Как выбрать кабель для 3G/4G антенн и усилителей сигнала?

Выбор кабеля для 3G/4G антенны усиления сигнала вопрос достаточно не простой, ведь от правильности настройки всей антенно-фидерной системы зависит качество приёма сигнала и соответственно скорость беспроводного интернета в вашем загородном доме, на даче, на производстве и т.п. Особенно это касается тех случаев, когда в месте использования антенны слабый сигнал мобильного оператора, до базовой станции далеко, и между ней и вами есть преграды в виде леса, холмов, зданий и т.п, когда нужно использовать кабель достаточно большой длинны чтобы установить антенну максимально высоко. В таких случаях сохранение каждого децибела очень важно. И выбор правильного, качественного антенного кабеля позволит минимизировать потери сигнала и сделать скорость интернета максимально возможной.

Немного теории

Так исторически сложилось, что все приёмное оборудование (телевизоры, антенны телевизионных спутниковых систем, радиоприёмники и т.п.) согласуются на волновое сопротивление 75 Ом, а все приёмо-передающее оборудование (антенны мобильной связи, усилители сигнала, приёмо-передающие радиостанции, антенны сотовой связи, конечное оборудование для работы в сотовых сетях - модемы, роутеры, репитеры и т.п.) настроены на волновое сопротивление 50 Ом. Телевизионные системы в этой статье мы рассматривать не будем. В ней речь пойдет только об оборудовании для работы в сотовых сетях.

Исходя из теоретических понятий идеальными условиями эксплуатации будет тот вариант, когда вся антенно фидерная система, подключенная к конечному абонентскому оборудованию согласована на волновое сопротивление 50 Ом. Ведь мы знаем, что 4G модем, WiFi роутер или репитер с завода согласуются именно на этот импенданс. Поэтому в идеале, если антенна, антенный кабель, все переходники, которые используются для соединения антенны, кабеля и устройства будут иметь волновое сопротивление (импенданс) 50 Ом. 

Волновое сопротивление

Прежде чем двигаться дальше, давайте поясним, что не каждая высокочастотная система или компонент рассчитаны на сопротивление 50 Ом. Могут быть и другие значения, например 75 Ом. Характеристическое сопротивление коаксиального кабеля пропорционально натуральному логарифму отношения внешнего диаметра (D2) к внутреннему диаметру (D1).

Поперечное сечение коаксиального кабеля

Простыми словами, волновое сопротивление определяется соотношением внешнего диаметра кабеля к диаметру центрального проводника. Чем болше соотношение - тем больше волновое сопротивление. У кабелей с импендансом 50 Ом центральная жила как правило толще чем у кабелей на 75 Ом, а сам кабель на 75 Ом несколько толще аналогичного по характеристикам кабеля на 50 Ом. Ну и дальше что, спросите вы? 

А дальше - больше. В фидерной системе (нашем кабеле, который идет от антенны к модему или роутеру) возникает стоячая волна, которая измеряется коэффициентом стоячей волны (КСВ).  Коэффициент стоячей волны (КСВ) характерезует степень согласования антенны и фидера (кабеля). 

Стоячая волна образуется в волноводе в результате сложения падающей волны и отраженной от нагрузки на конце волновода. В следствие такого сложения в волноводе образуются статические максимумы и минимумы напряженности поля, т.е. сложение мощностей отраженного и падающего сигнала образует неравномерное распределение напряженности поля по всей длине волновода (кабеля). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается к антенне. Эта отраженная энергия ухудшает работу всей системы. 

Простыми словами, установленная на крыше приёмо-передающая антенна, которая ловит сигнал и передает его через кабель на модем, роутер или репитер передает его в виде колебаний (волн). При передаче высокочастотного сигнала возникают так называемые падающие и отраженные волны.  Сложение мощностей колебаний отраженного и падающего сигнала образует неравномерное распределение напряженности поля по всей длине волновода (кабеля) и часть полученного от антенны сигнала не передается на модем, а возвращается в антенну. Чем меньше КСВ - тем лучше, тем более мощный сигнал попадает на конечное устройство и тем меньше сигнала теряется. Чем КСВ больше - тем хуже, т.к. больше энергии теряется в кабеле и не передается на конечное приёмо-передающее устройство. 

Если в подобной системе используется антенна, настроенная на импенданс 50 Ом, на которой стоит разъем для подключения кабеля на 75 Ом, к которому подключен кабель сопротивлением 75 Ом, который с помощью переходника на 50 Ом подключен например к роутеру, где установлен разъем на 50 Ом - то на лицо рассогласование системы, которое влечет за собой увеличение КСВ и потери получаемого от антенны сигнала на переходниках и кабеле.

В итоге, можно выделить следующее:

  • Кабели сопротивлением 50 Ом передают более мощный сигнал, чем аналоги на 75 Ом
  • Кабели на 75 Ом отличаются меньшими потерями на длинне, но отличаютсяся большими потерями в мощности сигнала чем 50-омные аналоги
  • Чем меньше КСВ - тем меньше потерь мощности сигнала
  • Идеальный КСВ = 1-1,2, хороший КСВ - 1,3-2, приемлемый КСВ 2-3. КСВ выше 3 - это плохо.
  • При использовании в антенно-фидерной системе кабелей и переходников с разным импендансом (например 50 Ом и 75 Ом) в результате рассогласования увеличивается КСВ и теряется мощность передаваемого от антенны к конечному абонентскому устройству сигнала.

Угасание сигнала

Как известно из уроков физики даже из школьной программы, разные материалы имеют разную токопроводимость. Это обусловлено их физическими свойствами. Так медь имеет большие значения токопроводимости и меньшие показатели угасания сигнала чем например сталь. В современных кабельных системах для передачи сигнала также используются различные мартериалы, такие как медь, сталь, биметалл (омедненная сталь) и т.д. Самые дорогие кабели имеют медные центральные жилы и медную оплетку, что позволяет минимизировать потери сигнала на большой длинне кабеля, ведь чем длиннее кабель, тем больше будет теряться мощность сигнала на его конце. Также можно встретить кабели с так называемым биметаллом - когда стальную центральную жилу покрывают медным напылением. То же самое и с оплеткой. Как известно, ток передается по поверхности металла и такой вариант, как биметалл выглядит вполне приемлемо. Бывают кабеля со стальными центральными жилами и стальной оплеткой. По ним также передается сигнал, но уже с большими потерями чем в медном кабеле. 

Также нужно заметить, что чем толще центральная жила (или несколько) в кабеле, тем больше площадь прохождения колебаний тока и тем меньше потерь. Поэтому при выборе кабеля нужно обращать внимание как на материал центральной жили и оплетки, так и на их физическую толщину. И по этому параметру кабели сопротивлением 50 Ом вариант более выиграшный.

Разъемы и переходники

В идеале для лучшего согласования во всей системе должны использоваться переходники и разъемы согласованные на частоту 50 Ом. Но на практике и в антеннах и в коаксиальных кабелях чаще всего используются высокочастотные разъемы сопротивлением 75 Ом. Это вызвано только одним фактором - ценой. F-разъемы (сопротивление 75 Ом) гораздо дешевле своих 50-омных аналогов. Причем разница в цене составляет несколько раз (а порой даже несколько десятков раз). Так стоимость F-разъема может колебаться от 1,5 грн в опте до 3 грн в рознице, а разъем например N-типа стоит уже порядка 40-50 грн в опте и около 70 грн в рознице. Поэтому только для экономии средств и снижения цены на антенну подавляющее большинство отечественных (и зарубежных) производителей используют в своих антеннах более дешовые F-разъемы. Отсюда и установленные разъемы типа F на коаксиальных кабелях и антенных переходниках (адаптерах). Это конечно же влечет за собой рассогласование антенной системы и несколько бОльшие потери сигнала, чем в идеале. 

Что на практике?

Для того, чтобы понять, что происходит на практике, мы обратились к специалистам радиотехнического факультета Киевского Политехнического института, у которых имеется соответствующее оборудование для измерения частотных характерисик кабелей и другого радиооборудования, затухания сигнала и прочих показателей, которые могут влиять на качество сигнала. Для чистоты эксперимента мы протестировали антенные кабеля RG-58, RG-8, 5D-FB (волновым сопротивлением 50 Ом) и RG-11, RG-6, FinMark 690BVcu-WB (волновым сопротивлением 75 Ом). Для тестов была выбрана самая популярная длинна кабеля 10 метров. Тестирование проводилось на частоте 1800 МГц, которая на данный момент является наиболее распространенной для ретрансляции высокочастотных сигналов операторов мобильной связи в Украине.

В результате тестирования мы получили следующие результаты угасания сигнала:

Марка кабеля Затухание сигнала
Волновое сопротивление 50 Ом
RG-58 4,5 Дб
5D-FB 3,2 Дб
RG-8 2,3 Дб
Волновое сопротивление 75 Ом
RG-11 3,2 Дб
RG-6 2,7 Дб
FinMark 690BVcu-WB 3,9 Дб

После этого мы замеряли показатели скорости интернета с антенной R-Net Панель-17 усилением 17 Дб (без поддержки технологии MIMO). Тесты были произведены в Обуховском районе Киевской области  на расстоянии около 8 км от базовой станции оператора Киевстар в зоне действия сети LTE-1800 МГц. Антенна устанавливалась на втором этаже здания, на высоте чуть больше 5 метров от земли. 

Скорость интернета без антенны на устройстве Huawei B311-221 составила в среднем 11 Мбит/сек на загрузку и около 8 Мбит/сек на отправку данных при уровне сигнала -105 dB.

Подключив антенну, направив ее на базовую станцию и поймав наилучший сигнал мы получили следующие результаты:

Тип кабеля Уровень сигнала Входящая скорость Исходящая скорость
RG-58 (50 Ом) -93 dB 26 Мбит/сек 12 Мбит/сек
5D-FB (50 Ом) -89 dB 27 Мбит/сек 13 Мбит/сек
RG-8 (50 Ом) -85 dB 30 Мбит/сек 15 Мбит/сек
RG-11 (75 Ом) -90 dB 26 Мбит/сек 9 Мбит/сек
RG-6 (75 Ом) -86 dB 28 Мбит/сек 10 Мбит/сек
FinMark 690BVcu (75 Ом) -88 dB 28 Мбит/сек 9 Мбит/сек

Из представленных результатов можно сделать вывод, что кабели сопротивлением 50 Ом и 75 Ом работают. И работают примерно одинаково. Особая разница ощущается только в кабелях с толстыми центральными жилами (RG-6 и RG-8), где меньшие потери сигнала и меньше КСВ.

Также можно сделать вывод, что система, где используется кабель волновым сопротивлением 50 Ом позволяет отправлять данные от абонентского устройства к базовой станции на скорости несколько более высокой, чем на аналогичных кабелях сопротивлением 75 Ом.

Выводы

Не смотря на то, что теория говорит о том, что в системах мобильной связи следует использовать только коаксиальный кабель, высокочастотные разъемы и переходники волновым сопротивлением 50 Ом на практике выяснилось, что системы с кабелем сопротивлением 75 Ом работают и не на много хуже. Их также можно использовать в антенно-фидерных системах для усиления сигнала сотовых операторов. Потери сигнала и скорости передачи данных на таких кабелях немного больше, чем на 50-омных, но они не на столько критичны, чтобы вовсе от них отказаться. 

Из проведенных тестов и замеров можно сделать такие выводы:

  • Сигнал лучше передается по кабелю с медной либо омедненной центральной жилой, чем в стальной
  • Медная оплетка позволяет терять меньше сигнала, чем стальная
  • Плотность оплетки, а также материал диэлектрика имеют значение. Чем плотнее оплетка - тем меньше потерь. Вспененный диэлектрик лучше, чем полиэтиленовый.
  • Материал внешней изоляции имеет значения только для использования снаружи помещений (на улице). Чем он плотнее и более качественный - тем более долговечный кабель и он меньше подвержен диструктивным воздействиям внешней среды.
  • В идеальной антенно-фидерной системе должны использоваться только кабели, разъемы и переходники волновым сопротивлением 50 Ом
  • Кабели с импендансом 50 Ом способны передавать более мощный сигнал
  • КСВ в кабеле 50 Ом несколько меньше, чем в кабеле 75 Ом
  • На кабеле сопротивлением 50 Ом немного меньше потери сигнала чем в аналогичном на 75 Ом, а также выше КСВ, но это не на столько критично чтобы пренебрегать ценой.
  • Кабель сопротивлением 50 Ом несколько дороже аналогов на 75 Ом.
  • При одинаковых условиях использования скорость входящего канала с использованием кабелей на 50 Ом и 75 Ом практически сопоставима, зато скорость исходящего канала при использовании кабеля на 50 Ом выше на 10-30% своего 75-омного аналога.

Комментарии

Конечно, чисто теоретически нужно конечно же использовать кабели и разъемы на 50 Ом с разъемами N-type или SMA как пишет уважаемый Yurii, но....
Если бы с использованием 75-омных разъемов или кабелей ничего не работало или взрывалось, то можно было бы быть долбанным скептиком. А так все работает. У меня без антенны скорость на Киевстаре 20 с хвостиком мегабит. С винницкой антенной на 24 Дб (панель) скорость выросла до 50 мегабит. Причем я купил только антенну, а кабель у меня дома валялся. Телевизионный, 75-омный. Подключил и вот такой результат. было 25, стало 50. При всем уважении к скептикам и умникам-теоретикам. Может быть, если взять хороший тольстый 50-омный кабель, разъемы N или SMA и чтоб в антенне был не F, а тоже хороший 50-омный разъем скорость и будет больше. Но на сколько? Вырастит до 200 Мбит? Вряд ли. Ну может будет 60 или 70. Но накой за этот кабель такие деньги платить? из-за 10 мегабит? так у меня на моих 50-ти и телевизор нормально работает, и ютуб, и все остальное. Как то так....
Для тестування 50 Ом кабелів потрібна 50 Ом антена з виходом N-type або SMA.
Чіпляти на вінницьку антени "Квадрат" (піратський клон Antex Petra BB 75) кабель на 50 Ом завідомо недоцільно, бо її виходи сумісні лише з телевізійним типом кабеля.
Порівняти різні кабелі, використовуючи для цього товари виробництва м. Вінниця не вийде, тому що Вінниця не планує виробляти товарів сумісних з 50 Ом (ні механічно, ні по імпедансу)
Спасибо, полезно было знать
Написать отзыв
Имя
E-mail
Отзыв
Рейтинг