Волновое сопротивление 50 75 ом. Широкополосная или узкополосная? Короткие и длинные линии передачи

При равном диаметре (по внутренней изоляции) 77-омная коаксиальная линия с проводниками из меди и воздушным диэлектриком оптимизирована по минимуму коэффициента затухания, 60-омная - по наибольшему пробивному напряжению, а 30-омная - по максимальной передаваемой мощности. У коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией минимум потерь соответствует волновому сопротивлению 50 Ом, с пенистым полиэтиленом - 60 Ом, но все эти различия не ярко выражены и гораздо большее значение имеет качество материалов и тщательность изготовления. Поэтому при выборе волнового сопротивления кабеля достаточно руководствоваться соображениями удобства согласования.Если выбор конкретных типов кабеля ограничен, имеет смысл просчитать, что выгоднее с точки зрения минимизации потерь: использование кабеля с высокой степенью естественного согласования сопротивлений, но с большим затуханием или менее подходящего по волновому сопротивлению, но более качественного кабеля с дополнительными согласующими цепями (учитывая дополнительные потери в этих цепях!). В ряде случаев может оказаться, что выгоднее согласиться с повышенной величиной КСВ, применив без всяких согласующих цепей имеющийся в наличии высококачественный кабель с волновым сопротивлением, отличающимся от сопротивления нагрузки.

Вот характерный пример: антенна имеет входное сопротивление 50 Ом на резонансной частоте. В нашем распоряжении есть 50-омный кабель, который при требуемой длине имеет собственные потери (при КСВ=1) на рабочей частоте 2 дБ, и 75-омный с потерями 0,5 дБ при тех же условиях.

Используя кабель 75 Ом, получим КСВ=1,5 на резонансной частоте. Дополнительные потери из-за рассогласования не превысят 0,1 дБ. При отходе от резонансной частоты, даже если КСВ поднимется до 4, дополнительные потери не станут больше 0,5 дБ. Таким образом, с этим 75-омным кабелем суммарные потери составят от 0,6 до 1 дБ.

Если с 50-омным кабелем КСВ на краю рабочего диапазона частот поднимется только до 2, то дополнительные потери станут 0,3 дБ. В итоге, с имеющимся 50-омным кабелем суммарные потери будут в пределах 2 - 2,3 дБ.

Выигрыш, благодаря использованию "неправильного" 75-омного кабеля вместо "правильного" 50-омного, в данном случае будет приблизительно такой же, какой могло бы дать, например, удлинение антенны Yagi примерно на треть!

Дополнительная согласующая цепь между антенной и фидером 50/75 Ом вполне может внести потери порядка 0,5 дБ. Если мы с ее помощью попытаемся улучшить КСВ в 75-омном фидере, то получим суммарные потери от 1 до 1,2 дБ (полагая, что так КСВ не поднимется выше 2 на краях диапазона) - то есть не уменьшим, а увеличим потери на 0,2 - 0,4 дБ. Но они будут все же значительно ниже, чем при применении 50-омного кабеля с большими собственными потерями.

Важно только иметь в виду, что при любом рассогласовании, как с одним, так и с другим кабелем, передатчик "видит" на конце кабеля комплексное сопротивление , которое может значительно отличаться и от волнового сопротивления фидера, и от входного сопротивления антенны. Чтобы передатчик смог отдать в фидер расчетную мощность, его выходные цепи должны быть настроены соответствующим образом.

Коаксиальный кабель - практические советы

1) При строительстве антенн нельзя экономить на кабеле. Дешевый некачественный кабель легко может "съесть" весь выигрыш от хорошей антенны. Самое неприятное здесь в том, что если затухание в кабеле велико, антенна может выглядеть на первый взгляд даже лучше, чем с хорошим кабелем: КСВ в начале фидера (около передатчика) низкий в широкой полосе, на прием - шумов из эфира не много, а диаграмма направленности у поворотной антенны сохраняется. Только не всегда хватает имеющейся мощности передатчика, чтоб дозваться DX "а …

Именно так может сложиться ситуация, когда на простой диполь с хорошим кабелем даже при далеком от идеального согласовании будут отвечать лучше, чем на хорошую Yagi при КСВ = 1.

Слишком толстым кабель не бывает!

2) Кабель с полиэтиленовой изоляцией в течение 10-20 лет может сильно состариться, даже при хранении в идеальных условиях. Старение выражается в значительном увеличении потерь. Иногда также возникают трещины на наружной оболочке.

Если планируется использовать кабель, со дня выпуска которого прошло более 5-7 лет, следует предварительно измерить его затухание на рабочей частоте и тщательно осмотреть его наружную оболочку. Кабель, который уже использовался вне помещения (даже недолго), надо проверять обязательно. Время от времени, если есть возможность, полезно проверять потери в фидерах действующих антенн.

3) Популярно мнение, что кабель с фторопластовой изоляцией имеет меньшие потери, чем с полиэтиленовой. Но достаточно сравнить их паспортные данные, чтобы убедиться, что по погонному затуханию эти два вида кабелей при равных диаметрах практически равноценны.

Достоинством фторопластовой изоляции является лучшая термостойкость и стабильность параметров во времени. К сожалению, большинство кабелей с ленточной фторопластовой изоляцией не предназначено для наружной прокладки и уличная влага их быстро портит.

4) Влага, проникшая внутрь кабеля, увеличивает потери и понижает его волновое сопротивление, а со временем необратимо его портит. Конец кабеля и места его сростки, находящиеся на открытом воздухе, следует тщательно герметизировать силиконовым герметиком (никакая изолента здесь не поможет) и термоусаживаемыми трубками. Около точки присоединения к клемме или разъему антенны кабель следует изогнуть в виде петли так, что его конец приходил бы к месту присоединения не снизу вверх, а сверху вниз, чтобы избежать затекания в него дождевой воды, если нарушится герметизация.

5) Кабель лучше всего прокладывать по северной стороне антенной мачты, здания, и вообще такими путями, где он меньше открыт прямым солнечным лучам.

Особенно это важно для кабелей, имеющих оболочку не черного цвета. Солнечный ультрафиолет рано или поздно разрушает наружную оболочку, а как только в ней появилась хоть одна микротрещина - влага проберется внутрь незамедлительно.

Коаксиальный кабель с почти любым волновым сопротивлением

Если есть в распоряжении 150-омный коаксиальный кабель, например РК-150-7, в котором центральная жилка свободно пропущена в воздушном канале полиэтиленовой изоляции (обычно эта жилка для сохранения центровки бывает зигзагообразно изогнута, но свободно скользит внутри кабеля), то продернуть вместо нее провод другого диаметра не представляет труда. Таким образом можно получить кусок кабеля с любым нестандартным волновым сопротивлением от 40 до 180 Ом. Для центровки, если понадобится, на провод следует насадить (не слишком часто, а для УКВ - и на не слишком равных расстояниях друг от друга) бусинки из фторопласта, полистирола или полиэтилена, зафиксировав их на проводе соответствующим клеем.

Определить полученное волновое сопротивление легко - достаточно измерить индуктивность короткозамкнутого отрезка кабеля и его же емкость при незамкнутом конце: W = (L/C)1/2 .

Можно даже сделать плавный согласующий коаксиальный переход от 40…70 Ом на 50…180 Ом. Для этого нужно продернуть провод переменного сечения, например, многожильный с постепенным уменьшением количества жил к высокоомному концу. Разумеется, все места, где более короткие жилки заканчиваются, а более длинные продолжаются, необходимо пропаять и сгладить. Если такой переход сделать достаточно длинным (порядка 0,5 - 2 наибольшей рабочей длины волны) и с экспоненциальным изменением его волнового сопротивления по длине, то можно получить очень высокую степень согласования в широком диапазоне частот.

Целый ряд низких нестандартных значений волнового сопротивления можно получить и другим путем. Многим, вероятно, известно, что соединяя параллельно два отрезка кабелей по 75 Ом одинаковой электрической длины, получим экранированную линию с волновым сопротивлением 37,5 Ом, а два по 50 Ом - 25 Ом. Но не все, наверное, знают, что точно так же можно параллелить и кабели с разным волновым сопротивлением, причем любое число и в любых сочетаниях. Результирующее волновое сопротивление полученной линии вычисляется по такому же правилу, как и для резисторов. Важно только, чтобы электрическая длина всех отрезков была идентична. Таким образом, например, соединив параллельно 75-омный и 50-омный отрезки, получим 30-омную линию.

Фазирующая линия для активного питания элементов Log-Yag или KLM

Открытая двухпроводная линия подвержена погодным влияниям, близко расположенные конструктивные элементы антенны тоже влияют на ее работу, и эти влияния трудно прогнозировать при расчетах. Во многих случаях волновое сопротивление фазирующей линии требуется около 70 - 180 Ом, но сопротивление двухпроводной линии ниже 200 Ом трудно реализовать, а полосковая линия конструктивно не очень удобна.

Удобная симметричная экранированная линия получается из двух коаксиальных, расположенных физически параллельно, а электрически включенных последовательно (волновое сопротивление линии при этом удваивается). Но, из-за укорочения длины волны в кабеле, для сохранения требуемого набега фазы физическая длина кабеля получается меньше, чем расстояние между соединяемыми элементами антенны.

Для решения этой задачи можно использовать не перекрещенную линию на половину волны длиннее, чем расстояние между элементами (все длины - с учетом коэффициента укорочения используемого кабеля). Тогда физическая длина линии будет больше, чем расстояние между соединяемыми элементами антенны, а набег фазы в ней окажется равным набегу фазы волны между элементами антенны в воздухе плюс 180 градусов. Перекрещивание проводов линии делать не нужно, так как оно требовалось именно для поворота фазы на 180 градусов.

Центральные жилы двух кабелей присоединяются к клеммам разрезных вибраторов, а оплетки соединяются между собой на обоих концах, но никуда не подключаются. Тем, кто привык к использованию только коаксиальных линий, это может показаться странным, но в данном случае у нас симметричная экранированная линия, экран которой имеет нулевой потенциал. Если используются петлевые вибраторы, экран линии можно присоединять к центрам их сплошных трубок, а если несимметричный фидер присоединяется к первому питаемому элементу через BALUN, имеющий клемму с нулевым потенциалом (средний вывод), например, симметрирующий трансформатор на ферритовом кольце или полуволновое U-колено, то экран симметричной линии соединяется с этой клеммой.

Стоомная линия из пары кабелей по 50 Ом может неплохо подойти для получения входного сопротивления антенны 33 - 50 Ом, а 150-омная линия из пары кабелей по 75 Ом - для получения входного сопротивления 50-75 Ом. Используя самодельный коаксиальный кабель 40 - 100 Ом (изготовленный из 150-омного) можно получить симметричную линию от 80 до 200 Ом. Если нужно волновое сопротивление симметричной линии ниже 80 - 100 Ом, можно соединять кабели попарно впараллель. Запас физической длины позволяет корректировать сдвиг фазы в линии (этот параметр целесообразно предварительно попытаться немного варьировать при компьютерном моделировании).

Продевание кабеля в длинный шланг

Ватный тампон с привязанной к нему тонкой рыболовной леской легко засасывается пылесосом даже через очень длинный ребристый шланг и даже тогда, когда он еще свернут в бухту. Нужно только достаточно герметично присоединить конец шланга к пылесосу, подобрать размер клочка ваты и обеспечить легкое разматывание лески с катушки. Для увеличения тяги можно вынуть из пылесоса пылевой фильтр. Тонкой леской продергиваем в шланг проволоку или толстую леску, а ей - и сам кабель. Мне приходилось таким образом легко надевать на кабель защитный шланг длиной около 100 м.

Увеличение допустимой мощности эквивалента нагрузки

И недостаток иногда можно обратить в достоинство. Неизбежное зло - затухание в коаксиальных кабелях - можно использовать для поглощения ими части мощности, если имеющийся эквивалент нагрузки ее не вмещает. Из имеющихся запасов коаксиального кабеля с соответствующим волновым сопротивлением надо соcтавить (если и временно - то все равно аккуратно) максимально длинную "змею". Начало линии - наиболее толстый кабель, к концу - тоньше и тоньше. Конец последнего отрезка нагружаем на имеющийся маломощный эквивалент. Особенно эффективно такой аттенюатор действует на УКВ.

Антенный провод

Когда для изготовления антенн приходится использовать провод из неизвестного материала, полезно убедиться, что это хороший проводник на ВЧ. Оценивать возможные потери я предлагаю следующим образом. Изготовить две совершенно идентичные по конструкции катушки индуктивности - одну из проверяемого провода, другую - из медного эмалированного (или иного, который принимаем за эталон). Нужно принять все меры, чтобы конструкция катушек обеспечивала их максимальную добротность. Образцы исследуемых проводов следует предварительно "состарить" на открытом воздухе, чтобы их поверхности были покрыты слоем таких же веществ (коррозией), которые со временем появятся в процессе эксплуатации антенны. С помощью Q-метра или иным способом измерить добротность полученных катушек на рабочей частоте будущей антенны. Сравнив измеренные величины, можно судить о разнице омических потерь в проводах. С учетом всех прочих потерь (особенно в земле) можно вычислить изменение общего КПД антенны, вызванного применением данного материала вместо эталонного.

Капроновые оттяжки

Плохая репутация оттяжек из капрона не обоснована. Все хорошо на своем месте. Где статические нагрузки невелики, а имеются в основном динамические - там плетеные (а не просто витые!) капроновые тросы достаточного сечения служат надежно. Важно только, чтобы они ни обо что не терлись и чтобы были правильно заделаны в местах крепления. Но чтобы они не вытягивались, их надо заранее готовить: дать им вытянуться и "задубеть" на открытом воздухе под солнцем и дождем в течение не менее 2-3 недель (дольше - лучше). Достаточно просто развесить их в удобном месте с сильным натягом. Если есть где повесить вертикально - то с грузом на конце, если горизонтально - то груз прикрепить к свободно катающемуся по капрону ролику. Желательно, чтобы за время "тренировки" веревки несколько раз вымокли и высохли.

Особенности кевлара

Кевлар - хороший материал для оттяжек, но его нельзя использовать на открытом воздухе без надежного защитного покрытия от ультрафиолетового излучения солнца. Оттяжки из голого кевларового волокна даже под нашим северным солнцем превращаются в гнилую солому за 4-5 лет. Будучи, в принципе, чрезвычайно прочным на разрыв, шнур из кевларового волокна совершенно не стоек к истиранию, а также не допускает завязывания узлов - под нагрузкой он сам себя перерезает.

На сайте Антэкс представлены антенны, имеющие одинаковые или похожие характеристики, но отличающиеся исполнением: широкополосные, с выходным сопротивлением 50 Ом и 75 Ом, MIMO 2x2 с двумя выходами и простые с одним выходом, панельные и волновой канал (Яги), с гермобоксом и без него. Предлагается также целый ряд кабелей, разъемов и адаптеров для подключения модемов и роутеров.

Все это многообразие создает определенные трудности при выборе конкретной модели ан-тенны, а также кабелей, разъемов, переходников и другого оборудования. В статье даны реко-мендации, как сделать конкретный выбор, подходящий именно к вашим условиям. В чем со-стоят его достоинства и недостатки, что вы приобретаете и что теряете, сделав тот или иной выбор оборудования и схемы подключения.

Предполагается, что вы уже определились с основными параметрами — диапазоном работы (3G/4G), усилением антенны, высотой ее установки, направлением на базовую станцию. Необходимо выбрать конкретные модели антенны, модема/роутера, кабелей, переходников-адаптеров и пр.

Схема подключения оборудования

Начнем с анализа ваших потребностей в интернете — какое оборудование, имеющееся у вас, должно иметь выход в интернет.

Если вам нужен доступ в интернет только для компьютера/ноутбука и пары мобильников, то схема подключения может быть самой простой: антенна — модем — компьютер. Один-два смартфона могут иметь выход в интернет через компьютер, который может быть стандартны-ми средствами операционной системы превращен в WiFi-точку доступа для мобильников. Разновидности этой схемы — модем может быть подключен непосредственно к USB-разъему компьютера/ноутбука и подключен к антенне с помощью одной-двух кабельных сборок нуж-ной длины, включая адаптеры, а может быть заключен в гермобокс, установленный на антенне и соединен с компьютером при помощи USB-удлинителя.

Если у вас несколько устройств (компьютер, ноутбук, телевизор, медиаплеер, планшет и т. п.), которым необходим выход в интернет одновременно, то без роутера вам не обойтись. Схема подключения будет более сложной. Здесь также могут быть разновидности схемы под-ключения — модем в гермобоксе, модем отдельно от роутера и подключен кабельными сбор-ками или через адаптер к антенне.

Таким образом, мы видим большое разнообразие комбинаций различных вариантов выбора оборудования для достижения одной и той же цели — подключение к мобильному интернету. Это многообразие можно представить в виде обобщенной схемы:

Антенна — Фидерная линия — Модем/роутер

Термин «фидерная линия» или просто фидер обозначает совокупность всех кабелей, разъемов, переходников, адаптеров и пр., что соединяет антенну с модемом или роутером (если модем встроен в роутер). Этот термин введен здесь для простоты дальнейшего изложения.

При выборе оборудования руководствуются обычно двумя альтернативными критериями:

(1) достижение лучшего качества интернета (скорости приема/передачи) при разумных ограничениях на общую стоимость или

Рассмотрим выбор элементов исходя из этих критериев.

Выбор антенны

Антенна — важнейший элемент схемы. От нее в основном зависит качество приема и ско-рость передачи данных. Здесь мы предполагаем, что усиление антенны выбрано и нам из-вестно направление на БС. Нужно выбрать конкретную модель из предлагаемого на сайте ассортимента.

Трудности выбора можно проиллюстрировать простым примером. Пусть, согласно нашим расчетам (см. , шаг 5), нам нужна антенна с КУ большим или равным 12-15 дБи, работающая в диапазоне 3G (UMTS 2100). На мы видим, что почти все антенны, представленные здесь, нам подходят по усилению. Но нам нужна только одна единственная! Какие же свойства антенны будут нас интересовать при выборе единственной?

Широкополосная или узкополосная?

В каких случаях нужны широкополосные антенны? В чем их достоинства и недостатки?

Нужда в таких антеннах возникает, когда требуется принимать сигнал в разных диапазонах частот и нет возможности ставить отдельные антенны на каждый диапазон. Например, когда требуется одновременно принимать сигнал GSM для голосовой связи и сигналы 3G/4G ин-тернета. Или, когда требуется принимать сигнал LTE-A, разнесенный по разным частотным диапазонам. Или, когда не допустимы длительные перерывы в интернет-связи, т. к. 3G/4G ра-ботают нестабильно. В этом случае модем будет автоматически переключаться на подходя-щий стандарт связи (2G, 3G или 4G), не допуская длительных потерь сигнала. Однако такая «всеядность» антенны имеет свои недостатки. Если интернет сигнал достаточно стабилен (модем не переключается на другой стандарт), то широкополосная антенна будет ловить по-мехи, создаваемые голосовой связью GSM 900/1800, сигналами 4G, интерференцией сигна-лов разных источников, лежащих в широком диапазоне частот принимающей антенны.

Таким образом, широкополосность может быть как достоинством, так и недостатком в зави-симости от решаемой нами задачи.

Панельная, Яги или облучатель?

Антенны делятся на три типа:

• Облучатель для спутниковой тарелки,
• Панельная антенна,
• Антенна типа «волновой канал» (Яги).

Облучатель для спутниковой тарелки предназначен для приема сигнала на границе зоны об-служивания (для 3G это порядка 30 км) в условиях прямой видимости до БС. Такая конструк-ция обладает повышенным усилением, но требует определенного умения при настройке, т. к. обладает узкой диаграммой направленности и требует точного знания места положения БС и хорошего рельефа местности. Для применения облучателя необходимо приобретать дополнительное оборудование — тарелку от стороннего производителя. Диаметр тарелки выбирается из необходимого усиления антенны, см. на вкладке «Характеристики» .

С точки зрения потребительских качеств, панельная антенна и антенна типа «волновой канал» (Яги) имеют как схожие, так и различные свойства.

Схожие параметры - обе антенны направленные. Обе антенны могут иметь примерно одинаковый коэффициент усиления (КУ) в рабочем диапазоне.

Различающиеся параметры - у Яги существенно больше неравномерность усиления в рабочем диапазоне частот. Например, AX-2017Y и AX-2017P. Казалось бы усиление у них одинаковое. Но у AX-2017Y КУ в диапазоне 1910-2180 МГц, меняется в пределах 13-17dBi, а у AX-2017P КУ в этом же диапазоне меняется в пределах 15,5-17dBi.

При требованиях работы антенны в очень узкой полосе частот, Яги будет всегда дешевле панельки при одинаковых КУ.

Таким образом, если выбирать по критерию стоимости оборудования, то антенны Яги дешевле и выигрышны в узкой полосе частот, но имеют большую неравномерность по КУ в широком диапазоне частот. Если выбирать по критерию качество сигнала, то панельная антенна предпочтительней, но имеет более высокую стоимость.

Еще одним преимуществом антенн типа Яги является их малый вес и парусность, что позволяет поднимать их достаточно высоко, особенно там, где этого требует рельеф!!!

MIMO или нет?

Таким образом, для 4G антенна с MIMO дает существенное увеличение качества приема, для 3G такая антенна может применяться, если есть уверенность, что БС в стандарте 3G работает в режиме MIMO .

Разумеется антенны с MIMO дороже обычных антенн.

50 Ом или 75 Ом?

Входное сопротивление антенны - это физический параметр антенны, который важен для согласования антенны и фидерной линии. Их входные сопротивления должны быть одинаковыми, в противном случае возникает отраженный сигнал, который увеличивает потери в фидере, т. к. не весь сигнал передается в линию. Отраженный сигнал рассеивается в кабеле и антенне.

Выбор антенны по этому параметру определяется выбором кабеля для фидера. Забегая немного вперед, скажем, что кабель с входным сопротивлением 75 Ом значительно дешевле кабеля 50 Ом, но определенные марки кабеля имеют такие же (или лучшие) характеристики по потерям.

Таким образом, если мы хотим сэкономить на длинном кабеле, то выбираем антенну 75 Ом и соответствующий кабель.

Необходимо пояснить следующее. Для всех известных роутеров и модемов производители рекомендуют использовать кабель 50 Ом, поэтому их снабжают соответствующими разъемами. При подключении кабеля с другим волновым сопротивлением появляются небольшие отражения, варьирующиеся от качества примененных переходников/разъемов. Если у вас очень слабый сигнал и вы дорожите каждым децибелом, или длина фидера небольшая (до 5 метров) то лучше выбрать кабель, рекомендованный производителем - 50 Ом.

Выбор элементов фидерной линии

Фидер — это линия передачи, по которой осуществляется направленное распространение сигнала от источника к приемнику. В нашем случае это та совокупность кабелей и адаптеров, которая расположена между антенной и модемом, т. е. передает сигнал от антенны к модему и обратно. При выборе фидерной линии можно руководствоваться двумя формулировками:

(1) минимум потерь сигнала с разумными ограничениями на стоимость элементов и

(2) критерий минимальной стоимости фидера при ограничении на величину потерь некоторой разумной величиной.

Гермобокс

Самый радикальный способ избавиться от потерь в фидере — это избавиться от самого фидера. Нет фидера — нет проблем с потерями сигнала. Именно такое решение воплощено в гермобоксе.

Наряду с несомненным достоинством гермобокса — отсутствием потерь сигнала, он обладает рядом недостатков:

• Длина USB -кабеля ограничена 10 метрами. При увеличении длины может наблюдаться перебои в работе модема, связанные с его питанием и синхронизацией, согласно стандарта USB 2.0 в первую очередь.
• Ограничения использования гермобокса, связанные с температурным режимом. Модем устойчиво работает при плюсовых температурах. В суровый зимний период модем необходимо оставлять включенным круглосуточно, иначе он замерзнет. Если на улице стоит изнуряющая жара длительное время, то модем может перегреться и зависнуть, поэтому ему возможно потребуются перерывы в работе.
• Неудобство обслуживания — при смене сим-карты, при окончании «дачного сезона» и других подобных ситуациях, когда нужен доступ к модему, приходится снимать антенну, откручивать гермобокс, проводить необходимые действия, возвращать антенну на место и вновь ее настраивать.

Для устранения первого недостатка в гермобокс можно поместить не только модем, но и роутер. Такая схема практически снимает ограничение по длине соединительного кабеля — кабель витая пара может иметь длину до 70 метров. Однако другие недостатки, связанные с температурным режимом и обслуживанием, остаются в силе.

Кроме того, поскольку роутер помещается рядом с антенной, то зона уверенного приема сигнала WiFi может оказаться недостаточной для покрытия всего дома. Впрочем, это условие не обязательно, т.к. роутер здесь выступает все же не для формирования зоны покрытия WIFI а для увеличение длины кабеля связи.

Разумеется, антенны с гермобоксом дороже обычных антенн, но это увеличение цены компенсируется тем, что мы экономим на покупке кабелей, избавляемся от потерь, размещаем антенну в единственном месте где есть сигнал от оператора, даже за 50-100 метров от вашего ПК.

Кабели

На сайте Антэкс представлен обширный ассортимент кабелей для фидерной линии, покрывающий практически любые потребности в передаче сигнала. Нас интересуют выбор кабеля с точки зрения тех же двух критериев.

Характеристики потерь для 10 погонных метров кабелей, которые наиболее популярны, сведены в следующую таблицу.

Марка кабеля	Входное сопротивление	Потери на частоте			Стоимость за 1 м
RG-58A/U
RK РК 50-3-18	50 Ом
5 D-FB
SAT-703

Отметим, что кабель SAT -703 предназначен для прокладки внутри помещения, для улицы его необходимо прокладывать в гофре с целью избежать его разрушения. Как подобрать гофру — см. и .

Есть следующие подсказки для выбора кабеля из нескольких предлагаемых в точке продажи в случае если их характеристики неизвестны:

1. Чем толще кабель, тем меньше в нем потери.
2. Двойной экран (экран в виде фольги + плетеный экран) лучше одного
3. Чем плотнее плетеный экран, тем меньше потери
4. Кабель с вспененным центральным диэлектриком имеет меньшие потери чем с сплошным полиэтиленом
5. Медные проводники предпочтительнее алюминиевых и стальных в плане потерь, долговечности и надежности

Немного о разъемах

Антенны с входным сопротивлением 50 Ом комплектуются, как правило, разъемами типа N , антенны с сопротивлением 75 Ом - разъемами типа F . Площадь контакта F -разъема меньше, чем у N или SMA разъема, поэтому надежность работы системы несколько меньше.

Стандартный F-разъем, в основном, предназначен для работы на частотах до 1-2 ГГц, он имеет заметный КСВ и накладывает этот отпечаток на КУ антенны, ее коэффициент шума.
Предприятие ООО «НПП Антэкс» заказывает F-разъемы по собственным чертежам, и они несколько лучше обычных, но имеют недостаток - могут использоваться только с китайским SAT-703 (а точнее с кабелем, имеющим центральный проводник диаметром 1,03 мм). Кабели с более толстым центральным проводником необходимо подтачивать, с более тонким проводником могут иметь ненадежный контакт с разъемом и требуют увеличения диаметра.

Адаптеры для подключения к модему

Адаптер предназначен для передачи сигнала от антенны или фидера к модему/роутеру. На сайте представлены два вида адаптеров — пигтейлы, предназначенные для модемов с контактами для подключения внешней антенны и в виде «коробочки» АХ-3000, предназначенные для подключения модемов без гнезд для антенны.

Адаптеры АХ-2000 и АХ-3000 имеют потери от 1 до 5 дБ в зависимости от моделей модема и его внутреннего расположения антенн. Первоначально эти адаптеры предназначались для таких модемов как Huawei e371, E150, и др. 3G модемов без разъема. Модемы с двумя антеннами на борту (с двумя гнездами) не рекомендуется использовать с такими адаптерами.

Заключение

В статье детально рассмотрены вопросы выбора конкретных моделей оборудования, представленного на сайте Антэкс, для приема 3G /4G -сигналов, начиная с антенн и заканчивая выбором адаптера для модема/роутера. Проведен анализ достоинств и недостатков различных вариантов выбора, даны рекомендации с точки зрения двух критериев:

(1) достижение лучшего качества интернета (скорости приема/передачи) при разумных ограничениях на общую стоимость,

(2) получение приемлемого качества приема при наименьших затратах на создание подключения, т. е. на оборудование.

В Приложении приведен пример такого выбора.

Приложение — пример выбора комплекта оборудования

Исходные данные

Предположим, что мы определились с основными параметрами для выбора конкретной модели антенны — по нашим расчетам мы хотим принимать сигнал 4G на максимально возможной скорости, нам известен необходимый коэффициент усиления антенны, направление на БС, расстояние до БС, высота установки антенны. Пусть будет — требуемый КУ не менее 13 дБи, частота 4GLTE =2600 МГц. Нам нужно подключить интернет на 1-м этаже двухэтажного дома (дача, используемая в летние месяцы постоянно и 1-2 раза в месяц в холодное время года), антенну планируем установить на фасаде дома на высоте примерно 8 м. Нужно подключить несколько устройств, поэтому выбираем схему подключения с роутером, который можно установить в комнате 2-го этажа в непосредственной близости от антенного ввода, при этом длина кабеля не превышает 4 метров.

Выбор антенны

Согласно исходным данным, широкополосная антенна нам не нужна. Открываем , где представлены антенны для LTE 2600.

Отказываемся от всенаправленной антенны, т.к. она не обеспечивает нужный КУ. Комнатную антенну также вычеркиваем, т. к. нам некуда ее поставить внутри помещения.

Поскольку мы используем 4G , то целесообразно выбрать антенну с MIMO 2x 2. Таких антенн представлено 9 моделей. Антенны типа Яги можно подключить по схеме MIMO с помощью специального кронштейна , при этом используется две одинаковых антенны. Поскольку мы планируем установить антенну на фасаде, то Яги будет существенно выступать из под крыши дома, весной-осенью или в оттепель на эту антенну польются ручьи с крыши и ее будет заливать, возможно ее обледенение. Поэтому мы ее также исключим из рассмотрения.

Из-за неудобства обслуживания в условиях дачи исключаем из рассмотрения антенны с боксом. Остается для выбора 7 моделей антенн.

Модель антенны	Коэффициент усиления (дБи)	Входное сопротивление	Скорость передачи данных (Мбит/сек)	Стоимость (руб)	Примечание
Оценим потери при выборе двух наиболее популярных марок кабеля на частоте 2600 МГц. Марка кабеля Потери на 4 м (дБ) Доп. материалы Стоимость (руб) 5 D-FB SAT-703 Гофра, муфты и пр. (примерно 300р.) 2х4х25+300=500 Как видим, экономия на фидере при выборе SAT -703 составляет примерно 300 руб при практически одинаковых потерях. Небольшие потери (около 1дБ) могут возникнуть на модеме при выборе 75-омного кабеля. Для выбора окончательного варианта сведем наши результаты в таблицу: Итак, мы выбрали три варианта антенны и фидера, которые обладают практически одинаковыми качественными характеристиками с точки зрения усиления и потерь, но дают разброс по стоимости в 1200 руб. Оптимальным выбором с точки зрения цены можно считать вариант 1 — облучатель 75 Ом с тарелкой 0.55 Супрал и кабелем SAT -703. Отметим, что настройка антенны с облучателем будет не сложнее настройки панельной антенны, т. к. при диаметре тарелки 0.55 м ширина диаграммы направленности составляет 13 градусов, что позволяет навести антенну на БС даже неопытному настройщику. С уважением, ваш dmitryvv. Коэффициент стоячей волны (КСВ) , это коэффициент показывающий какая доля мощности полезного сигнала отразилась в линии передачи от некой нагрузки(антенны, модема, переходника, разъема, пигтейла и т.д.). Высокочастотнаяэнергияперемещается по линии не так как постоянный ток, она может отражаться от нагрузки, если нагрузка или кабель имеют разное сопротивление. КСВ показывает качество передачи энергии из приемника в антенну и обратно, чем меньше КСВ тем лучше согласована радиостанция с фидером и антенной. КСВ не может быть меньше 1. В области связи обычно считается что если значение КСВ=2 - удовлетворительное, КСВ<1,5 - хорошее, КСВ<1.2 - отличное.

Термин «Диэлектрик» применяется к любому материалу, который не является проводником электричества: изолятор. Сухой воздух на уровне моря имеет диэлектрическую проницаемость равную 1, все другие изолирующие среды имеют диэлектрическую проницаемость больше 1. Кабели, использующие твердый винил или вспененный диэлектрик, изолирующий разделяющий материал в виде сплошного или спирально насеченного тефлона, как в современной конструкции кабеля, могут иметь диэлектрические постоянные вплоть до величин, в несколько раз превышающих величину диэлектрической постоянной сухого воздуха на уровне моря. Сухой азот, инертный газ, отфильтрованный через «влагопоглотитель» для полного удаления влаги, хранящийся при давлении, немного превышающем давление воздуха на уровне моря, широко используется в герметичных цельных кабелях с целью обеспечения того, чтобы изменения атмосферного давления и относительной влажности не привели к изменению сопротивления кабеля.

При работе с высокими мощностями и в области более высоких частот используются кабели большего диаметра, имеющие меньшие потери при заданных длинах. Потери кабеля обычно измеряются в децибелах, дБ, на 100 футов в наиболее распространенных для наземной мобильной связи частотных диапазонах. Гибкие кабели, изготовленные в соответствии с действующими в течение долгого времени стандартами RG-58 и RG-59, были заменены в большей части, если не во всех, коммерческих системах покрытыми серебром проводниками с двойной защитной оболочкой и тефлоновыми изоляционными материалами или специальными типами вспененных диэлектриков для уменьшения потерь и существенного усовершенствования кабеля с точки зрения защитной оболочки. В полугибких кабелях с цельными проводниками или жестких кабелях с цельными проводниками используются керамические изоляционные материалы или спиралевидные, центрирующие внутренний проводник опорные конструкции из тефлона с сухой азотной герметизацией вдоль них для уменьшения потерь. Такие типы кабеля находят применение в приложениях с повышенными мощностями и при повышенных частотах.

Большая часть систем распределения CATV и СCTV стандартизованы при сопротивлении 72 Ω много лет назад и такое системное сопротивление продолжает использоваться в настоящее время в этой промышленности. При возникновении специальных системных требований, таких как при использовании кабелей в качестве линейных преобразователей, могут использоваться кабели с сопротивлением 75, 93 Ω и с другими специальными величинами сопротивлений. Эти типы доступны от нескольких производителей кабеля. При проектировании кабельных сетей используются характерные длины таких кабелей, такие, чтобы сопротивления секций были согласованы с приборами и электрическими цепями, с которыми в противном случае они были бы рассогласованы.

Реализм согласования сопротивлений

Часто предполагается, что в системе, в которой все элементы имеют сопротивление 50 Ω, можно использовать любую длину 50-омного кабеля, и «совершенное согласование» будет в результате иметь место.Это справедливо только, когда все элементы системы имеют чисто резистивные 50 Ω характеристики, не проявляя ни индуктивного, ни емкостного реактивного сопротивлений.

ПОЖАЛУЙСТА, прочтите еще раз предыдущую главу

При практическом применении радиочастотных приборов наличие даже сравнительно небольших эффектов индуктивности или емкости может привести к понижению эффективности в целом, когда два или более прибора соединены кабелями. Для согласования кабелей необходимо рассчитать реактивную компоненту, чтобы достичь самой высокой возможной производительности. Для полного понимания того, что имеется в виду, давайте посмотрим на природу усилителей, прежде чем обращаться к вопросу о сопротивлениях линий передачи и антенн.

Анатомия задающих генераторов

Наиболее современная частотная генерация выполняется посредством электронного синтеза. Гибкость и простота, с которой сегодняшние много-канальные передатчики и приемники программируются и работают, стала возможной посредством современной технологии синтезатора «твердого тела» .

Аспекты проектирования синтезаторов – это вопрос в себе. Современные задающие генераторы на основе твердого тела будет задавать высоко стабильный частотный канал, как запрограммировано, при низком уровне мощности, используя сложный синтез частот для точного установления требуемых частот канала. Обычно применяют модуляцию выборочных носителей как часть функции синтезатора. В результате последовательных этапов этот сигнал усиливается до уровня мощности, приемлемого для усилителя мощности (У.М.). Этот У.М. может иметь две или более ступеней, чтобы получить на выходе требуемый уровень мощности.

В задающем генераторе выявляются различные меж- ступенчатые сопротивления, в соответствие с выбором проектировщика и доступностью активных компонент сети. Обычная практика состоит в проектировании выходного сопротивления задающего генератора, равном 50Ω при некотором заданном уровне мощности, таком как 3,5 или 10 ватт. При этом различные формы или типы У.М. используются, с наибольшей вероятностью, в предположении, что входное сопротивление усилителя будет для выхода усилителя таким же, как создаваемой «нагрузкой» сопротивление. Важно, чтобы соблюдалось адекватное согласование сопротивлений, так как задающий генератор является фактически передатчиком с низкой мощностью. Он будет передавать мощность на вход У.М. наиболее эффективно, только когда его выходное сопротивление согласовано с входным сопротивлением У.М.

Довольно часто возникают ситуации, когда задающий генератор, который может доставить требуемую мощность на У.М., выходит из строя и генерирует ложные выходные частоты или прекращает работать, когда входное сопротивление У.М. значительно отличается от пятидесяти ом, или когда между выходом задающего генератора и входом У.М. используется рассогласованный кабель. Когда задающий генератор нормирован на, скажем, 5 ватт мощности на выходе и использует выход класса «В» или «С» наряду с настройкой «выходного уровня» на некоторых предыдущих стадиях, часто эффективное сопротивление может изменяться в широком диапазоне, так как выходная мощность задающего генератора изменяется в пределах доступного настройке диапазона мощности.

Этот факт часто наблюдают многие специалисты, при ошибочном предположении, что выходное сопротивление задающего генератора постоянно, независимо от генерируемой мощности.

Типичные усилители на твердом теле.

В течение многих лет твердотельные усилители были основаны единственно на технологии мощных транзисторов, однако сейчас промышленность все больше производит и использует усиливающие приборы Power FET. Мы, однако, можем ожидать, что использование усилителей с би-полярными мощными транзисторами будет продолжаться в течение еще нескольких лет, так как большинство приборов с такими компонентами были спроектированы для непосредственной работы от 12,6 (номинал) транспортабельных источников мощности (VDC), в то время как приборы FET, работающие на уровне мощности 25 ватт или выше, обычно требуют более высоких рабочих напряжений, усложняя требования к энергоснабжению, особенно в транспортных применениях.

Радиочастотные мощные транзисторы, как выяснилось, включают приборы, генерирующие мощность в диапазоне от величины, ниже 1 ватта до 60 ватт и более, а приборы FET уже сейчас способны работать с мощностями до 250 ватт на выходе. Традиционным в транзисторных усилителях мощности является использование одной ступени с достаточным усилением мощности, чтобы запустить два или четыре «двухтактных, параллельных» прибора, питаемых гибридными делителями , подключенным к их входам, и ре-комбинировать выходы, используя гибридные приборы.

В спутниковом телевидении используется кабель с волновым сопротивлением равным 75 Ом. Для передачи принятого сигнала от конвертора до приёмника нужен специальный провод, иначе говоря коаксиальный кабель 75 Ом . В центре него располагается проводник, который окружён экраном из переплетённых между собой тонких проволочек. Кабель типа «RG-6» наиболее часто используют в индивидуальных системах спутникового телевидения.

При выборе коаксиального кабеля необходимо обратить особое внимание на степень затухания сигнала в кабеле, так как в некачественно сделанных кабелях происходит более узкое затухание сигнала в 20-30 метрах. Хорошо зарекомендовали себя кабели следующих моделей: «SAT-703», «SAT-50», «CAVEL», «TFC».

На рынках встречаются подделки, поэтому стоит обратить внимание на центральную жилу кабеля, которая должна быть медной, но в настоящее время в целях удешевления используют стальной провод, покрытый тонким слоем меди. Это можно определить, если его свернуть в кольцо диаметром 4-7 сантиметров, то кабель из медной проволоки при отпускании будет раскручиваться в исходное положение.

На хорошем коаксиальном кабеле оплётка должна быть плотной без просветов и трещин. Для хорошей экранировки оплётка должна быть из меди.

Если кабель предстоит прокладывать в местах, не защищённых от влаги, солнечных лучей и холодов, то толщина пластиковой оболочки кабеля должна соответствовать этим факторам. В некачественно сделанном кабеле оболочка при низких температурах и при воздействии осадков покрывается трещинами, через которые в кабель попадает влага, из-за чего возникают короткие замыкания, тем самым может произойти поломка спутникового приёмника.

Строение коаксиального кабеля 75 Ом

1-внутри кабеля находится проводник в виде спирали или одиночного провода (может быть многожильным или выполненным в виде трубки). Материал – медь, сплав из меди или алюминия, омеднённого алюминия, омеднённой стали, медь посеребрённая и др.

2- изоляция, обеспечивающая соосность расположения внутреннего и внешнего проводников, выполненная в виде сплошного или полувоздушного диэлектрического заполнителя (сплошной фторопласт, вспененный полиэтилен, простой полиэтилен, фторопластовая лента и др.)

3-экран или внешний проводник выполнен в виде оплётки, фольги, покрытой тонким слоем алюминия плёнки или гофрированной трубки, повива металлических лент (меди или алюминиевого сплава).

4-изоляционная оболочка, сделанная из светостабилизированного материала (поливинилхлорид, полиэтилен, повив фторопластовой ленты или другой изоляционный материал), защищающая кабель от внешних воздействий (устойчивость к ультрафиолетовому излучению).

Область применения коаксиального кабеля.

Применяется кабель 75 Ом для передачи высокочастотного сигнала в многочисленных областях техники (основное его предназначение): сети вещания, в системах связи, антенно-фидерные системы в радиотехнике, системы связи, научноисследовательские и производственные технические системы и АСУ (автоматизированная система управления), комплексы дистанционного управления, контроля и измерения, системы сигнализации и автоматики, видеонаблюдение и объективный контроль, для осуществления каналов связи различных радиоэлектронных устройств (морские суда, авиация, грузоперевозки), в областях специального применения, в бытовой технике, каналы связи, военная техника.

Также отдельные отрезки кабеля можно использовать в формирователях импульса, в фильтрах, четвертьволновые трансформаторы, устройства для симметрирования и согласования, кабельные линии задержки.

В некоторых волновое сопротивление не нормируется. Такие коаксиальные кабели 75 Ом служат для передачи низкочастотных сигналов или для работы с постоянным током высокого напряжения (в качестве экрана выступает оплётка).

Основные классы кабеля 75 Ом.

По сфере назначения – в системах кабельного телевидения, в космической технике, авиационная техника, в системах связи, в бытовой и любительской технике, прокладка компьютерных сетей.

По волновому сопротивлению – стандартные значения по российским и международным стандартам. Самый распространённый тип кабеля на 50 Ом. Применяется в различных областях радиоэлектронной техники. Передача радиосигнала по такому проводу происходит с минимальными потерями в самом кабеле и близкими по значениям электрической прочности и мощности.

Не менее популярен кабель 75 Ом . В России преимущественно применяется со сплошным диэлектриком в видео или телевизионной технике (кабельное и спутниковое телевидение). В странах США используется с вспененным диэлектриком при прокладке кабельных телевизионных сетей. Кабель 100 Ом – применяется редко, для специальных целях или в импульсной технике (на 150 Ом международными стандартами не предусмотрен). Кабель на 200 Ом применяется очень редко и международным стандартом не предусмотрен.

По диаметру изоляции – субминиатюрные (до 1 мм), миниатюрные (1,5-2,95 мм), среднегабаритные (3,7-11,5 мм), крупногабаритные (более 11,5 мм).

По степени экранирования – со сплошным экраном (экран из металлической трубки, экран из лужёной оплётки), с обычным экраном (с однослойной оплёткой, с двойной или многослойной оплёткой и с дополнительными экранирующими слоями), излучающие кабели (имеют намеренно низкую и контролируемую степень экранировки).

По гибкости материала – гибкие, особогибкие, жёсткие, полужёсткие.

Основные категории.

Наиболее распространённые категории кабеля по шкале Radio Guide:

·RG-11 и RG-8 - «толстый Ethernet» (Thicknet), 75 Ом и 50 Ом соответственно. Стандарт 10BASE-5;

·RG-58 - «тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт10BASE-2;

·RG-58/U - сплошной центральный проводник,

·RG-58A/U - многожильный центральный проводник,

·RG-58C/U - используется в военной технике;

RG-59 - телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);

RG-6 - телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель данной категории (RG-6) имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;

RG-11- магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Такой тип кабеля предоставляет возможность использовать его даже на расстояниях около 550-650 м. Внешняя изоляция укреплена настолько, что позволяет без проблем использовать этот кабель в агрессивных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами;