное позиционирование, потеря объекта и др.). Низкий УБЛ необходим не только для радиолокации, но и для области связи, ведь наличие паразитного излучения это всегда дополнительные помехи.

Коэффициент направленного действия и коэффициент усиления

Это два немаловажных параметра любой антенной системы, которые напрямую вытекают из определения диаграммы направленности. КНД и КУ часто путают между собой. Перейдем к их рассмотрению.

Коэффициент направленного действия

Коэффициент направленного действия (КНД) – это отношение квадрата напряженности поля, созданного в главном направлении (Е₀²), к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям (Е_ср²). Как понятно из определения, КНД характеризует направленные свойства антенны. КНД не учитывает потери, так как определяется по излучаемой мощности. Из сказанного выше можно указать формулу для расчета КНД:

D=E₀²/E_ср²

Если антенна работает на прием, то КНД показывает, во сколько раз улучшится отношение сигнал/шум по мощности, при замене направленной антенны ненаправленной, если помехи приходят равномерно со всех направлений.

Для передающей антенны КНД показывает, во сколько раз нужно уменьшить мощность излучения, если ненаправленную антенну заменить направленной, при сохранении одинаковых напряженностей поля в главном направлении.

КНД абсолютно ненаправленной антенны, очевидно, равно единице. Физически пространственная диаграмма направленности такой антенны выглядит в виде идеальной сферы:

Рисунок 9

Такая антенна одинаково хорошо излучает во всех направлениях, но на практике нереализуема. Поэтому это своего рода математическая абстракция.

Коэффициент усиления

Как уже было сказано выше, КНД не учитывает потери в антенне. Параметр, который характеризует направленные свойства антенны и учитывает потери в ней, называется коэффициентом усиления.

Коэффициент усиления (КУ) G – это отношение квадрата напряженности поля, созданного антенной в главном направлении (Е₀²), к среднему значению квадрата напряженности поля (Е_оэ²), созданного эталонной антенной, при равенстве подводимых к антеннам мощностей. Также отметим, что при определении КУ учитываются КПД эталонной и измеряемой антенны.

Понятие эталонной антенны очень важно в понимании коэффициента усиления, и в разных частотных диапазонах используют разные типы эталонных антенн. В диапазоне длинных/средних волн за эталон принят вертикальный несимметричный вибратор длиной четверть волны (рисунок 10).    

Рисунок 10

Для такого эталонного вибратора D_э=3,28, поэтому коэффициент усиления длинноволновой/средневолновой антенны определяется через КНД так: G=D*ŋ/3,28,  где ŋ – КПД антенны.

В диапазоне коротких волн в качестве эталонной антенны принимают симметричный полуволновый вибратор, для которого Dэ=1,64, тогда КУ:

G=D*ŋ/1,64

В диапазоне СВЧ (а это почти все современные Wi-Fi, LTE и др. антенны) за эталонный излучатель принят изотропный излучатель, дающий D_э=1, и имеющий пространственную диаграмму, изображенную на рисунке 9.

Коэффициент усиления является определяющим параметром передающих антенн, так как показывает, во сколько раз необходимо уменьшить мощность, подводимую к направленной антенне, по сравнению с эталонной, чтобы напряженность поля в главном направлении осталась неизменной.

КНД и КУ в основном выражают в децибелах: 10lgD, 10lgG.

Заключение

Таким образом, мы рассмотрели некоторые полевые характеристики антенны, вытекающие из диаграммы направленности и энергетические характеристики (КНД и КУ). Коэффициент усиления антенны всегда меньше коэффициента направленного действия, так как КУ учитывает потери в антенне. Потери могут возникать из-за отражения мощности обратно в линию питания облучателя, затекания токов за стенки (например, рупора), затенение диаграммы конструктивными частями антенны и др. В реальных антенных системах разница между КНД и КУ может составлять 1.5-2 дБ.    

Как увеличить дальность работы радиостанции

Итак, вы решили приобрести для личного пользования автомобильную антенну.

Предположим, вы радиолюбитель и предпочитаете уверенный прием везде. Как все мы помним, качество и дальность радиосвязи зависит от:

• Рельефа местности (как легко можно понять, этот фактор, хотя и основополагающий, но  от пользователя увы не зависящий.)
• Мощность передачи (но покупать дополнительно радиостанцию для использования только в условиях езды на машине (а носимые рации ограничены 5 Вт), это дополнительное удорожание.
• Высоты подъёма.
• Усиления антенны.

То есть проще говоря: чтобы вас услышали, нужно либо выбраться на открытое место (увеличить предел прямой видимости), либо забраться повыше (с той же целью) либо взять в руки «рупор» (увеличить коэффициент усиления антенны), либо «крикнуть погромче» (взять более мощную станцию).

Но. Мощная станция может быть только мобильная (до 50 Вт). Нам же необходимо вести переговоры как вне машины, так и в ней.

Решением может послужить установка мобильной (возимой) антенны на автомобиль с вводом с салон автомобиля кабеля с разъёмом.
Это сразу же решает несколько проблем.

• Мы получаем на выходе более высокое усиление. В среднем автомобильные антенны имеют усиление сигнала порядка 3 dBi (или по другому в 2 раза)
• Антенна установленная на крышу даст вам преимущество в высоте на 1,5-2 метра (в зависимости от диапазона в котором будет вестись работа)
• Не самое важное, но тоже чувствительное. Переговоры из машины это переговоры в тепле, комфорте а не беготня под дождем или ветром для нахождения точки принимаемого сигнала.   

Но начнем по порядку.

Мы имеем в руках рацию среднего ценового диапазона (как пример Yaesu VX-6R)  работающую в широком диапазоне частот. И всё бы в ней было прекрасно. И «экстерьер» и мощность (до 5 Вт) и частотный диапазон (от 0,5 до 470 МГц). То есть мы успешно закрываем и КВ и LPD, и PMR диапазоны (433 и 446 МГц соответственно). Но увы. Какой бы носимая рация не была профессиональной, какую бы мощность не выдавала, но в густом лесу этого бывает недостаточно. А в случае например использования рации на охоте (загонной или «по номерам») расстояние может достигать до десяти километров. Прибавим к этому возможность нахождения в пути следования в естественных неровностях почвы (оврагах, сухих руслах рек) В общем случае, можно сказать одно. Связь в лесу, вне зависимости от оборудования вопрос спорный.

Итак, попытаемся решить эту проблему.

В общем случае, нам необходимо получить следующую систему.

Антенна, поднятая как можно выше (как я уже писал выше например автомобильная), антенный кабель, переходник от разъёма антенны к разъёму рации , и рация.

Итак по оборудованию описанному выше. Разъём у рации большинства производителей (напомню мы говорим про носимые радиостанции) представляет собой разъём SMA (в зависимости от марки рации male или female). Внешний вид разъёмов представлен на рисунке.

Но следует учитывать, что при покупке антенны (какой именно, рассмотрим позже) мы получим на выходе разъём либо N-типа, либо PL-259 (также в литературе проходит под маркой UHF). То есть, либо вы будете вынуждены переделывать разъём на антенне, либо использовать переходник.

Переходник может быть как цельными (например представленный на рисунке переход SMA/PL под кодом  SU-312 )

Но при постоянном подключении/выключении оборудования от антенны подобное жесткое крепление может привести к расшатыванию и даже деструкции разъёма радиостанции. Для того, чтобы избежать этого хорошим вариантом может служить гибкий переходник COMET HS-05

Гибкий кабель RG-58 длиной 50 сантиметров (также существует модификация с длиной в 1 метр COMET HS-10) с разделанными в заводских условиях разъёмами сохранит разъём радиостанции в целости.
Разберемся теперь с установкой и выбором антенны.
Итак при установке антенны на крышу автомобиля следует соблюдать следующие правила.

Устанавливать только на металлические детали.

Это связано с тем, что любая антенна требует так называемой подстилающей поверхности, то есть проще говоря, листа металла. Без него характеристики антенны начинают «плавать» непредсказуемо.

Не ставить две антенны рядом, а по возможности разносить при близких частотах.

Любая антенна, вне зависимости от диаграммы направленности очень чувствительна (особенно на КВ частотах) к находящимся в поле действия металлических предметов. Не следует также забывать, что при работе в спектра коротких волн передатчик может «вдуть» в антенну большую мощность, на которую может быть не рассчитан выход вашего приемника. А если это произойдет на близком расстоянии, то наводка может произойти непосредственно на вход приемника, что в свою очередь может привести к помехам и даже выходу его из строя.
Антенны могут быть разнесены как по вертикали, так и по горизонтали. 

Решить изначально, каким образом будет производится крепление антенны.

Вообще креплений бывает 3 типа.

1. Врезное крепление.

К примеру ОРЕК АМ-207А 

Основой врезного крепления является следующее. В корпусе автомобиля прорезается отверстие. Основание вставляется в него и далее фиксируется снаружи и изнутри гайками.
Основными плюсами является следующее.

• Такое крепление практически невозможно вырвать.
• Кабель находится в неподвижности.
• Контакт обеспечивается непосредственно основанием антенны.

Основные минусы.

• Невозможность переставить.
• Возможность потери герметичности со временем.
• Удобство только в случае, если пользователю требуется использовать много разных антенн на одном автомобиле с периодичностью либо при «мертвой» стационарной установке антенны и отсутвии необходимости в её демонтаже.

2. Крепление на водосток либо реллинг автомобиля.

К примеру ОРЕК AM-503

Крепление на водосток производится при помощи винтового соединения методом плотного прижима основания к подстилающей поверхности. Оно не требует нарушения целостности кузова автомобиля. Весь монтаж производится снаружи, затяжкой винтов крепления при помощи обычной крестовой отвертки либо, иногда, затяжкой 8 гранной головки винта или гайки.

Существенные плюсы:

• Простота и надежность установки
• В ограниченных пределах, возможность изменения положения антенны и соответственно разноса по горизонтали.
• Обеспечивает неподвижное крепление кабеля и отсутствие возможности его перегиба или излома в процессе эксплуатации

Существенные минусы.

• Плохой зачастую контакт с крышей. Особенно на старых автомобилях. Иногда для лучшего контакта требует зачистки поверхности от краски.
• Разбалтывание со временем. Подобное крепление требует периодической проверки.
• Обязательно требует герметизации разъёма антенны.

3. Крепление на магнит

К примеру ОРЕК АМ-1023. 

Магнитное крепление ОРЕК АМ-1023Наиболее распространенным и простым является крепление антенны к крыше посредством магнитного основания.
В основу данного крепления, положена установка на металлическую часть крыши мощного магнита, который притягивает антенну к крыше автомобиля, что обеспечивает надежный контакт.
Существенный плюсы:

• Простота монтажа и демонтажа.
• Возможность настройки разносом в пределах длины кабеля
• Герметичность крепления.
• Не нарушает целостности кузова.

Существенные минусы:

• Меньшая надежность крепления (правда, следует отдать должное, магнит исключает поломку антенны при задевании, она ложится а не ломается)
• В случае неудачной установки возможен перегиб кабеля и даже его излом у основания.

В целом, каждое крепления предназначено для своих нужд и любое из них может быть удобно в том или ином случае.
Рассмотрим теперь то, что мы будем устанавливать на основание. Антенны, а если точнее то полотно или корпус антенны.
В зависимости от нужд пользователя антенны делятся по диапазонам и соответственно длинам.
Длины антенн бывают ¼, 5/8, ½ длинный волны, (или в просторечии «четвертушка» «восьмушка», «полуволновая».
Чтобы представить какой длины должна быть ваша антенна используйте формулу
L=с/f  где L – длина волны, с = 300000 (скорость звука), f – частота сигнала.

Далее умножением на коэффициент укорочения (о нем я писал выше) вы получите реальную длину антенны.
Но, бывают и антенны работающие в широком диапазоне частот.

Например HVT-400B

		Данная антенна  имеет диапазон (3,5/3,8/7/14/18/21/24/28/29/50/144/430 МГц) Настройка антенны производится посредством установки джампера в соответствующие гнезда антенны. Данная антенна может быть надежным подспорьем в работе и отдыхе

 

Как улучшить работу модема при плохом покрытии сети / Блог компании РЭМО / ХабрПривет. В этот раз мы решили написать статью об антеннах, в контексте антенн для USB-модемов. Расскажем о том, какие они бывают, почему так выглядят, какие проблемы решает каждая из антенн.

Мы учли пожелания в комментариях к предыдущей публикации о том, чтобы писать «проще», в то же время мы не можем не использовать технические описания и терминологию. Надеемся, что у нас получился нужный баланс удобного и одновременно полезного содержания.

Периодически, на электронную почту завода приходят вопросы вроде: «Почему купленная мною 3G антенна не ловит LTE?», или «Вскрыл вашу антенну — одни железки/фольга, где же усилитель?» и много других вопросов.

Было решено написать статью в том числе для ответов и на такие вопросы. Цель материала — показать, как работают такие антенны на примере собственных изделий и помочь выбрать нужную антенну для приема интернет-сигнала именно в вашей ситуации.

Вступление

Антенны являются неотъемлемой частью любого устройства беспроводной связи. Из-за тренда к уменьшению габаритов устройств потребительской электроники, к антеннам, предъявляются жесткие требования. Под антенну на печатной плате выделяется небольшой участок (10% и менее от площади платы). Иногда и вовсе используются антенны на гибких печатных платах — FPCB, что позволяет компоновать устройство не только в плоскости, но и в объеме корпуса. Бывает, инженеры просто размещают «закорючку» на плате (например, PIFA-антенна), отвечающую за работу устройства в 2G, 3G, 4G сетях. Такая антенна — ненаправленная, с минимальным коэффициентом усиления, её эффективность мала.

Да, подобные технические решения ориентированы преимущественно на работу устройства в зонах уверенного приема сигнала. Но, иногда мы оказываемся в зонах с плохим покрытием, где встроенной антенны недостаточно. В таких случаях может выручить внешняя антенна.

В зависимости от используемого устройства (смартфон, планшет, модем), понадобится антенна, функционал которой реализован под конкретное устройство. О системах усиления интернет-сигнала Orange-900 и Orange-2600, улучшающих качество связи смартфона/планшета, мы говорили ранее. Теперь мы рассмотрим способы усиления сигнала мобильного интернета модема, на примере нескольких классических вариантов антенн.

Антенны-отражатели

Взгляните, как излучает (принимает сигнал) модем в 4G-диапазоне:
Рис. 1 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема (f=2.6GHz)

На Рис. 1 изображена 3D диаграмма направленности модема на рабочей частоте 2.6 GHz (сеть 4G). Давайте рассмотрим её подробнее. Как видим, встроенная антенна модема излучает вокруг на 360 градусов по горизонту с небольшим собственным усилением. Перекос излучения по горизонту обусловлен конструкцией антенны модема — за основу взята модель антенны одного из ранее популярных модемов, для наглядности помещенная в радиопрозрачный корпус.

К плюсам кругового излучения относится тот факт, что пользователю не надо искать направление на БС — модем сам выберет нужную ему БС. Однако, ведя прием со всех направлений, помимо полезного сигнала, такая антенна примет помехи и шумы других передатчиков, что ухудшит соотношение полезный сигнал/шум (S/N). Это соотношение влияет на «пинг» и скорость соединения: чем оно больше, тем меньше «пинг» и выше скорость обмена данными.

Для того, чтобы повысить соотношение S/N модема можно использовать усилитель интернет-сигнала Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, состоящая из рефлектора и активного элемента (модема, который вставляется в специальный держатель). Самого усилителя (если под усилителем понимать активное устройство) здесь нет, как и в любой пассивной антенне, однако, говоря об усилении, в первую очередь мы говорим о направленных свойствах антенны, и чем ярче они выражены, тем больше подобного «усиления» придает антенна.

Для базовой настройки достаточно направить усилитель с модемом в сторону лучшего уровня сигнала в помещении (как правило это окно) и качество соединения улучшится. В компьютерной модели это происходит так.

Рис. 2 — Компьютерная симуляция 3D диаграммы направленности 4G-модема
в усилителе Connect 3.0 (f=2.6GHz)
На Рис. 2 излучение модема в направлении от Connect 3.0 теперь выражено сильнее, причем красный цвет (максимум излучения) стал ярче, что говорит о приобретенной направленности (усилении). Справа на картинке приведена цветовая шкала усиления, по которой можно представить в каком направлении излучение модема максимально.

С помощью рефлектора Connect 3.0, встроенная антенна модема приобрела направленные свойства, в результате чего возросло собственное усиление антенны 6.5 dBi (1 dBi — децибел относительно изотропного источника излучения), а вход модема стал менее подвержен шумам и наводкам, что повышает соотношение S/N и улучшает качество интернет-соединения.

Важно: у модемов разных моделей антенны совершенно по-разному размещены, их конструкции различны, поэтому эффект усиления может быть различным в количественной мере, однако, диаграмма направленности во всех случаях будет принимать схожий вид, что важно для улучшения соотношения S/N.

Такой отражатель вы можете собрать и настроить самостоятельно, например, из обычной пивной банки. Это любопытно для любителей DIY, и, да, она тоже будет работать в сторону усиления. Одно «но» — пивная банка не всегда эстетично и презентабельно смотрится дома, в офисе, в магазине.

Небольшой FAQ по антеннам-отражателям:

Вопрос: В технических характеристиках вы пишете что антенна поддерживает практически все стандарты связи — как возможно достигнуть такой широкополосности?»

Ответ: поскольку Connect 3.0 — это двухэлементная антенна, активным элементом которой является модем, все зависит от того — поддерживает ли модем нужный стандарт. Размеры и расположение рефлектора, скрытого в пластиковом корпусе Connect 3.0, позволяют антенне оказывать положительный эффект в таком широком диапазоне частот.

Вопрос: «Почему антенна стоит именно столько (подставьте здесь любую цену)? Продавать за такие деньги штампованный пластик и фольгу — обман»

Ответ: Несмотря на относительную простоту конструкции — антенна работает, выполняет заявленную функцию, что подтверждено сотнями тысяч выпущенных изделий и множеством положительных отзывов от наших клиентов. Мы считаем неправильным обсуждать вопрос экономики и расчета стоимости данного изделия, опираясь лишь на цены материалов, входящих в его стоимость. К сожалению, присутствует множество факторов конечного ценообразования, часто не зависящих от нас.

Антенны направленного действия.

Бывают ситуации, когда решения уровня «Connect 3.0» недостаточно, чтобы «дотянуться» модемом до сигнала БС на расстоянии в несколько километров. Здесь нам помогут направленные антенны типа «волновой канал» и панельные патч-антенны. Эти антенны имеют отличные приемные характеристики в рабочем диапазоне и помогут наладить стабильную связь в условиях слабого приема сигнала (конечно, если он есть вообще).

Современные сети 2-4 поколений используют широкий диапазон частот: от 800 до 2700 МГц, который перекрыть одной направленной антенной с одинаковыми параметрами во всей рабочей полосе очень сложно, но этого и не надо. Нужно лишь правильно выбрать антенну под свою ситуацию, понимая, что если у вас 3G-антенна, то она не поможет, если вы захотите поймать WiFi-сеть или, например, сеть LTE-2600.

Стоит уточнить: из-за специфики частотного распределения, в России есть участки диапазонов, в которых размещены сети разных поколений (принцип технологической нейтральности), как например GSM 1800 (2G) и LTE 1800 (4G), для которых подойдет одна и та же антенна на 1800 МГц, но таких примеров немного.

Рис. 3 — 3G/4G/WiFi панельная антенна «Flat Combi»

Когда нужнее панельная антенна, а когда необходима антенна типа ’’волновой канал’’? У панельной антенны (Пример на Рис.3) широкий рабочий диапазон частот и её проще настроить на базовую станцию. Антенна «Волновой канал» (Пример на Рис.4) более узкополосная — обычно они хорошо работают в одном диапазоне (2G, 3G, 4G), но имеют большее усиление. Панельные антенны менее подвержены механическим повреждениям и «атакам ворон» в виду своей обтекаемой формы. А «волновые каналы», благодаря своей узкополосности менее подвержены наводкам и помехам от других источников сигнала, что положительно сказывается на отношении S/N. Антенны комплектуются разъемами SMA, N или FME, поэтому чтобы подключить их к модему, надо использовать переходник на CRC-9 или TS-9 разъем, в зависимости от модема.

Теперь обсудим расположение наружных антенн. В сетях 3G используется вертикальная поляризация, антенны следует располагать элементами перпендикулярно земле. Об этом написано в паспорте продукта и на сайтах производителей, но не все читают инструкции, поэтому нередко устанавливают связные антенны, как традиционные телевизионные — горизонтально. Результат — антенна в таком положении или вовсе не работает, или почти не работает.

Стандарт 4G/LTE имеет другую поляризацию. Для лучшего приёма антенну стоит располагать под углом 45 градусов к горизонту.

Вопрос: Поддерживают ли подобные антенны технологию MiMo?

Ответ: Поддерживают. Для работы с технологией MiMo вам понадобятся 2 антенны. Например, для поддержки LTE MiMo рекомендуем использовать 2 волновых канала, расположенных под углами +45 и −45 градусов к горизонту.

Рис. 4 — Антенна «волновой канал» для 4G сетей «Рысь 4G»

Заключение.

Выбирая антенну, определитесь с тем, какой именно сигнал хотите усилить. Для наглядности мы приведем сводную таблицу с характеристиками рассматриваемых антенн:

Благодарим за внимание. До встречи в новых статьях и обзорах!

Как увеличить радиус действия WiFi с помощью подходящей антенны WiFi

В этом разделе мы обсудим, как увеличить радиус действия WiFi, используя подходящую для работы антенну. Мы обсудим различные типы антенн, их работу, длину кабелей и требования к соединению. Большинство из вас будут использовать антенны по умолчанию, которые поставляются с вашим маршрутизатором. Но для тех из вас, кто планирует увеличить радиус действия, использование подходящей Wi-Fi-антенны может сэкономить вам много времени и сил. Обладая базовыми знаниями об антеннах, вы будете лучше подготовлены к устранению неполадок и планированию развертывания.

Как работают WiFi антенны?

Прежде всего, длина волны частоты играет ключевую роль в конструкции антенны. Но другие факторы, такие как ширина канала, частота и спектр, одинаково важны.

Антенна 2,4 ГГц не будет работать с сигналом 5 ГГц, и наоборот. Если это работает, это не будет работать должным образом, и диапазон будет ужасен. Поэтому, независимо от того, покупаете ли вы антенну или строите свою, убедитесь, что она рассчитана на правильный диапазон частот.Антенна обеспечивает радиопередатчику три вещи:

Направление относится к форме или углу передачи, который в конечном итоге описывает зону покрытия. Полярность — это ориентация электрического поля (самой передачи) от антенны. Усиление — это количество энергии, увеличенное радиочастотным сигналом.

Что такое всенаправленная антенна?

Для начала, антенны Wi-Fi бывают всенаправленными или направленными. Всенаправленные антенны предназначены для работы на 360 градусов, при которой вертикальный диполь излучает и одинаково хорошо воспринимает азимутальную плоскость (во всех горизонтальных направлениях).

Всенаправленная антенна

Wi-Fi антенны имеют две частотные плоскости. Горизонтальная плоскость (также называемая «азимут» или «плоскость H») и плоскость возвышения (также называемая «плоскость E»). Следующее изображение иллюстрирует диаграмму передачи всенаправленной антенны.

Азимут и высота

Для всенаправленных антенн думайте об этом, как о пончике, обернутом вокруг вашего пальца. Ваш палец — антенна, пончик — беспроводной сигнал.Шум, помехи, стены и другие препятствия выводят укус из пончика, делая его менее круглым.

Большинство беспроводных маршрутизаторов поставляются производителем с небольшими всенаправленными антеннами. Их часто называют «резиновые уточные антенны».

Резиновая антенна Даки

Могут быть случаи, когда ваш резиновый утенок просто не разрезает его. Когда вам нужно больше радиуса действия, лучшая опция — это направленная антенна.

Что такое направленная антенна?

Думайте о направленной антенне как о водяном шланге с садовым опрыскивателем.Когда вы сжимаете ручку, вода распыляется по прямой линии. Когда что-то мешает, давление будет или прорваться через это или отскочить, в зависимости от плотности объекта.

Поскольку направленные антенны фокусируют свою энергию в одном направлении, они отлично подходят для управления направлением вещания или приема удаленного вещания.

Направленная антенна

Направленные антенны

идеально подходят для развертывания Wi-Fi на больших расстояниях с четкой видимостью LoS (Line of Sight).Они часто используются для беспроводных мостовых сетей, охватывающих несколько сотен футов между точками доступа. В ясный день, в зависимости от используемой антенны, потери в кабеле и других факторов, две направленные антенны могут простираться на несколько миль.

Существуют различные типы направленных антенн, включая плоскопанельные, Yagi, Parabolic, Cantenna, Bi-quad и Fractal.

Антенна с плоским экраном WiFi

Антенна с плоской панелью

Плоские панельные антенны идеальны для условий, в которых требуется широкий направленный сигнал, например, по коридору или в определенной части здания.Плоские панели Wi-Fi-антенны обычно имеют угол покрытия в горизонтальной плоскости от 35 до 120 градусов в ширину.

Yagi WiFi Антенна

Yagi Antenna

Yagi антенны имеют узкий угол охвата, обычно от 12 до 25 градусов в ширину. Яги отлично подходят для беспроводных соединений точка-точка. Они поддерживают узкий сигнал на обеих плоскостях, что помогает бороться с помехами. Одним из недостатков является то, что они могут быть несколько сложными, чтобы указать. Чем больше расстояние, тем точнее должна быть направлена ​​антенна.Другим недостатком является то, что птицы любят садиться на них.

Параболическая WiFi антенна

Параболическая антенна

Параболическая антенна работает, отражая сигнал от заднего отражателя и концентрируя этот сигнал в одной центральной точке. Если вы хотите проверить параболическую теорию, держите большую чашу перед лицом и говорите в нее. Звук из вашего голоса распространяется во все уголки чаши, но когда он возвращается в ваши уши, звук усиливается.

Как и антенна Yagi, параболические антенны являются обычным выбором для двухточечной среды. Ширина и высота покрытия сопоставимы с таковой у антенны Yagi. «Блюдо» более подвержено воздействию ветра, снега и льда. Подумайте об использовании «сеточной» антенны для районов с сильным ветром и морозной погодой.

Вот несколько уважаемых мест для покупки антенн:

Cantenna WiFi Антенна

Кантенна

Каналы

в основном используются в качестве приемной антенны для клиентских компьютеров.Большинство людей используют их для замены резиновых уточных антенн на своих беспроводных USB-адаптерах, подключенных к ноутбуку. Кантенны — отличное дополнение к вашей дорожной сумке. Они могут помочь вам достичь точек доступа Wi-Fi, которые в противном случае могли бы быть вне досягаемости.

В наши дни много энтузиастов DIY. Многие из них публикуют изображения и планы своих самодельных антенн. Некоторые совершенно безобразны. Другие довольно впечатляют. Они сделаны из всего, что вы можете себе представить: банки для кофе, банки Pringles, крышки для мусорных баков и т. Д.

Вот несколько примеров DIY:

http://windsurf.mediaforte.com/wifi/wifi_antenna.html
http://people.wallawalla.edu/~Rob.Frohne/Airport/Primestar/Primestar.html
http://www.engadget.com/ 2005/11/15 / как построить wi-fi-biquad-антенну /

Что такое полярность антенны?

Независимо от типа антенны, которую вы используете, есть одна вещь, которая абсолютно должна быть правильной — это полярность. Вещательная и приемная антенны должны использовать одинаковую полярность.Хорошая производительность — это сильный сигнал. «Поляризация» радиоволн играет огромную роль в качестве сигнала. Поляризация определяется физическим положением антенны.

Антенна Полярность

Поляризация чрезвычайно важна. Фактически, если бы у вас было две антенны, направленные прямо друг на друга, одна с идеальной вертикальной поляризацией, а другая с идеальной горизонтальной поляризацией, антенны вообще не будут слышать друг друга.

Всенаправленные антенны имеют вертикальную поляризацию.Антенна Yagi с вертикальными элементами также имеет вертикальную поляризацию. Но если вы повернете антенну так, чтобы элементы были сбоку, тогда антенна будет поляризована горизонтально.

Что такое усиление антенны?

Диапазон и сила, с которой антенна может подключаться, зависит от усиления антенны. Некоторые люди говорят «сила», но на самом деле они подразумевают «выигрыш». В отличие от самого радиопередатчика, мощность антенны не измеряется в выходной мощности. Он называется «усиление» и измеряется в относительной единице, известной как «дБи».

Для передающей антенны усиление — это измерение того, насколько хорошо антенна преобразует мощность передачи в радиоволну, которая может быть отправлена. На приемном конце это измерение того, насколько хорошо антенна принимает радиоволны и затем преобразует их в электроэнергию.

Что такое дБи и дБм?

Это может заставить вашу голову кружиться при покупке антенн. Просто помните, общая идея состоит в том, чтобы уменьшить количество потерь и сохранить как можно большую выгоду.

Antenna Gain и Cable Loss — это значения, которые являются постоянными независимо от того, на какой уровень мощности вы ссылаетесь.Усиление антенны зависит от «потери в кабеле». Потеря кабеля связана со всем, что уменьшает усиление антенны, например, с длиной и / или диаметром антенного кабеля.

дБи — это «изотропное измерение». Это просто причудливый способ сказать, что дБи является относительным измерением. Таким образом, не имеет значения, какой уровень мощности находится под вопросом, дБи остается неизменным.

дБм относится к отношению децибел (дБ) к милливаттам. Указанная единица измерения составляет ровно один милливатт. Поскольку он использует контрольную точку ровно в один милливатт, он является абсолютной единицей измерения.Преобразование ватт в дБм использует сложную формулу, которая выходит за рамки этого раздела. Короче говоря, 1 ватт (или 1000 мВт) равен 30 дБм.

Если потери в кабеле составляют 2 дБи (в зависимости от длины и диаметра кабеля), но усиление антенны составляет 7,5 дБи, суммарный эффект составляет +5 дБи независимо от уровня мощности.

Какие кабели следует использовать для антенны WiFi?

При наружном применении и длиной более 4 футов используйте кабель с низкими потерями, например: LMR-400. Если у вас пробег 20 футов, используйте 19 футов LMR-400 для основной линии и меньший кабель LMR-100 для 1-футового пигтейла, оснащенного необходимыми разъемами.У вашего косичка может быть N самка на одном конце и RP-SMA самец на другом.

Каковы наиболее распространенные антенные разъемы?

Типы антенных разъемов

А как насчет наружных антенн WiFi?

Если вы устанавливаете антенну на улице, убедитесь, что вы используете молниеотвод. Молниеотводы защищают маршрутизатор или точку доступа от скачков напряжения от удара молнии на антенне или рядом с ней.

Разрядник молнии

Газовые разрядники молнии обеспечивают превосходную защиту.По сути, они являются газовым подавителем перенапряжения. Они реагируют на скачки напряжения, безопасно сбрасывая избыточное напряжение на землю. Поэтому они должны быть правильно заземлены, чтобы работать! Этот маленький парень может спасти твое радио Wi-Fi от жарки.

Вы можете заказать их онлайн:

http://www.l-com.com/surge-protector
http://www.radiolabs.com/products/antennas/accessories/lightning-protection.php

Наружная антенна WiFi

Вбейте твердый медный стержень (4 фута или более) в землю.Протяните сплошной медный провод (8 AWG или больше) от грозового разрядника к заземляющему стержню. Закрепите провод заземления на медном стержне с помощью заземляющей ленты. Убедитесь, что это плотно. Если он не заземлен должным образом, грозовой разрядник не сможет сбросить избыточное напряжение.

Давайте подведем итоги:

Антенны

WiFi предназначены для определенных частот (2,4 ГГц, 5 ГГц и т. Д.). Направление антенны, полярность сигнала и усиление антенны предназначены для получения радиоволн от передатчика.Максимальное качество сигнала путем согласования полярности. Идея состоит в том, чтобы минимизировать потери и сохранить как можно больший «выигрыш», чтобы получать как можно больше сигнала на радио и от него. Для достижения максимального усиления используйте кабель с низкими потерями. И последнее, но не менее важное: защитите свое внутреннее оборудование от молнии. Используйте заряженные газом молниеотводы и надежно закрепите их на медном заземляющем стержне.

,

Как купить WiFi антенну дальнего действия

При поиске Wi-Fi-антенны дальнего радиуса действия нужно знать несколько вещей.

Во-первых, просто потому, что большая антенна, например 15 или 20 дБи, не обязательно делает ее лучше.

Вот изображение диапазона беспроводных антенн, наиболее эффективных по сравнению с длиной или дБи.

Антенна на 2 дБи очень эффективна на коротком расстоянии, в то время как антенна на 9 дБи не эффективна на коротком расстоянии, но очень хорошо улавливает сигналы на расстоянии.

Если вы просто хотите, чтобы диапазон охватывал дом, антенны 2-5 дБи будет достаточно. Если есть блочные стены или другие помехи, большая антенна не сделает сигнал лучше.

Если вы живете в доме, где есть много мертвых точек WiFi, тогда вам лучше использовать усилитель Wi-Fi или перейти на более качественный маршрутизатор большой дальности.

Если вам нужно получить расстояние от вашего WiFi-соединения, такого как отдельный гараж, более подходящей может быть более длинная антенна. В этом случае было бы намного лучше получить антенну 7 или 9 дБи.

Еще одна вещь, которую нужно иметь в виду, это двухдиапазонные маршрутизаторы, которые работают на частотах 2,4 ГГц и 5 ГГц.

Частота 5 ГГц не очень хорошая на расстоянии, поэтому, несмотря на более высокую скорость передачи, она не работает так же хорошо, как старый диапазон 2,4 ГГц.

Частота 2,4 ГГц — лучшая для расстояния, а частота 5 ГГц — лучшая для высокой скорости на близком расстоянии.

* Эта запись содержит партнерские ссылки.
Типы дальних WiFi антенн

1. Яги Антенны

TurboTenna NextG USB-Yagi Plug & Play 11N Long Range WiFi антенна 2200 мВт

Антенны Yagi хорошо известны и хороши для получения сигнала на расстоянии.Фактически они широко используются в сообществе Pen Tester при проверке безопасности беспроводных маршрутизаторов.

Эта большая антенна будет излишней для многих, но она идеально подходит для путешественников с ограниченными физическими возможностями, яхтсменов, отдельно стоящих зданий или в любом месте, пытающемся получить наилучшее расстояние от сигнала WiFi.

2. Параболические антенны

TP-Link Параболическая антенна направленной сетки 24 ГБ 24 дБи, гнездовой разъем N, устойчивый к атмосферным воздействиям (TL-ANT2424B)

Как и антенна Yagi, параболические антенны часто используются для получения наилучшего расстояния.Параболические антенны являются определением ненаправленной антенны.

Разница в том, что параболическая антенна может быть лучше, когда она направлена ​​прямо на источник, но не очень хорошо, если она не направлена ​​на источник.

Получение наилучшего сигнала осуществляется с помощью приложения и отслеживания уровня сигнала. Антенна поворачивается до тех пор, пока не будет получен наилучший возможный сигнал.

Антенна этого типа не очень портативна и используется так же, как Yagi.

3. CC Vector Extended



Данное устройство от C.Crane представляет собой антенну дальнего действия в сочетании с расширителем WiFi.

Он рассчитан на усиление беспроводного сигнала до 1/2 мили.

Параболическая антенна 15 дБи усиливает сигнал, а передатчик ретранслирует сигнал WiFi в диапазоне 2,4 ГГц.

4. 9-20 дБи SMA Антенна

Технология SilverStone Двухполосная антенна WIFI с высоким коэффициентом усиления 5 ГГц, 9 дБи, 2.4 ГГц 5 дБи с разъемом RP-SMA WAD21

Это дешевая антенна 9 дБи, которая гораздо чаще используется для обновления маршрутизатора или адаптера USB WiFi для увеличения расстояния.

Используется общий винт на интерфейсе SMA, который широко используется в индустрии WiFi. Некоторые маршрутизаторы и USB-адаптеры используют собственные интерфейсы, поэтому, если вы пойдете по этому пути, убедитесь, какой у вас тип.

Есть много похожих антенн на 9 дБи, которые дешевы и могут быть большим улучшением по сравнению с антенной на 3-4 дБи, которая поставляется с многими электронными устройствами WiFi.

Резюме
Есть много хороших антенн, которые могут улучшить диапазон беспроводных сигналов.

Лично у меня есть антенны 5 дБи и 9 дБи, которые я использую с USB-адаптером Alfa и моим ноутбуком. Их легко прикрутить и открутить при необходимости.

Например, если я нахожусь очень близко к маршрутизатору, мне нужно 10 секунд привинтить антенну на 5 дБи и получить гораздо лучшее покрытие. Но если я нахожусь в месте с моим ноутбуком и сигнал WiFi находится на расстоянии, я просто привинчиваю антенну на 9 дБи и получаю лучший прием.

Надеюсь, вы не в пути так же часто, как я, и у вас фиксированное местоположение, поэтому вы можете набрать нужную антенну и не беспокоиться об этом.

Существуют более дорогие антенны со стороной низкого дБи и высоким дБи, которые можно купить и которые были бы очень хороши для широкой зоны покрытия, ближней и дальней.

Если вы очень серьезно относитесь к своему сигналу WiFi и хотите получить лучшее из обоих миров, покупка одного из них будет вашим лучшим вариантом.

,

Какой коэффициент усиления дает антенна Wi-Fi 9DBi над антенной 5DBi

После того, как нас несколько раз спросили, какой коэффициент усиления у антенны WIFI 9dBi или выше, чем у стандартного 5dBi, который обычно поставляется с большинством беспроводных адаптеров. Я решил попробовать.

Сначала я заказал антенну 9dBi для подключения к USB-адаптеру Alfa AWUS036NH. Затем я использовал InSSIDer, чтобы дать мне силу сигналов, приходящих ко мне.Я сделал короткое видео об этом, которое размещено выше.

Я должен сказать, что меня не сильно впечатлило усиление сигнала, которое я сделал. Хотя это имело определенное значение, на самом деле мои сигналы не были такими сильными, как я бы подумал. С антенной 5DBi мой уровень сигнала маршрутизатора был около -35 до -40. Когда я подключил антенну 9 дБи, она была около -30 до -25.

Короче говоря, если вы заказываете антенну 9dBi или лучше, чем 5DBi, вы увидите лучшую мощность сигнала, но не ожидаете большого усиления.

Это антенна, которую я использовал, вы можете прочитать больше обзоров на Amazon здесь Alfa 9dBi WiFi Booster SMA OMNI-Направленная навинчиваемая поворотная антенна с высоким коэффициентом усиления.

ОБНОВЛЕНИЕ:
После покупки антенны на 9 дБи я узнал больше о дальности и эффективной области, которую антенна может покрыть. Вот изображение, которое иллюстрирует, как дБи влияет на диапазон антенны. Как показано на рисунке, короткая антенна 2 дБи будет иметь хорошее покрытие для устройств, которые находятся близко, в то время как 7 дБи или 9 дБи лучше для расстояния, но не близко.

,

SG :: Руководство по беспроводной антенне

Выбор правильного типа антенны
2014-11-07 (обновлено: 2015-04-13) от Philip
Метки: Wi-Fi, антенна, Yagi

Одним из наиболее важных соображений для любой радиосвязи, включая сети Wi-Fi 802.11, является антенна, или «антенна». Установка внешней ненаправленной или направленной антенны с хорошим усилением в правильном месте может иметь огромное значение для приема, зоны покрытия беспроводной сети и скорости беспроводной связи.Это не всегда возможно или даже необходимо для встроенных массивов и несъемных или внутренних антенн на некоторых бытовых приборах. Тем не менее, важно понимать основные концепции, которые помогут вам выбрать правильное оборудование для максимального охвата и минимальных помех. Мы сосредоточимся на покрытии наиболее распространенных типов антенн для беспроводной передачи данных с более высокой дальностью (в диапазонах 900 МГц, 2,4 ГГц и 5 ГГц).

Усиление антенны

Важно понимать, что антенны с большим усилением просто изменяют форму диаграммы направленности , делая ее более плоской или более направленной за счет усиления в других направлениях.Например, всенаправленная антенна с более высоким усилением (наиболее распространенный тип на маршрутизаторах / точках доступа) просто обеспечит более высокое усиление в горизонтальной плоскости за счет более низкого усиления в вертикальной плоскости.

Так почему же полезна антенна с более высоким усилением? Учтите это:

Увеличение усиления антенны лучше для беспроводных сетей, чем увеличение мощности передачи (передачи). Простая замена беспроводного маршрутизатора на тот, который имеет более высокую мощность передачи, обычно не помогает увеличить покрытие беспроводной сети.Это связано с тем, что в стандартах 802.11 используется протокол «положительного подтверждения», где каждый пакет данных, передаваемый вашим маршрутизатором, должен быть подтвержден клиентом (через ответ маршрутизатору). Если такого подтверждения не получено, отправитель будет повторять попытку, пока не истечет время ожидания и соединение не будет разорвано. Таким образом, в то время как ваш новый маршрутизатор высокой мощности может отправлять пакеты дальше, и ваши клиенты могут «видеть» его, они все равно не могут достичь его, чтобы подтвердить какие-либо пакеты, и не могут установить соединение.

Если вы замените антенну (антенны) на антенны с более высоким усилением, вы, тем не менее, усилите как передаваемый, так и принятый сигналы на своем маршрутизаторе, что необходимо для установления двустороннего соединения. Беспроводные локальные сети являются двусторонними системами. Бесполезно иметь маршрутизатор / точку доступа с сильным передаваемым сигналом, если беспроводные клиенты не имеют эквивалентного диапазона, чтобы достичь его обратно.

Типы антенн

Антенны, используемые для беспроводной сети (или любой другой радиопередачи), могут быть классифицированы как всенаправленные или направленные, в зависимости от их схемы усиления.Наиболее распространенный тип антенны WiFi — это «базовая» всенаправленная антенна, обычно используемая в жилых маршрутизаторах NAT и точках доступа.

Всенаправленные антенны

Это типичная всенаправленная диаграмма направленности антенны. Антенны с более высоким усилением обеспечивают большую дальность действия на горизонтальной панели (перпендикулярно антенне) за счет более плоской зоны покрытия. Обычно усиление в одном направлении компенсируется меньшим охватом в других направлениях.

Всенаправленные антенны имеют диаграмму направленности в форме пончика в 360 градусов для обеспечения максимально широкого охвата сигнала, перпендикулярного антенне (в горизонтальной плоскости, если антенна направлена ​​вертикально).Типичная антенна типа «резиновая утка», как установлено на большинстве жилых маршрутизаторов / точек доступа с внешними антеннами, имеет вертикальную полярность. При наведении на него направленной антенной важно подобрать полярность для наилучшего возможного сигнала.

Направленные антенны

Типичная диаграмма направленности антенны. Направленные антенны обеспечивают высокую фокусировку беспроводного сигнала в определенном направлении за счет очень низкого усиления в других направлениях, что приводит к ограниченной зоне покрытия.Аналогия для диаграммы направленности заключается в том, как фонарик направляет свет в одном направлении.

Некоторые из наиболее распространенных типов направленных антенн и их использование перечислены ниже:

Антенны Yagi — состоит из нескольких параллельных дипольных элементов в линии, типичное усиление направленности примерно до 17 дБи. Используется как телевизионные антенны на крыше, а в последнее время и в приложениях ptp wifi.

Патч / панель антенн — плоские, квадратные или прямоугольные антенны с типичным усилением 10-20дБи.Патч-антенны могут иметь несколько полярностей / частот, встроенных в одну и ту же антенну.

Рефлекторная решетка / тарелки антенны — направленная с обычным усилением до 24 дБи, с параболическим отражателем, который является либо металлической решеткой, либо иногда похож на отражатель спутниковой антенны.

Секторные антенны — это другой тип полунаправленных антенн, которые имеют веерообразную (секторную) диаграмму направленности, несколько широкие в горизонтальной плоскости и относительно узкие в вертикальном направлении.Они обычно используются в вышках базовой станции сотовой связи. Типичные секторные антенны имеют ширину луча 60, 90 или 120 градусов.

Cantenna — это другой конец «спектра» от коммерческих антенн (некоторые предназначены для каламбура), антенна представляет собой самодельную направленную волноводную антенну, изготовленную из металлической банки с открытым концом. Обычно используется в качестве домашней антенны для увеличения диапазона / обнаружения сетей Wi-Fi. Используемая оригинальная пробирка Pringles для картофельных чипсов слишком узкая, чтобы получить значительный прирост 2.Диапазон 4 ГГц, некоторые другие конструкции, в которых используются банки большего диаметра (с расчетным диаметром, длиной и т. Д. Для соответствия длине волны), работают лучше и могут обеспечивать усиление до 10-12 дБи.

Частота антенны

Антенны функционируют путем передачи или приема электромагнитных волн определенной частоты. Частота — это просто число полных циклов волны в секунду или мера того, как быстро колеблется волна. Беспроводные сети чаще всего работают в следующих диапазонах:

2.Полоса 4 ГГц (2401 МГц — 2495 МГц) — сети 802.11b / g / n Wi-Fi
полоса 5 ГГц (5180 МГц — 5825 МГц) — 802.11ac, 802.11a.

Существует несколько других заметных полос, используемых для транзитных перевозок на большие расстояния для сетей и двухточечных беспроводных мостов:

900 МГц, полоса (902 МГц — 928 МГц) — иногда предпочтительнее для беспроводных мостов точка-точка, где есть некоторые препятствия (прямой видимости нет — NLOS).
3,6 ГГц, полоса (3657 МГц — 3690 МГц) — 802.11y, используется в качестве мощного транзитного соединения для сетей и т. Д.

Антенны предназначены для работы на определенной частоте. Двухдиапазонные антенны объединяют несколько отдельных элементов, чтобы иметь возможность работать на более чем одной частоте.

Если есть один важный аспект различных частот, который следует помнить, это более низкие частоты (то есть = 2,4 ГГц). Более высокие частоты, однако, предлагают более высокую пропускную способность.

В США эффективная мощность передачи для радиостанций ограничена FCC до 36 дБм.Тем не менее, FCC имеет исключение для фиксированных беспроводных линий связи точка-точка в диапазонах 2,4 ГГц и 5,8 ГГц, что позволяет намного более высокую EIRP, чем в других диапазонах.

Полярность антенны

Как правило, поляризация антенны описывает направление электрического поля радиоволны. Наиболее распространенные типы антенн линейно поляризованы, либо вертикально, либо горизонтально. Вертикально поляризованные антенны имеют плоскость электрического поля, колеблющуюся перпендикулярно земле. Это типично для большинства всенаправленных дипольных антенн типа «резиновая утка».Горизонтально поляризованные антенны имеют линейную плоскость, параллельную земле. Существуют также антенны с круговой поляризацией, где электрическое поле также вращается вдоль оси в виде штопора, однако они гораздо реже встречаются в беспроводных сетях.

Некоторые более продвинутые конструкции антенн также могут иметь кросс / двойную поляризацию. Антенны с двойной поляризацией обычно имеют один вертикально и один горизонтально поляризованный разъемы, объединяющие характеристики двух отдельных антенн в одну.Это позволяет передавать два отдельных сигнала перпендикулярно друг другу, чтобы удвоить пропускную способность линии. Иногда он используется в антеннах 802.11n для обеспечения многопоточной связи (устройство может принимать с одной поляризации и передавать данные с другой одновременно. Его также можно использовать для передачи двух сигналов одновременно. Преимущество этого заключается в том, что -потоковая связь может быть достигнута с использованием одной антенны вместо двух независимых (и противоположно поляризованных) антенн для достижения того же результата.

Например, интересную конструкцию предлагает антенна Yagi Ubiquiti airMAX AMY-9M16 900 МГц с удвоенной полярностью (две антенны Yagi в одной), которая может передавать сигналы как в горизонтальной, так и в вертикальной поляризации одновременно.

Существуют также двухдиапазонные и многоканальные антенны, которые могут работать на разных частотах. Например, L-com производит направленную плоскопанельную антенну с частотой 2,4/5 ГГц и двойной поляризацией, которая имеет четыре отдельных разъема: горизонтально поляризованная 2.4 ГГц, вертикально поляризованные 2,4 ГГц, горизонтально поляризованные 5 ГГц и вертикально поляризованные 5 ГГц. Теоретически вы можете подключить к нему 4 разъема антенны беспроводного устройства MIMO и одновременно передавать / принимать четыре отдельных сигнала на обеих частотах.

Направление антенны

Для одиночных всенаправленных антенных устройств направление антенны по вертикали обеспечивает наибольший коэффициент усиления в горизонтальной плоскости.

Для установки двойной всенаправленной антенны наведите одну вертикально, одну горизонтально (или смещение не менее 30 градусов относительно первой), чтобы предложить другую плоскость / прием.Для тройных всенаправленных антенных устройств убедитесь, что одна антенна направлена ​​вверх, чтобы покрыть горизонтальную плоскость, а две другие смещены под значительно разными углами, то есть по меньшей мере на 30 градусов относительно центральной антенны.

Направленные антенны, как следует из названия, имеют усиление, ориентированное в одном направлении. Они часто используются для высокочастотной связи на больших расстояниях, такой как p2p беспроводные мосты Wi-Fi в диапазонах 2,4 ГГц и 5 ГГц. На больших расстояниях антенна должна иметь четкую линию обзора до другого конца соединения, чтобы иметь возможность принимать любой сигнал.Важно понимать, что чем выше усиление антенны, тем более направлен ее сигнал, и становится более критичным наведение антенны. Чтобы правильно направить антенну, вы можете либо использовать визуальную ориентацию (проще с антеннами Yagi), либо вы можете фактически подключить точку беспроводного доступа, выполнить небольшую настройку направления и достичь максимального уровня фактического радиосигнала (проще с панельными антеннами).

Некоторые помехи от деревьев и небольшого количества стен можно преодолеть, однако важно отметить, что для направленного Wi-Fi на большом расстоянии требуется линия прямой видимости (LOS).При поднятии направленных антенн с обеих сторон соединения следует также учитывать РЧ-LOS (радиочастотную линию видимости), которая отличается от визуальной LOS и зависит от зоны Френеля — диаграмма направленности овальной формы между двумя антеннами, которая должен быть свободен от препятствий. Эта зона Френеля варьируется в зависимости от частоты соединения и расстояния. Для 2,4 ГГц, более 1000 футов (300 м) зона Френеля составляет 11 футов (3,4 м). Вам понадобится зона овальной формы с таким диаметром в центре, наиболее прозрачная для прямой видимости ВЧ.

Антенные разъемы и кабели

Если вы планируете использовать кабель любой длины между антенной и вашим приемопередатчиком (точкой доступа), обязательно используйте кабель антенны надлежащего качества, LMR200 или лучше (LMR195 подходит для очень коротких отрезков). Не используйте тонкий «антенный» кабель от eBay без информации о его точных характеристиках! Любая длина этих дешевых неизвестных кабелей приведет к потерям, превышающим любое усиление вашей антенны, просто не используйте их. Также обратите внимание, что правильная антенна (и Ethernet-кабели имеют 50 Ом (не ваш обычный 75-омный видео коаксиальный кабель RJ-6 или RJ-59).

Ниже приведены общие антенные кабели и их потери на 100 футов при 2,5 ГГц
LMR195, RG-8X (~ 1/4 «) — потери 19 дБ / 100 футов
LMR200 (0,195″) — потери 16,9 дБ / 100 футов
LMR240 (3 / 8 «как коаксиальный кабель RJ6) — потери 12,3-12,9 дБ / 100 футов
RG8, RG-8 / U — потери 12,3 дБ / 100 футов
LMR400 (.5″) — потери 6,7 дБ / 100 футов

Любые соединения или другие соединения добавляются около 0,2 дБ от потерь на вставку.

Обратите внимание, что может быть небольшая разница в затухании в вариациях одного и того же «стандартного» кабеля (при 2.5 ГГц), т.е.:
LMR240-UltraFlex — 15,5 дБ / 100 футов
LMR240-DB, LMR240-FR (3/8 «) — 12,9 дБ / 100 футов
LMR240 — потери 12,7 дБ / 100 футов
LMR240-75 — потери 12,3 дБ / 100 футов

Для других конкретных типов и длин кабелей, вы можете попробовать калькулятор затухания коаксиального кабеля

См. Также

Настройка скорости беспроводной сети

.