Як вибрати кабель для 3G/4G антен та підсилювачів сигналу?

Вибір кабелю для 3G/4G антени посилення сигналу питання досить не просте, адже від правильності налаштування всієї антенно-фідерної системи залежить якість прийому сигналу і відповідно швидкість бездротового інтернету у вашому заміському будинку, на дачі, на виробництві тощо. Особливо це стосується тих випадків, коли в місці використання антени слабкий сигнал мобільного оператора, до базової станції далеко, і між нею і вами є перешкоди у вигляді лісу, пагорбів, будівель тощо, коли потрібно використовувати кабель досить великої довжини, щоб встановити антену. максимально високо. У таких випадках збереження кожного децибелу дуже важливо. І вибір правильного, якісного антенного кабелю дозволить мінімізувати втрати сигналу та зробити швидкість інтернету максимально можливою.

Трохи теорії

Так історично склалося, що все приймальне обладнання (телевізори, антени телевізійних супутникових систем, радіоприймачі і т.п.) узгоджуються на хвильовий опір 75 Ом, а все прийомо- передавальне обладнання (антени мобільного зв'язку, підсилювачі сигналу, приймально-передаючі радіостанції, антени стільникового зв'язку, кінцеве обладнання для роботи в стільникових мережах - модеми, роутери, репітери тощо) налаштовані на опір хвиля 50 Ом. Телевізійні системи у цій статті ми не розглядатимемо. У ній йтиметься лише про обладнання для роботи в стільникових мережах.

Виходячи з теоретичних понять ідеальними умовами експлуатації буде той варіант, коли вся антенна фідерна система, підключена до кінцевого абонентського обладнання, узгоджена на хвильовий опір 50 Ом. Адже ми знаємо, що 4G модем, WiFi роутер або репітер із заводу погоджуються саме на цей імпенданс. Тому в ідеалі, якщо антена, антенний кабель, всі перехідники, які використовуються для з'єднання антени, кабелю та пристрою будуть мати опір хвиля (імпенданс) 50 Ом.

Хвильовий опір

Перш ніж рухатися далі, давайте пояснимо, що не кожна високочастотна система або компонент розраховані на опір 50 Ом. Можуть бути інші значення, наприклад 75 Ом. Характеристичний опір коаксіального кабелю пропорційно до натурального логарифму відношення зовнішнього діаметра (D2) до внутрішнього діаметра (D1).

Простими словами, хвильовий опір визначається співвідношенням зовнішнього діаметра кабелю до діаметру центрального провідника. Чим більше співвідношення - тим більший хвильовий опір. У кабелів з імпендансом 50 Ом центральна жила зазвичай товщі ніж у кабелів на 75 Ом, а сам кабель на 75 Ом трохи товщі аналогічного за характеристиками кабелю на 50 Ом. Ну і далі що, спитаєте ви?

А далі - більше. У фідерній системі (нашому кабелі, що йде від антени до модему або роутера) виникає стояча хвиля, яка вимірюється коефіцієнтом стоячої хвилі (КСВ). Коефіцієнт стоячої хвилі (КСВ) характеризує ступінь узгодження антени та фідера (кабелю).

Стояча хвиля утворюється в хвилеводі в результаті складання падаючої хвилі і відбитої від навантаження на кінці хвилеводу. У результаті складання в хвилеводі утворюються статичні максимуми і мінімуми напруженості поля, тобто. додавання потужностей відбитого і падаючого сигналу утворює нерівномірний розподіл напруженості поля по всій довжині хвилеводу (кабелю). На практиці завжди частина енергії, що передається, відображається і повертається до антени. Ця відбита енергія погіршує роботу системи.

Простими словами, встановлена ​​на даху приймально-передавальна антена, яка ловить сигнал і передає його через кабель на модем , Роутер або репітер передає його у вигляді коливань (хвиль). При передачі високочастотного сигналу виникають звані падаючі і відбиті хвилі. Додавання потужностей коливань відбитого і падаючого сигналу утворює нерівномірний розподіл напруженості поля по всій довжині хвилеводу (кабелю) і частина отриманого від антени сигналу не передається на модем, а повертається в антену. Чим менше КСВ - тим краще, тим потужніший сигнал потрапляє на кінцевий пристрій і тим менше сигналу втрачається. Чим КСВ більше – тим гірше, т.к. більше енергії втрачається в кабелі і не передається на кінцеве приймально-передавальне пристрій.

Якщо в подібній системі використовується антена, налаштована на імпенданс 50 Ом, на якій стоїть роз'єм для підключення кабелю на 75 Ом, до якого підключений кабель опором 75 Ом, який за допомогою перехідника на 50 Ом підключений наприклад до роутера, де встановлений роз'єм на 50 Ом - то в наявності неузгодженість системи, яка тягне за собою збільшення КСВ і втрати сигналу, що отримується від антени на перехідниках та кабелі.

У результаті можна виділити таке:

• Кабелі опором 50 Ом передають потужніший сигнал, ніж аналоги на 75 Ом
• Кабелі на 75 Ом відрізняються меншими втратами на довжині, але відрізняються більшими втратами в потужності сигналу ніж 50-омні аналоги
• Чим менше КСВ - тим менше втрат потужності сигналу
• Ідеальний КСВ = 1-1,2, хороший КСВ - 1,3-2, прийнятний КСВ 2 -3. КСВ вище 3 - це погано.
• При використанні в антенно-фідерній системі кабелів та перехідників з різним імпендансом (наприклад 50 Ом та 75 Ом) в результаті неузгодженості збільшується КСВ і втрачається потужність сигналу, що передається від антени до кінцевого абонентського пристрою.

Згасання сигналу

Також потрібно помітити, що чим товщі центральна жила (або кілька) в кабелі, тим більше площа проходження коливань струму і тим менше втрат. Тому при виборі кабелю потрібно звертати увагу як на матеріал центральної жили та обплетення, так і на їхню фізичну товщину. І за цим параметром кабелі опором 50 Ом варіант більш виграшний.

Роз'єми та перехідники

Що на практиці?

Для того, щоб зрозуміти, що відбувається на практиці, ми звернулися до фахівців радіотехнічного факультету Київського Політехнічного інституту, у яких є відповідне обладнання для вимірювання частотних характеристик кабелів та іншого радіообладнання , згасання сигналу та інших показників, які можуть впливати на якість сигналу Для чистоти експерименту ми протестували антенні кабелі RG-58, RG-8, 5D-FB (хвильовим опором 50 Ом) та RG-11, RG-6, FinMark 690BVcu-WB (хвильовим опором 75 Ом). Для тестів було обрано найпопулярнішу довжину кабелю 10 метрів. Тестування проводилося на частоті 1800 МГц, яка наразі є найбільш поширеною для ретрансляції високочастотних сигналів операторів мобільного зв'язку в Україні.

В результаті тестування ми отримали наступні результати згасання сигналу:

Швидкість інтернету без антени на пристрої Huawei B311-221 склала в середньому 11 Мбіт/сек на завантаження та близько 8 Мбіт/сек на відправку даних при рівні сигналу -105 dB .

Підключивши антену, направивши її на базову станцію і зловивши найкращий сигнал, ми отримали наступні результати:

Також можна зробити висновок, що система, де використовується кабель хвильовим опором 50 Ом дозволяє відправляти дані від абонентського пристрою до базової станції на швидкості дещо вищій, ніж на аналогічних кабелях опором 75 Ом.

Висновки

Незважаючи на те, що теорія говорить про те, що в системах мобільного зв'язку слід використовувати тільки коаксіальний кабель, високочастотні роз'єми і перехідники хвильовим опором 50 Ом на практиці з'ясувалося, що системи з кабелем опором 75 Ом працюють і не набагато гірше. Їх також можна використовувати в антенно-фідерних системах посилення сигналу стільникових операторів. Втрати сигналу та швидкості передачі даних на таких кабелях трохи більше, ніж на 50-омних, але вони не настільки критичні, щоб зовсім від них відмовитися.

З проведених тестів та вимірів можна зробити такі висновки: