Как выбрать mimo антенну правильно
[выбор, отзыв, дача] Антенна для 4G
Несмотря на то, что дача у нас близко к Москве — в Бутово, посёлок на картах покрытия всех трёх операторов обозначался белой дырой. Много лет меня это не беспокоило, но чем дальше, тем сложнее обойтись без интернета, ведь где ещё можно найти ответы на самые неожиданные вопросы, которые возникают в голове: ближайший работающий каток, программа телевидения, новые объявления по интересующей теме на avito и так далее.
С год назад в дачном посёлке появилась контора, которая предлагала интернет по оптическому кабелю. Стоимость подключения — 30.000 рублей, абонентская плата — 1.000 рублей в месяц без ограничения трафика. На вопрос про скорость интернета они ответили, что 100 Мбит (дополнительные вопросы, мол, это до вас 100, а дальше что? — задавал, отвечали, что дальше так же). Платить такую сумму, не получая взамен никакой материальной собственности (ну разве что оптический кабель по моему участку, но он не стоит столько), да и иметь дело с заведомыми обманщиками — в безлимитные 100 Мбит за 1.000 рублей в месяц в области я не верю — не захотел и стал исследовать вопрос беспроводного интернета.
Антенны делятся по способу передачи:
• обычная;
• MIMO (Multiple Input Multiple Output) — технология приёма-передачи сигнала системами из нескольких антенн, позволяющая увеличить полосу пропускания канала.
Антенны делятся по конструкции:
• направленная — обеспечивает большее усиление, но нужна настройка на базовую станцию с точностью до 7 градусов; из-за меньшей, чем у панельной, парусности возможно крепить на более слабую мачту;
• панельная — обеспечивает немного меньшее усиление, чем направленная, зато проще настраивается, так как допускается точность до 20 градусов по направлению к базовой станции;
• c параболическим рефлектором (тарелка, как для спутникового телевидения).
Антенны делятся по типу исполнения:
• просто антенна — от неё в дом идёт коаксиальный кабель RG-58;
Надо учитывать, любой антенный кабель имеет такой параметр, как затухание сигнала на единицу длины; в более качественных кабелях и переходниках потери сигнала меньше.
• со встроенным модемом — в дом идёт провод USB;
Согласно стандарту максимальная длина USB-кабеля (в экране) составляет 5 метров.
• со встроенным роутером (и модемом) — в дом идёт кабель Ethernet (RJ45), из дома идёт питание для роутера.
После установки антенны нужно найти базовую станцию выбранного опСоСа, сигнал с которой лучше всего. Для этого, поворачивая антенну на 360 градусов, смотрят изменение уровня сигнала. Проще всего это сделать, подсоединив антенну к модему, модем подключив к ПК (с ОС MS Windows) и запустив программу MDMA (Mobile Data Monitoring Application), которая показывает уровень сигнала. Ещё удобнее становится, если установить Entropiy — дополнение к MDMA, которое пока запущено постоянно произносит голосом цифру уровня сигнала.
Можно также воспользоваться сайтом карта и координаты базовых станций сотовых операторов МТС, Мегафон, Билайн и Скай Линк.
Раз уж покупать — так самое крутое: 4G MIMO направленная антенна с максимальным усилением. Роутер и модем выберу потом и установлю на чердаке, пока покупаю только антенну, модем одолжу у друга.
В 450mhz.ru (рекомендовать не буду — впечатление не очень, так как, во-первых, непонятки с частотным диапазоном антенны (см. ниже), и, во-вторых, никаких советов по выбору оборудования они принципиально не дают) купил за 4.500 рублей комплект из
• Антенна приёмо-передающая стационарная направленная 4G MIMO 1900-2700 МГц 22-24 дБ (когда распаковал, на самой антенне увидел наклейку с надписью «3G Yagi model Y326109 1920-2170 MHz» — стра-а-анно) — 2 штуки
• Кронштейн для MIMO антенны
• Кабельная сборка: N-male — FME-female; RG58; 5 метров — 2 штуки
• Переходник: CRC9 — FME — 2 штуки
Для проверки установил на кронштейн от телевизионной антенны (которую демонтировал) и зафиксировал в направлении, где MDMA показывал наибольшую силу сигнала.
Тогда у меня не было достаточно длинной лестницы, поэтому ещё нанимал таджиков (2.000 рублей) её установить.
Нифига эта антенна не дала, сигнал усилился максимум на 10 дБ, и итоговой его величины всё равно не хватало для уверенной работы. А ещё бывало, что ночью интернет работал, причём одинаково, что через антенну с модемом, что с телефона, а днём не работал ни так, ни так…
Как выбрать антенну 4G
На первый взгляд может показаться, что выбрать правильную внешнюю антенну 4g для системы усиления сотовой связи — сложная задача, которой должны заниматься профессиональные радиоинженеры. На самом деле, все гораздо проще. Достаточно разобраться в существующих видах антенн и основных сценариях, в которых они используются. В этой статье мы постараемся подробно рассказать, как выбрать внешнюю антенну для репитера, 3G/4G-модема или стационарного GSM-телефона.
Внешняя (выносная) антенна 4g — это составной элемент системы усиления сигнала, который используется для приема и передачи данных. Внешняя антенна устанавливается на крыше или фасаде здания и соединяется с приемником сигнала посредством высокочастотного кабеля.
Внешние антенны классифицируются в зависимости от особенностей их конструкции и направления приема и излучения радиосигнала.
Виды внешних антенн по конструкции
Направленные антенны («Волновой канал»)
Направленная антенна имеет узкую диаграмму направленности и предназначена для получения и передачи сигналов в одном направлении. От установки антенны зависит эффективность излучения и приема радиоволн. Антенны такого типа требуют особо точности настройки: выверенное наведение на базовую станцию обеспечивает максимальную эффективность действия антенны.
Направленную антенну такой конструкции часто называют лучевой, волновым каналом, «елочкой» или в честь изобретателя — антенной Яги-Уда.
Пример направленной антенны: BS-900-14
Панельные антенны
Панельные антенны — наиболее распространенный тип устройства приема-передачи радиосигнала. Являются разновидностью направленных антенн, однако имеют более широкую, чем волновой канал, диаграмму направленности. Таким образом, их проще настраивать: в большинстве случаев достаточно повернуть их в сторону базовой станции. Кроме того, такие антенны являются универсальными и широкополосными, они поддерживают большинство популярных стандартов сотовой связи, включая GSM, 3G и 4G.
Антенная решетка представляет собой набор расположенных диполей друг под другом в два столбца. Этот способ расположения называется горизонтальным разнесением, что позволяет достичь улучшения качества сигнала в направлении к базовой станции. В зависимости от поляризации диполи могут быть расположены вертикально, горизонтально, под наклоном 45° или Х-образно в обоих столбцах.
Для экономии места решетки объединяются в единый корпус в виде плоской панели, за что этот тип антенн и получил свое название.
Пример панельной антенны: ASTRA 3G/4G
Круговые всенаправленные антенны
Круговая всенаправленная антенна подходит для использования во всех распространенных стандартах передачи голоса и данных: GSM-900, GSM-1800, LTE1800, UMTS-2100 и LTE2600. Такие антенны не требуют точной установки в направлении базовой станции, поскольку, как уже было сказано, они являются всенаправленными. Плата за это — низкий коэффициент усиления, который лишь в некоторых случаях позволяет повысить уровень сигнала с неустойчивого до уверенного.
Пример всенаправленной антенны: FREGAT
Штыревые антенны
Штыревые антенны являются разновидностью круговых всенаправленных антенн. В основе этих устройств лежит несимметричная вибрационная система, выполненная в виде жесткого металлического стержня. Диаграмма направленности излучения и приема имеет круглую форму, что особенно удобно при организации связи между мобильными объектами (например, в автомобилях).
Они не требуют настройки и получают сигнал со всех направлений.
Секторные антенны
Секторные антенны используются при развертывании базовых станций с обширной абонентской базой и спроектированы специально для операторских вышек с секторной организацией. Они построены по схеме фазированной антенной решетки и формируют сектор 60°.
Секторные антенны замкнуты по постоянному току, потому их можно использовать в тяжелых климатических условиях без дополнительных средств грозозащиты.
Пример секторной антенны: BS-900-13
Параболические антенны
Этот тип антенн используется при большой удаленности от вышки оператора (свыше 20 км). Процесс установки и настройки довольно трудоемок, потому они используются не так часто. В зависимости от конструкции различают прямофокусные и офсетные параболические антенны.
Пример параболической антенны: PRISMA 3G/4G
Несколько советов по выбору антенн
Как выбрать внешнюю антенну, подходящую под ваш случай? Пользуйтесь несколькими простыми правилами:
Советы по выбору усилителя сигнала сотовой связи 2G/3G/4G/5G
Статья о вариантах усиления сигнала сотовой связи на различных объектах: дача, офис, склад. так же краткий обзор популярных предложений на рынке.
Существует два основных варианта усиления сотовой связи:
Первый вариант для усиления интернета 3G/4G/5G, не усиливает голосовую связь в обычном для нас формате (но можно пользоваться звонками через мессенджеры: WhatsApp, Viber, Skype, Telegram).
Второй вариант универсальный – усиливает интернет и голосовую связь, но имеет ряд ограничений (о ограничениях ниже).
Усиление 3G/4G-интернета с помощью антенны, модема и Wi-Fi-роутера
Система состоит из двух узлов: антенна на улице и модем + Wi-Fi-роутер внутри помещения.
Внешняя антенна для 3G/4G модема/роутера
4G-модем, подключенный переходниками к уличной антенне и вставленный в Wi-Fi-роутер
Как это работает? Антенна направлена в сторону предполагаемой базовой станции сотового оператора. Дальше сигнал попадает на 4G-модем с роутером, который раздает интернет путем распространения Wi-Fi сигнала. Вариант популярен среди частных мастеров по установке дачного интернета. Дешево и работает!
Wi-Fi-роутер со встроенным 3G/4G-модемом
Если брать модем и роутер отдельно, то кабель, идущий от уличной антенны, попадает на модем через переходники с тонким кабелем и очень маленькие СВЧ-разъемы TS-9 или CRC-9. Во-первых, это достаточно ощутимые потери уровня и качества сигнала, во-вторых, механически не надежно. Например, протирая пыль, вы легко можете повредить разъем на модеме, и, как следствие, придется покупать новое устройство.
Решается это просто – достаточно изначально купить роутер с уже встроенным 4G-модемом. Например, на нашем рынке продается несколько моделей роутеров компании Huawei. Без рекламы: работают отлично и разъем у них надежней – SMA.
Huawei-роутер со встроенным 4G-модемом
Почему частные мастера предлагают модем и роутер по отдельности? Ответ простой: ценовая маржа больше.
Что такое MIMO-антенна и для чего она нужна
MIMO-антенна для интернета 3G/4G
MIMO-антенна – устройство, имеющее два параллельных коаксиальных кабеля, идущих до модема/роутера. Из практики это означает, что прирост скорости интернета на прием будет от 0 до 20%, а на отдачу – 50-100%. Нужно тем, кто пользуется видеосвязью или удаленным видеонаблюдением, т.е. активно использует исходящий канал интернета. В других случаях практической пользы нет.
Параболическая антенна и антенны с высоким коэффициентом усиления
Параболическая антенна имеет высокий коэффициент усиления – обычно от 25 дБ и более. Многие потребители при выборе антенны смотрят именно на этот параметр. Однако это ошибочно, объясню почему…
Параболическая 4G-антенна с высоким КУ
Во-первых, антенна с таким высоким КУ имеет крайне узкую диаграмму направленности, и отклонение направления на 1-2 градуса уже уменьшает КУ до значений 0-3 дБ! То есть о самостоятельной установке на крыше и тем более на мачте речь уже не идет.
Диаграмма антенны с КУ=16 дБ:
Диаграмма направленности панельной антенны с КУ=16 дБ
Видно, что при отклонении в 5-10 градусов КУ сильно не меняется, а при отклонении, например, в 25 градусов КУ антенны равен почти 2 дБ.
Диаграмма антенны с КУ=27 дБ:
Диаграмма направленности параболической антенны
Видно, что при отклонении в 2-3 градуса КУ равен практически нулю.
Во-вторых, антенны с узкой диаграммой направленности (т.е. с высоким КУ) плохо ловят отраженный и рассеянный сигнал, что ощутимо уменьшает такой параметр, как качество сигнала (отношение сигнал/шум). Например, лес достаточно сильно рассеивает сигнал.
Распространение сотового сигнала в пространстве
В роутерах и модемах качество сигнала обозначается как RSRQ и SINR. А интернет в первую очередь зависит именно от качества сигнала, а не от его мощности (RSRP или RSSI).
Конструкционные особенности и принцип действия MiMo-антенн для 3G и 4G-модемов
В современном мире доступ в Интернет стал неотъемлемой частью жизни. Однако в силу ряда причин, сотовые операторы не везде могут установить вышки связи, поэтому в некоторых отдаленных регионах качество сигнала оставляет желать лучшего. Помочь в решении вопроса может MIMO-антенна 4G, как покупная, так и изготовленная своими руками по инструкциям, приведенным в этой статье.
Прием и отправка информации в линиях беспроводной связи
В радиоканале полезная информация распространяется от передатчика к приемнику в виде электромагнитных волн. При этом основными параметрами сигнала, от которых напрямую зависит качество связи, будут:
Для того чтобы обеспечить хорошее качество связи недостаточно просто увеличить значение одного или всех сразу вышеописанных показателей. Это связано с тем, что существуют определенные нормативы по электромагнитной безопасности. Поэтому для повышения скорости передачи пакетов данных внутри линии беспроводной связи используют различные оптимизирующие подходы. Один из них – технология, в которой используются антенна MIMO 3G/4G LTE-диапазонов с резонаторами, имеющими между собой низкий коэффициент корреляции.
Важно! Корреляция в простейшем понимании — это степень связи между двумя рассматриваемыми величинами. Например, амплитуда локального радиосигнала будет коррелировать с количеством влаги в воздухе на его пути, а с уровнем воды в океане – нет.
Проходя через пространство, электромагнитная волна обязательно будет встречать на своем пути препятствия из различного материала, испытывая частичное или полное отражение и поглощение. При этом в канале начинают наблюдаться следующие эффекты:
Благодаря заложенным в математическую модель современным и эффективным методам обработки сигналов при использовании технологии MIMO можно без труда разделять полезную информацию и возникающие артефакты (в том числе и шумы).
Технология MIMO
Как уже было сказано выше, основными вопросами при приеме и передаче данных посредством радиоканала является обеспечение помехоустойчивости и высокого качества конечной обработки. Для этого сотовыми операторами применяется технология, в которой считается, что антенна 4G LTE MIMO — лучшая из имеющихся реализаций (Multiple Input Multiple Output). Ее суть заключается в том, что обмен информацией в виде электромагнитных волн осуществляется не одной парой приемо-передатчиков, а целым набором. При этом важно обеспечить низкий коэффициент корреляции между ними, а также двойную (так называемую 2х2) поляризацию.
Полезно! В простейшем случае поляризация волны – это такая характеристика, которая описывает поведение вектора амплитуды (включая его направление), может быть продольной, поперечной или круговой.
С математической точки зрения суть технологии 4G MIMO может быть раскрыта следующим образом. Пусть имеются N передающих и M приемных антенных устройств, тогда свойства каждого канала (зависимость от особенностей многолучевого распространения сигнала) можно описать путем задания нестационарного (меняющегося во времени) комплексного коэффициента hnm, который набором образуют так называемую канальную матрицу H. Тогда, если иметь волновой вектор полезных данных s и волновой вектор шумов n, то направление, из которого пришел принятый сигнал r можно выразить через простую формулу r = H*s + n.
Полезно! Волновой вектор – такая величина, которая определяет направление распространения волны.
Принцип работы MIMO 3G/4G-антенн
В большинстве случаев, поскольку преимущество отдается схеме с 2х2, антенна МИМО 4G – это просто два полосковых резонатора. Их единственной особенностью является расположение друг относительно друга, оно выполнено так, чтобы при помощи ортогональной поляризации (в вертикальной плоскости смещение составляет 45 градусов, а угол между плоскостями антенн – 90 градусов) произвести разделение каналов. Таким образом, при приеме двух сигналов разница в их коэффициентах усиления будет составлять до 20 дБ.
Конструкционные особенности MIMO-антенн
Помимо достаточно сложной теоретической части касательно принципа действия технологии MIMO, антенны, применяемые в ней, также имеют некоторые конструктивные особенности, которые имеют огромное значение при проведении грамотного монтажа:
Важно! Производить дополнительную герметизацию необходимо даже для покупных устройств, нелишним будет поместить в корпус гидрофильное вещество (сорбент силикагель в пакетиках) и выполнять его периодическую замену.
Панельная антенна
На сегодня этот тип антенн получил наибольшее распространение в коммерческой нише (считается, что это панельная антенна 4G – одна из лучших) и используется всеми сотовыми операторами для достижения оптимальной зоны покрытия в необходимой области. Конструктивно такие устройства состоят из двух матриц диполей (в простонародье – «патчей»), которые располагаются в вертикальные ряды и разносятся в пространстве путем помещения в разные корпуса (в пользовательском варианте приемного оборудования чаще в одном корпусе с четырьмя патчами на каждый сегмент).
Подключение производится разными коннекторами на два разных фидера, соответственно, к двум независимым входам излучателя/приемника. В соответствии с теоретической частью, изложенной выше, относительное положение плоскостей полосковых резонаторов может устанавливаться как 45 градусов по отношению к вектору вертикали, так и ортогонально друг к другу.
Применение панельных антенн для работы в сетях 4G
На сегодня рынок предлагает множество антенн, конструктивное исполнение которых значительно варьируется от таких параметров, как диаграмма направленности и рабочий частотный диапазон. Касательно первого: угол раскрытия основного лепестка варьируется в пределах от 30 до 90 градусов, для сотовых антенн — обычно от 60 до 75 градусов. Также вклад в направленность вносит угол наклона, который может быть как регулируемый как механическим путем (вертикальная плоскость), так и стационарным, установленный заводом-изготовителем (горизонтальная плоскость).
Второй параметр как раз определяет частотную селективность антенны (о чем упоминалось ранее) и для сетей 4G диапазон может быть самым разным (от 800 МГц и выше), некоторые сотовые вышки работают сразу на нескольких значениях, например, для LTE это могут быть линии 700 МГц, 800 МГц, 2600 МГц. Если необходимо включение 3G, дополнительно используется полоса 2100 МГц. Естественно, что это требует разделения как в плоскостях поляризации, так и пространственное, а также разных направленностей. Это неизбежно приведет к огромному видовому разнообразию устройств, что и можно наблюдать на рынке.
Установка антенн для модема своими руками
После того как сделан выбор, и антенна куплена, а также приобретены дополнительные коннекторы, ее необходимо установить. Настоятельно рекомендуется перед проведением работ сделать хотя бы примерный набросок (лучше чертеж в масштабе), на котором будут обозначены линии коаксиального кабеля, его длина, произведены расчеты потерь сигнала, показаны местоположения близлежащих вышек и возможных препятствий. Поиск сотовых излучателей и их характеристик можно произвести при помощи специальных мобильных приложений, а в качестве основы для карт использовать OpenStreetMap (http://openstreetmap.ru). После этого необходимо собрать нужный инструмент, материалы и произвести монтаж:
Важно! Существует еще метод непрямого крепления антенны к фасаду здания, а именно: с установкой короткой мачты. Он применяется тогда, когда устройство надо вынести выше, например, над коньком кровельной фермы. В этом случае на мачте также монтируется оборудование, и она хомутами пристегивается к стене.
Как сделать антенну самостоятельно
Итак, антенные решетки позволяют принимать и до нужного значения усиливать сигнал. При этом они делятся на три типа:
Последние наиболее простые в изготовлении и, по сути, все остальные антенны являются их продвинутыми модификациями. Для самостоятельного изготовления существует множество вариантов устройств, здесь будут рассмотрены несколько проверенных типов, зарекомендовавших себя.
Простая секторная антенна
В магазине можно найти устройство, представляющее собой фокусирующий рефлектор, на штанге которого нужно установить модем. Обычно такие модели стоят дорого, а изготовить их своими руками – задача не из самых сложных. Наилучшим материалом для отражателя станет крышка от старого корпуса ПК, из инструментов понадобятся только маркер (карандаш), ножницы по металлу, напильник и шкурка. Порядок действий такой:
Кстати, если требуется выполнить временный (комнатный) вариант, можно использовать любой подручный материал, начиная от фольгированного картона.
Панельная антенна
Чтобы изготовить такую уличную 4G MIMO-антенну, понадобится следующий набор материалов:
Внимание! Запомните, что дипольные пластины – то же самое, что и патчи!
В первую очередь, необходимо собрать патчи в сегмент. Для этого надо взять лист бумаги размером с рефлектор антенны, разложить на нем по чертежу патчи и спаять их между собой на медном соединителе.
В основной пластине отражателя необходимо произвести сверловку отверстия для коаксиального кабеля (волновое сопротивление 50 Ом). Приклеить пластины диэлектрика и к нему – сегмент из дипольных пластин, в результате должна получиться антенна, как показано на рисунке.
Центральную жилу кабеля надо припаять к медному пятаку, а экран – к рефлектору.
Кстати! Если сделать две таких антенны и разнести их в пространстве под углом 90 градусов друг к другу, получится полноценное устройство с селекцией по поляризации. Также можно экспериментировать с формой рефлектора, например, он может быть параболический.
Направленная антенна Харченко
В Глобальной сети касательно этого типа приемного устройства ведутся постоянные споры, однако это действительно рабочая модель. Единственным нюансом при ее изготовлении является то, что необходимо ознакомиться с некоторым теоретическим минимумом, а при практической реализации соблюдать высокую степень аккуратности. Порядок действий следующий:
Внимание! Расположение рамки относительно рефлектора (параллельно или перпендикулярно) будет влиять на то, как поляризована антенна, т. е. при сборке двух устройств будет получен полноценный MIMO-приемник.
Направленная MIMO-антенна от KREOSAN
Это нашумевшая конструкция, которая использует все преимущества двойной поляризации и претендует на звание лучшей 4G-антенны. Более того, она проста в настройке, поскольку регулировать ее нужно только в двух плоскостях. Существуют несколько моделей для MIMO 3G-сети и 4G-сети (для разных частот), но принцип изготовления одинаков. Для сборки антенны понадобятся:
После сборки антенна устанавливается на кронштейн, который можно смонтировать на мачте и остается только направить ее на ближайшую вышку сотового оператора. Кстати, касательно всех перечисленных выше антенн наиболее удобно как приемник использовать модем с уже имеющимися двумя разъемами Pigtail, а на коаксиальном кабеле — соответствующий переходник.
Заключение
Как видно, в элементарной теории антенн нет ничего сложного и разобравшись с основными понятиями можно с легкостью как выбрать необходимую антенну из числа предлагаемых на рынке, так и сконструировать или собрать ее самому. При этом следует помнить, что главная работа заключается не только в том, чтобы сделать антенну, ее еще необходимо правильно настроить. Для этого дополнительно рекомендуется ознакомиться с материалом по теме цифровой обработки сигналов, где обычно в самом начале разбирается теоретический минимум по существующим типам каналов связи и методам передачи информации в них.