Все о широкополосных, всенаправленных и узкополосных антеннах

Какие антенны применяют для подключения мобильного интернета и голосовой связи? Как найти модель с нужными характеристиками, чтобы обеспечить уверенный прием и стабильный сигнал без помех? Чем отличаются узкополосные и широкополосные антенны и что требуется знать при их покупке? В статье представлена подробная информация по всем этим вопросам.

При подключении к беспроводной связи используют разные типы антенн. Они помогают усилить сигнал, который представляет собой электромагнитные волны и передается с вышек сотовых операторов. Для качественного приема в удаленных районах города и сельской местности мощности встроенных антенн телефонов, смартфонов, USB модемов и роутеров обычно недостаточно.

Чтобы обеспечить соединение без помех при слабом входящем сигнале, требуются внешние усилители. Они различаются конструкцией и техническими параметрами.

Все антенны поддерживают определенные стандарты и частотные диапазоны. Голосовую связь обслуживает 2G, а 3G позволяет также подключить мобильный интернет, скорость которого — до 42 Мбит/сек. Стандарт 4G действует во всех частотных диапазонах. Скорость обмена информацией — до 300 Мбит/сек.

Технические возможности определяются особенностями конструкции и следующими характеристиками:
● коэффициентом усиления;
● полосой рабочих частот;
● диаграммой направленности и ее шириной.

Все параметры указываются производителями в паспорте оборудования или в другой сопроводительной документации. По принципу действия антенны бывают узкополосные и широкополосные, а по диаграмме направленности — всенаправленные и узконаправленные.
Определить принадлежность ближайшей вышки и ее удаленность от объекта поможет информация следующей статьи.

Диапазон рабочих частот БС можно выяснить у сотового оператора или самостоятельно, используя мобильное приложение или настроечный интерфейс USB модема.

Если точно известна частота сигнала, который будет использоваться при подключении мобильного интернета 3G или 4G, то лучше выбрать узкополосную антенну. Она работает при конкретном показателе (например, 2100 МГц), имеет точно определенный коэффициент усиления и обеспечивает стабильный прием, отсеивая посторонние волны.

Узкополосная антенна — гарантия высокого качества соединения. Фильтрация помогает увеличить уровень полезного сигнала и ограничить влияние посторонних шумов. В результате обеспечивается лучшее соотношение между сигналом/шумом (показатель Eclo для 3G и SINR или CINR — для стандарта 4G). Обмен данными между приемно-передающими устройствами и БС происходит с минимальными помехами.

К недостаткам узкополосных усилителей относятся:
● необходимость точного определения рабочей частоты БС;
● отсутствие стабильного приема в других частотных диапазонах.

Привязка к частоте ограничивает пользователя в смене сотового оператора. Кроме того, при переезде нет гарантии работы в привычном режиме. После переустановки может не получиться попасть в нужную частоту.

Покупка узкополосной антенны целесообразна, если вы собираетесь долго пользоваться услугами выбранного оператора. Она также необходима, если дача, квартира или загородный дом находятся рядом с сортировочными железнодорожными узлами, аэропортом, мощной радиостанцией. В этом случае из-за насыщенного эфира требуется фильтрация радиоволн, которые мешают приему полезного сигнала.

При отсутствии данных о точной частоте, на которой происходят прием и передача информации, применяют широкополосные антенны. Они не требуют перенастройки и позволяют легко менять сотовых операторов.

Широкополосная антенна универсальна и действует в диапазоне частот, обеспечивая уверенный прием и стабильность сигнала в определенном интервале радиоволн. Она имеет плавающий коэффициент усиления. Максимальная величина наблюдается при высоких частотах, а наименьшая — при низких показателях.

Из недостатков можно выделить:
●    повышенный уровень шума и низкие показатели качества принимаемого сигнала;
●    нестабильный прием в местности рядом с аэропортом, радиостанцией и аналогичными объектами;
●    неравномерность коэффициента усиления в диапазоне рабочих частот.

Такие усилители ловят помехи и предусматривают автоматическое переключение модема между стандартами связи.

При покупке следует учитывать, что в сопроводительной документации указывается коэффициент усиления, который наблюдается при высоких частотах.

Необходимость установки широкополосной антенны возникает, если возможен переезд или планируется работа с сим-картами нескольких операторов с разными тарифами. Приемное устройство также используется:
● если одновременно нужно принимать сигналы голосовой связи GSM и 3G/4G;
● при подключении интернета в незнакомой местности;
● если соединение нестабильно, а длительные перерывы недопустимы;
● в случае приема сигнала LTE-A, который разнесен по разным частотным диапазонам.

Широкополосную антенну нежелательно устанавливать на даче или в загородном доме, расположенных в зонах с сильным засорением эфира и большим количеством посторонних шумов. Она также неэффективна в местности со сложным рельефом и постройками, где в основном принимается отраженный сигнал с неопределенной поляризацией.

Уличные и комнатные всенаправленные антенны имеют коэффициент усиления до 13 дБ. Благодаря круговой диаграмме направленности они создают условия для уверенного приема при мощном входящем сигнале, независимо от направления действия БС. Максимально допустимое расстояние до вышки обычно не превышает 2-3 км.

По конструкции различают конусообразные и штыревые всенаправленные антенны. Модели первого типа закрепляются на потолке, стене или другой ровной поверхности. Штыревые антенны представляют собой металлический стержень, для защиты которого используется корпус из пластика.

По месту установки антенны с диаграммой направленности 360° бывают наружные и комнатные. Уличные приемные устройства размещают:
● в терминалах и банкоматах;
● на автомобилях, катерах и других транспортных средствах;
● на фасадах зданий, конструкция которых снижает мощность входного сигнала от БС.

Комнатные антенны служат для улучшения приема голосовой связи и мобильного интернета внутри помещений. Они совместимы с беспроводными роутерами и позволяют повысить качество и расширить зону покрытия при раздаче Wi-Fi.
Благодаря усилителям с круговой диаграммой направленности можно пользоваться мобильным интернетом:
● на рыбалке или в туристическом походе;
● в экскурсионной поездке по городам или командировке;
● при съеме дачи в незнакомой местности;
● во время отдыха на яхте.

При этом не нужно знать направление сигнала от БС и не требуется настройки усилителя. Главное, чтобы расстояние до вышки не превышало данных, указанных в сопроводительной документации.

В случае большой удаленности дачи, офиса или загородного дома от БС сотового оператора устанавливают узконаправленные антенны. Они имеют коэффициент усиления от 15 до 27 дБ, и обеспечивают уверенный прием при расстоянии 10-25 км от вышки.

К узконаправленным антеннам относятся:
● «Волновой канал» (Yagi). Конструкция таких антенн способствует снижению ветровой нагрузки, а коэффициент усиления составляет до 17 дБ. Однако из-за узкой диаграммы направленности с углом охвата не более 12-15° требуется точное наведение на БС и подбор по частоте.

● Панельные. Имеют коэффициент усиления до 17 дБ, обеспечивают улучшение приема и стабильное соединение на расстоянии до 10-15 км от вышки сотового оператора. Они бывают узкополосные и широкополосные, помогают улучшить качество сигнала вне прямой видимости БС. При широком угле охвата не требуют точной настройки.

● Параболические. Незаменимы при слабом сигнале на границах зон покрытия, позволяют подключить стабильный интернет на расстоянии 20-25 км от вышки. Коэффициент усиления составляет 21-27 дБ. Параболические антенны имеют угол охвата от 5 до 20°, поэтому нуждаются в точном наведении. Чтобы уменьшить парусность, выбирают усилители с сетчатым рефлектором.

Если нужно не только подключить стабильный интернет без помех и обрывов, но и увеличить скорость обмена данными, устанавливают антенны с поддержкой MIMO. Такая технология основана на пространственном кодировании и увеличивает пропускную способность канала за счет разделения сигналов, которые происходят разными способами. К примеру, антенны с MIMO и одновременной поляризацией в вертикальной и горизонтальной плоскости улучшают качество приема на 10-20% и увеличивают скорость передачи данных почти в 2 раза.

При покупке антенны с поддержкой технологии MIMO нужно учитывать, что она сможет обеспечить стабильное соединение и скоростной обмен информацией только при наличии сигнала.