Параболическая антенна — один из наиболее узнаваемых типов направленных антенн с высоким коэффициентом усиления. Вместо распределения радиочастотной энергии по широкой области она использует криволинейный отражатель, чтобы концентрировать передаваемую или принимаемую энергию в относительно узкий луч.
Эта характеристика делает параболическую антенну полезной, когда цель связи находится в известном направлении, а беспроводной системе требуется более высокое направленное усиление, больший запас радиолинии или снижение приёма с нежелательных направлений.
Типичные области применения могут включать фиксированные подключения 4G/5G, дальние беспроводные линии связи, удалённые площадки широкополосного доступа, промышленные сети, частные беспроводные системы, станции мониторинга и другую стационарную инфраструктуру связи.
Однако правильный подход к пониманию параболической антенны не сводится к следующему:
«Чем больше тарелка, тем дальше она отправляет сигнал».
Более крупный отражатель может обеспечивать более высокое усиление, но обычно он также создаёт более узкий луч. Такой более узкий луч предъявляет повышенные требования к установке, наведению, устойчивости мачты и знанию направления на цель.
По этой причине при выборе параболической антенны всегда следует учитывать всю радиолинию.
Как работает параболическая антенна?
Основной отражатель антенны имеет параболическую форму.
Антенна-облучатель располагается вблизи фокальной области этого отражателя. При передаче радиочастотная энергия от облучателя облучает отражатель. Форма отражателя перенаправляет эту энергию так, что большая её часть распространяется в общем направлении.
При приёме процесс происходит в обратном порядке.
Радиочастотная энергия, приходящая со стороны цели, попадает на отражатель и концентрируется в направлении облучателя.
В результате формируется высоконаправленная диаграмма направленности антенны.
Это принципиально отличается от всенаправленной антенны, которая распределяет энергию в широком секторе вокруг антенны, или от секторной антенны, которая охватывает более широкий угловой сектор.
Параболическая антенна отказывается от широкого углового охвата в пользу направленной концентрации.
Именно этот компромисс позволяет ей обеспечивать высокий коэффициент усиления.
Основные части параболической антенны
Хотя конструкции могут различаться, типичная параболическая антенна включает несколько важных компонентов.
Параболический отражатель
Отражатель представляет собой большую изогнутую тарелку.
Его размеры и геометрия играют важную роль в определении усиления антенны и диаграммы направленности.
При одинаковой рабочей частоте и сходной эффективности антенны большая эффективная апертура, как правило, позволяет обеспечить более высокое направленное усиление.
Система облучателя
Облучатель — это излучающая конструкция, размещённая с учётом фокальной геометрии отражателя.
Его задача — правильно облучать отражатель.
Неудачная конструкция облучателя может приводить к потерям энергии, создавать нежелательные боковые лепестки, снижать эффективность или искажать заданную диаграмму направленности.
Структура поляризации
Антенна может использовать одну поляризацию или несколько поляризационных каналов.
Для сотовых и MIMO-систем двойная поляризация может быть особенно полезной, поскольку два радиочастотных канала можно объединить в одном направленном антенном узле.
Монтажная конструкция
Поскольку параболическая антенна имеет узкую диаграмму направленности, ее механическое крепление имеет большое значение.
Крепление должно удерживать антенну на заданных азимуте и угле места даже в уличных условиях.
Несколько градусов смещения могут оказаться гораздо важнее для узконаправленной антенны, чем для всенаправленной антенны с широкой диаграммой.
Почему параболические антенны обладают высоким усилением?
Коэффициент усиления антенны показывает, насколько сильно антенна концентрирует радиочастотную энергию в определённом направлении по сравнению с эталонной антенной.
Это не означает, что антенна генерирует дополнительную радиочастотную мощность.
RFLink’s Руководство по коэффициенту усиления антенны Объясняет, что коэффициент усиления и диаграмму направленности следует рассматривать в совокупности.
Параболическая антенна с высоким коэффициентом усиления концентрирует большую часть полезной энергии в относительно узкой угловой области.
Представьте разницу между освещением комнаты обычной лампочкой без абажура и освещением одной конкретной точки сфокусированным прожектором.
Прожектор не обязательно потребляет больше мощности.
Он сильнее концентрирует эту мощность в выбранном направлении.
Принцип работы в радиочастотном диапазоне аналогичен.
Именно поэтому параболические антенны особенно привлекательны для фиксированных радиолиний, где известно местоположение другого конца.
Усиление и ширина луча взаимосвязаны
Один из важнейших принципов выбора параболической антенны заключается в том, что коэффициент усиления нельзя оценивать отдельно от ширины луча.
Более высокий направленный коэффициент усиления обычно сопровождается более узким главным лучом.
В настоящее время RFLink предлагает две конфигурации двухполяризованных параболических антенн диапазона 1710–4200 MHz, которые наглядно демонстрируют эту взаимосвязь.
Модель RF1742-6026D (600 мм) обеспечивает пиковое усиление 26 dBi. По опубликованным данным, ширина луча в горизонтальной плоскости составляет 8–20°, а в вертикальной — 3–7°.
Модель RF1742-9030D (900 мм) повышает пиковое усиление до 30 dBi, при этом ширина луча в горизонтальной плоскости по опубликованным данным сужается до 5–13°, а в вертикальной — до 2–5°.
Это различие имеет практическое следствие.
Антенна 900 мм может обеспечить дополнительное усиление линии связи, но установка и юстировка требуют большей точности.
Поэтому вопрос не просто в том:
«Стоит ли покупать модель с более высоким коэффициентом усиления?»
Он таков:
«Нужно ли моему каналу связи дополнительное усиление и сможет ли установка сохранять требуемую юстировку?»
Параболическая антенна 600 мм или 900 мм
| Характеристика | Модель 600 мм | Модель 900 мм |
|---|---|---|
| Частота | 1710–4200 MHz | 1710–4200 MHz |
| Пиковое усиление | 26 dBi | 30 dBi |
| Поляризация | Двойная линейная H + V | Двойная линейная H + V |
| Ширина луча HPOL | 8–20° | 5–13° |
| Ширина луча VPOL | 3–7° | 2–5° |
| Отношение переднего/заднего излучения | ≥29 dB | ≥32 dB |
| Кросс-поляризационная развязка | ≥28 dB | ≥28 dB |
| Диаметр отражателя | 600 мм | 900 мм |
| Основной приоритет конструкции | Усиление при сравнительно более широком допуске наведения | Более высокое усиление линии связи и более узкий направленный луч |
Эти характеристики приведены на текущих опубликованных страницах продуктов RFLink.
Таблицу не следует рассматривать как гарантированное сравнение дальности.
Дальность связи также зависит от мощности передачи, чувствительности приемника, конфигурации модема, рабочего диапазона, потерь в кабеле, рельефа местности, высоты антенны, помех и сети на другой стороне линии связи.
Всегда ли версия 900 мм лучше?
Нет.
Более крупный рефлектор обеспечивает дополнительное усиление, но вся установка становится крупнее, а луч — уже.
Антенна диаметром 900 мм может быть оправдана, когда:
- сложно обеспечить запас радиолинии;
- направление на цель известно точно;
- положение антенны фиксировано;
- монтажная конструкция устойчива;
- для более протяжённых или требовательных линий связи требуется дополнительное усиление.
Исполнение 600 мм может быть предпочтительным, если:
- доступное пространство для монтажа более ограничено;
- важны транспортировка и монтаж;
- полезен дополнительный допуск на юстировку;
- имеющийся бюджет линии связи не требует более крупного рефлектора.
Конструкция RFLink диаметром 600 мм также предлагается в вариантах с цельным и разнесённым рефлектором, что позволяет учитывать требования к упаковке и транспортировке на этапе планирования проекта.
Сравнение параболической и всенаправленной антенн
Эти две антенны решают почти противоположные радиочастотные задачи.
Всенаправленная антенна предназначена для связи с устройствами, распределёнными во многих горизонтальных направлениях.
Параболическая антенна направляет связь в одном заданном направлении.
Рассмотрим сотовый маршрутизатор, установленный на удалённой площадке.
Если вокруг места установки расположено несколько базовых станций и роутер может динамически подключаться к разным направлениям, может пригодиться всенаправленная сотовая антенна.
Если тестирование показывает, что одна обслуживающая сота в известном направлении обеспечивает требуемую сеть и требуется больший запас по радиолинии, направленная антенна может стать более предпочтительной.
Поэтому параболическая антенна обычно наиболее уместна, когда цель фиксирована и известна.
Сравнение параболической и панельной антенн
Обе могут быть направленными.
Панельная антенна обычно обеспечивает более широкую диаграмму направленности и более компактный механический формат.
Параболическая антенна может обеспечивать значительно более высокое направленное усиление и более узкую ширину луча.
Поэтому панельная антенна полезна, когда нужно покрыть зону, а не одно точное направление.
Параболическая антенна больше подходит, когда системе требуется точно сфокусироваться на:
- соте или секторе сотовой связи;
- другой площадке фиксированной беспроводной связи;
- удалённая точка связи;
- конкретная конечная точка инфраструктуры.
Правильный выбор зависит от геометрии покрытия, а не от внешнего вида.
Частота должна соответствовать реальной радиосистеме
Высокий коэффициент усиления не компенсирует неправильный диапазон частот.
Антенна должна поддерживать частоту, фактически используемую радиостанцией.
Текущие продукты RFLink 600 мм и 900 мм рассчитаны на диапазон 1710–4200 МГц.
Этот диапазон может перекрывать различные рабочие частоты LTE и 5G среднего диапазона, но это не означает, что он автоматически поддерживает все сотовые сети по всему миру.
Перед выбором антенны уточните:
- оператор;
- обслуживающая сота;
- рабочий диапазон LTE/NR;
- RF-порты модема;
- требуемая конфигурация MIMO;
- диапазон частот антенны.
Этот этап становится особенно важным в международных проектах, поскольку разные операторы могут использовать совершенно разные диапазоны даже в одной стране.
Почему двойная поляризация важна для сотовых систем
Современные сотовые системы обычно используют несколько антенных трактов.
Параболические изделия RFLink диапазона 1710–4200 MHz поддерживают горизонтальную и вертикальную линейную поляризацию и обеспечивают кросс-поляризационную развязку не менее 28 dB.
Эту архитектуру можно использовать с совместимыми двухпортовыми радиомодулями и системами MIMO.
Однако не следует просто произвольно подключать антенну к любым портам модема.
Инженеру следует проверить:
- назначение порта модема;
- поддерживаемый режим MIMO;
- конфигурация кабеля;
- расположение разъёмов;
- рабочий диапазон;
- требования к развязке антенн.
Архитектуру антенны и модема необходимо рассматривать в совокупности.
Почему согласование критически важно
Параболическая антенна обычно наводится как по азимуту, так и по углу места.
Чем уже ширина луча, тем выше чувствительность к точности наведения.
Поэтому полезный процесс установки состоит не в следующем:
«Направьте тарелку примерно на вышку и затяните болты».
Вместо этого при настройке антенны специалистам следует опираться на реальные радиоизмерения.
В сотовой системе такие измерения могут включать RSRP, RSRQ, SINR, идентификатор соты, информацию о диапазоне и пропускную способность.
Самый мощный необработанный сигнал не всегда даёт лучший результат.
Например, одно направление может давать высокий RSRP, но низкий SINR из-за помех, тогда как другая, чуть более слабая сота обеспечивает более стабильную пропускную способность.
Поэтому при окончательной юстировке следует учитывать фактическую производительность сети.
Потери в кабеле могут свести на нет высокое усиление антенны
Антенну с высоким усилением часто устанавливают на крыше, мачте, башне или другом возвышенном сооружении.
Это может улучшить просвет радиотрассы.
Но если для такой установки требуется очень длинный коаксиальный фидер, часть выигрыша линии связи может потеряться в кабеле.
Потери в кабеле зависят от:
- частоты;
- конструкции кабеля;
- длины;
- качества разъёмов;
- количество адаптеров.
Это требует важного решения при проектировании системы.
В некоторых инсталляциях эффективнее разместить сотовый CPE или радиомодуль относительно близко к антенне и протянуть Ethernet или оптоволокно к локальной сети, чем прокладывать длинный ВЧ-кабель обратно в помещение с оборудованием.
Когда параболическая антенна — хороший выбор?
Параболическая антенна особенно подходит, когда:
- обе конечные точки стационарны;
- требуемое направление связи известно;
- высокий коэффициент усиления в заданном направлении полезен;
- нежелательные сигналы с других направлений должны быть ослаблены;
- узкий луч можно точно навести;
- объект имеет устойчивую монтажную конструкцию.
Типичные примеры включают сотовое CPE на удаленном объекте, стационарные промышленные линии связи, частные беспроводные сети, станции мониторинга, удаленную инфраструктуру и системы «точка–точка», работающие в поддерживаемом диапазоне частот антенны.
Когда это не лучший выбор?
Параболическая антенна может не подойти, если:
- устройство мобильно;
- направление базовой станции постоянно меняется;
- необходимо обслуживать несколько целей в разных направлениях;
- при монтаже невозможно поддерживать точное наведение;
- необходимо покрыть широкую географическую зону, а не точку;
- требуемая частота выходит за пределы рабочего диапазона антенны.
В таких случаях более подходящей может оказаться всенаправленная, секторная, панельная или другая специализированная антенна.
RFLink’s руководство по выбору между всенаправленными и направленными антеннами содержит дополнительные сведения о выборе схем покрытия.
Практический процесс выбора параболической антенны
Начните с определения радиосистемы, а не антенны.
Определите рабочую частоту, порты радиооборудования, целевое местоположение, расстояние, рельеф и требуемый запас радиолинии.
Затем решите, действительно ли нужна узкая диаграмма направленности.
Затем сравните размер рефлектора, коэффициент усиления, ширину диаграммы направленности, поляризацию, монтажные размеры и требования к условиям эксплуатации.
Наконец, протестируйте антенну на реальном объекте.
Техническая спецификация может определять антенну.
Она не может описать каждую башню, долину, источник помех, кабельную трассу и мобильную сеть.
Вопросы и ответы
Что такое параболическая антенна?
Параболическая антенна использует изогнутый отражатель и облучающую структуру, чтобы концентрировать радиочастотную энергию в сравнительно узком направлении. Это обеспечивает высокое усиление в заданном направлении.
Почему у параболических антенн высокое усиление?
Апертура рефлектора концентрирует передаваемую и принимаемую радиочастотную энергию в заданном направлении, а не распределяет её широко.
Всегда ли антенна большего диаметра обеспечивает большую дальность?
Более крупный рефлектор может обеспечить более высокое усиление, но реальная дальность связи зависит от полного бюджета радиолинии и условий окружающей среды. Крупные рефлекторы также обычно имеют более узкую диаграмму направленности.
В чём разница между параболической и всенаправленной антенной?
Всенаправленная антенна обеспечивает широкое покрытие в горизонтальной плоскости. Параболическая антенна фокусируется на узком направлении.
Можно ли использовать параболическую антенну для 4G и 5G?
Да, если ее диапазон частот, поляризация и архитектура RF-портов соответствуют фактической сети LTE или 5G и модему.
Важно ли выравнивание?
Очень важно. Узконаправленные антенны требуют точного выравнивания по азимуту и углу места, особенно при увеличении коэффициента усиления антенны.
Заключение
Параболическая антенна — это не просто антенна, предназначенная для «передачи на большее расстояние».
Ее определяющая характеристика — направленная концентрация.
Отражатель, облучатель, система поляризации и механическая конструкция совместно обеспечивают высокий коэффициент усиления в узком луче.
Поэтому параболические антенны ценны для фиксированных сотовых каналов связи, удаленного широкополосного доступа, промышленной беспроводной инфраструктуры и сетей мониторинга, где направление на цель известно.
В то же время более высокий коэффициент усиления предъявляет более высокие требования к монтажу.
Поэтому частоту, ширину луча, выравнивание, потери в кабеле, устойчивость крепления и полный бюджет радиолинии следует оценивать вместе.
RFLink в настоящее время предлагает двухполяризованные параболические антенные платформы 600 мм / 26 dBi и 900 мм / 30 dBi для диапазона 1710–4200 МГц, а также поддерживает изменения под конкретный проект в части частоты, разъема, кабеля и конструкции монтажа, если стандартная конфигурация не отвечает требованиям применения.
