Антенны

Сегодня наибольшее распространение получили коллинеарные и планарные антенны. У каждой есть свои плюсы и минусы. Так, коллинеарные антенны способны усиливать сигнал вне зависимости оттого, в какой стороне от них расположена базовая станция, зато планарные располагаются внутри автомобиля и, как следствие, более защищены от атмосферных воздействий и любителей чужой собственности.

Согласно теории распространения электромагнитных волн, для оптимального функционирования в автомобиле антенна должна равномерно излучать сигнал во все стороны в горизонтальной плоскости (имеет круговую диаграмму направленности), иметь хорошее заземление, находиться как можно выше и на достаточной площади заземленной поверхности. При этом, если антенна штыревая, угол отклонения от вертикали не должен превышать 15°.

Наилучшие показатели (для связи в автомобиле) обеспечиваются штыревой антенной, врезанной в центр крыши. Заземление обеспечивается надежным контактом между «массой» автомобиля и «противовесом» антенны, в то время, как магнитная антенна из‑за некачественного заземления (контакт только на разъеме) даст худшие показатели.

Автомобильная антенна состоит из двух частей: внешней (штырь и внешняя часть базы) и внутренней (внутренняя часть базы или коробка связи, к которой подключается кабель). Надежное соединение внешней и внутренней частей жизненно важно для обеспечения эффективной работы антенны. Выбор места на автомобиле, где будет крепиться антенна, имеет значение не только с точки зрения удобства. Расположение антенны относительно металлического кузова автомобиля влияет на ее характеристики, из‑за чего номинальное усиление, указанное в паспорте антенны, может только приблизительно соответствовать реальному.

Лучше всего, если антенна установлена в сквозное отверстие в крыше автомобиля, поскольку в этом случае обеспечивается непосредственный контакт всех ее элементов. В этом положении усиление практически соответствует номинальному, а диаграмма направленности – круговая. Но если кто‑то не хочет сверлить отверстие в крыше, можно воспользоваться другими способами установки: «сквозь стекло», на боковое стекло (в этих случаях эффективность антенны будет не намного лучше магнитной), или на багажник.

Монтаж антенны на бампере существенно искажает ее диаграмму направленности. Антенны с большим усилением так крепить не рекомендуется. Расположение антенны на багажнике или капоте даст промежуточный результат. При установке «сквозь стекло» антенна чаще всего размещается у верхнего края заднего стекла автомобиля. Внешняя часть базы антенны со штырем крепится снаружи, а коробка связи – внутри салона. Потери обычно не превышают 0,5–1 дБ. Однако следует помнить, что антенна не будет эффективно работать, если стекло, к которому она прикрепляется, тонированное. Нельзя ставить антенну и поверх проводников обогревателя. Кроме того, многие автомобили высшего класса имеют стекла с двойным покрытием и в этом случае устанавливать антенну «сквозь стекло» тоже нельзя (не поможет).

Временный способ установки антенны на крышу с помощью магнитного основания имеет ряд очевидных преимуществ. Антенна может быть установлена в центре крыши, что обеспечивает круговую диаграмму направленности и не требует сверления отверстия. Однако, (кроме ее невысокой эффективности, относительно «жесткого» крепления) такую антенну легко снять, а значит, легко и украсть.

Соединительный кабель от телефонного аппарата к антенне обычно выводится через дверь и может быть легко поврежден. Есть еще один способ временной установки антенны – на боковое стекло. В этом случае кабель проходит внутри салона, и «прихватизировать» такую антенну сложнее. И хотя диаграмма направленности отнюдь не идеальна, качество связи будет вполне приемлемым. Существуют варианты крепления, позволяющие регулировать положение излучателя антенны по вертикали.

Кабель часто входит в комплект поставки антенны – обычно это неразъемное соединение. Исходная длина кабеля, как правило, составляет 3 м; при монтаже антенны его обрезают, вследствие чего приходится устанавливать разъем на конце кабеля, обращенном к телефону. Эту операцию нужно делать тщательно – неправильно установленный разъем или плохой контакт в нем способны нарушить работу всей системы. Соединение кабеля с телефоном бывает прямым и опосредованным – через устройство громкой связи.

В первом случае кабель присоединяется через дополнительный разъем телефонного аппарата. Во втором случае кабель присоединяется к устройству громкой связи, а телефон вставляется в гнездо этого устройства. Некоторые модели телефонов не имеют специального гнезда для сменной антенны, и поэтому их можно присоединять только через устройство громкой связи (иногда можно отсоединить штатную антенну и подсоединить кабель вместо нее, но это неудобно).

Во втором случае можно устанавливать и использовать недорогие стационарные направленные антенны для мобильных телефонов в городах и селах, расположенных вокруг базовых станций операторов сотовой связи на удалении до 35 км (GSM‑900), до 40–45 км (D‑AMPS), до 55–60 км (CDMA), до 70 км (NMT‑4501) в зависимости от рельефа местности.

Сотовый телефон с внешней антенной с успехом заменит обычный, и сможет помочь не только передать важные новости, но и вызвать экстренную помощь и спасти жизнь человеку в критической ситуации.

Основными разновидностями направленных антенн являются антенны типа «волновой канал» и логопериодические. Наиболее популярны первые.

Они обладают большим усилением и просты в изготовлении. Логопериодические антенны более сложны и дороги, однако они имеют большую полосу частот и не требуют дополнительной настройки.

Антенна типа «волновой канал» подобна одноименной телевизионной антенне, она состоит из ряда параллельных вибраторов, расположенных в одной плоскости: полуволнового линейного или петлевого вибратора, к которому подключен кабель снижения (активный вибратор), рефлектора и директоров (пассивные вибраторы).

Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подобраны так, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в обратном направлении и усиливает его в прямом направлении. Таким образом, рефлектор является своеобразным отражателем, обеспечивающим формирование однонаправленной характеристики излучения (приема). Нередко в качестве рефлектора используется система вибраторов или сетка. Усилению излучения в прямом направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием излучения активного вибратора. Следовательно, казалось бы, усиление антенны тем больше, чем больше у нее директоров. Однако чем больше количество директоров в антенне, тем меньше сказывается на ее усилении добавление каждого нового директора и тем сложнее добиться согласованной работы всех директоров. Одновременно это ведет к сужению полосы пропускания антенны.

К достоинствам антенны «волновой канал» можно отнести сравнительно высокое усиление при простоте конструкции.

К недостаткам этой антенны следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Антенны, даже собранные по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по‑разному и не допускают дополнительной настройки. Реальное усиление такой антенны значительно ниже указанного (в среднем на 3–4 дБ). Кроме того, узкая полоса пропускания ведет к резкому снижению усиления в тех системах связи, где используют дуплексные частоты с большим разносом. Например, стандарт DAMPS использует частоты 824–840 МГц и 869–894 МГц, и использование антенны «волновой канал», настроенной на середину этого диапазона, приводит к заметному ухудшению работы антенны на краях диапазона (на рабочих частотах). То же самое относится к популярным стандартам GSM‑900, GSM‑1800.

Логопериодические антенны – это один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности и постоянным усилением в широком диапазоне частот.

У такой антенны во всем диапазоне частот обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером. Логопериодическая антенна образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных параллельно, к которым поочередно через один крепятся вибраторы.

Рабочая полоса частот антенны со стороны нижней частоты зависит от размеров наиболее длинных вибраторов, а со стороны верхней частоты – от размеров наиболее коротких вибраторов. Усиление антенны определяется количеством вибраторов, каждый из которых является активным. Следовательно, задав полосу частот (размеры максимального и минимального вибраторов), можно получить достаточно высокий коэффициент усиления во всем диапазоне за счет увеличения количества вибраторов.

Логопериодические антенны хорошо работают в широкополосных системах связи: DAMPS, GSM‑900, GSM‑1800 и в относительно узкополосных, например, в системе доступа с кодовым разделением каналов CDMA (ширина полосы частот 1,5 МГц). Они не требуют дополнительной настройки, поскольку все вибраторы являются активными и расстроены один относительно другого на постоянную величину, являющуюся характеристикой антенны.

К недостаткам этой антенны можно отнести ее более сложную конструкцию и повышенную трудоемкость в изготовлении по сравнению с антенной «волновой канал».

Таким образом, в системах сотовой связи стандартов CDMA, DAMPS, GSM‑900/1800 целесообразно применять логопериодические антенны с необходимым для каждого конкретного случая усилением. На границе зоны покрытия наиболее эффективны антенны типа «волновой канал», однако настройка этих антенн должна выполняться специалистом.

Также следует обратить внимание на материал, из которого изготовлена антенна.

На частотах 800–900 МГц, а тем более 1800 МГц, несколько лучший результат дает использование материалов с высокой проводимостью, например, медь, латунь. Это повышает добротность антенны и сводит к минимуму потерь.