Як вибрати 4G антену для модема або роутера: тип, посилення, відстань

Зовнішня антена здатна вирішити головну проблему мобільного інтернету за містом: слабкий сигнал і низьку швидкість. Але вона допомагає не завжди й не будь-яка. Цей матеріал пояснює, на якій відстані від вежі антена ще має сенс, чим відрізняються типи антен і скільки децибел посилення справді потрібно у вашому випадку.

Коли потрібна зовнішня антена

Покриття LTE розширилося: воно є не лише у великих містах, а й у багатьох селах. Проте сигнал може бути поганим навіть там, де станція поруч. У місті причина зазвичай у щільній забудові та будівельних матеріалах стін. Поза містом (будинки, дачі) — у великій відстані до базової станції (БС), лісосмугах, складках рельєфу та інших перешкодах для радіохвиль.

Антена, винесена назовні й спрямована на вежу, підсилює слабкий сигнал і збільшує швидкість прийому й передачі. Підібрати її допоможе каталог 4G антен.

Частота і дальність: чому важлива відстань до вежі

Радіохвилі поводяться так: низька частота — довга хвиля, яка поширюється далі й краще обходить перешкоди. Висока частота — коротка хвиля, менший радіус і гірше проходження крізь перешкоди. Для порівняння: на 800 і 900 МГц довжина хвилі приблизно 33-34 см, на 1800 МГц — близько 16 см.

Реальна дальність залежить від потужності передавача, рельєфу й перешкод. Орієнтири для LTE операторів Київстар, Vodafone та lifecell такі:

Для 3G на частоті 2100 МГц орієнтир — до 10 км. На практиці відстані бувають трохи меншими чи більшими: впливають налаштування БС і кут нахилу її секторних антен.

Чому далі не вийде навіть із потужною антеною

Сигнал фізично може йти й далі, але для зв'язку він має дійти від БС до пристрою та повернутися назад протягом відведеного проміжку часу (тайм-слот). За цей час хвиля встигає подолати лише вказані відстані. Якщо ліміт перевищено, станція відключає абонента. Тоді шкала сигналу може показувати хороший рівень, а дані не передаються і дзвінок не проходить.

Тому спершу з'ясуйте, скільки кілометрів до найближчої вежі оператора. Якщо відстань вкладається в орієнтири, антену варто підбирати. Якщо вона значно більша, наприклад 50 км, то, найімовірніше, не допоможе ні антена, ні підсилювач сигналу.

Поляризація та MIMO: чим 4G антена відрізняється від 3G

У 3G радіохвилі поширюються у вертикальній поляризації, тому й антени мають вертикальну поляризацію. У 4G LTE станція випромінює у двох поляризаціях — вертикальній і горизонтальній. Для прийому використовують антени з технологією MIMO (Multiple Input Multiple Output): це просторове кодування сигналу, що розширює канал, бо передача і прийом ідуть через кілька антен одночасно.

Тому для LTE найдоречніша спеціалізована MIMO-антена: вона не просто посилює сигнал, а й підвищує швидкість обміну даними.

Імітувати MIMO можна двома спрямованими антенами «хвильовий канал», розвернутими під різною поляризацією: одна вертикально, друга горизонтально. Виходить швидше, ніж з однією антеною, але налаштувати таку пару важче. Діаграма спрямованості вузька, тож кожну антену треба точно навести на БС, а відстань між ними на щоглі має бути щонайменше 70 см. Панельна MIMO-антена об'єднує дві поляризації в одному корпусі й проста в монтажі.

Коефіцієнт посилення та кут прийому

Що більше посилення (dBi), то вужчий кут, у якому антена ловить сигнал. Модель на 9 dBi має кут близько 40 градусів, а на 20 dBi — менше 20 градусів. Відповідно, потужну антену треба орієнтувати значно точніше.

Перевага невеликого посилення в тому, що така антена приймає і відбитий сигнал, а не лише прямий. Панель на 9 dBi в щільній міській забудові може ловити хвилю, відбиту від сусідніх будівель, коли прямої видимості на вежу немає.

Яку антену обрати залежно від відстані

Встановлювати антену слід назовні: на дах, балкон чи щоглу, спрямувавши на найближчу БС оператора. Модель 15-18 dBi з MIMO та панельним типом зазвичай вистачає, якщо вежа в межах кількох кілометрів; на 7-8 км достатньо 15 dBi, а 24 dBi «про запас» не додасть користі й лише подорожчить комплект. Потужнішу антену беруть, коли до вежі 10, 15, 20 км або коли її доводиться піднімати високо й тягнути довгий кабель із помітним згасанням.

У випробуваннях на відстані приблизно 23-24 км до вежі параболічна MIMO-антена збільшила швидкість із 2 Мбіт/с майже до 18 Мбіт/с. Параболічні моделі помітно дорожчі за панельні, але для будинку на відшибі це часто єдиний шлях. Під різні задачі є розділи панельних, спрямованих та всеспрямованих антен.

Антена для автомобіля

В авто ставлять всеспрямовану антену: вона ловить сигнал з усіх боків, але посилення скромне, зазвичай 3-6 дБ. Дальність залежить від частоти, потужності передавача та перешкод: у кращому разі до 10 км на 900 МГц, а на 1800 МГц — 4-5 км. Чудес від неї чекати не варто: у слабкому покритті вона покращить прийом і трохи підвищить швидкість, а там, де сигналу майже нема (густий ліс, далеко від вежі), знадобиться потужніша антена, яку на авто не змонтуєш.

MIMO-антена чи підсилювач сигналу

Для підвищення швидкості в LTE доцільніше брати MIMO-антену, ніж підсилювач. LTE використовує дві поляризації, що розширює канал, а більшість підсилювачів MIMO не підтримує. Вихідний сигнал буде потужним, але швидкість приблизно вдвічі нижча, ніж з MIMO-антеною. Дві зовнішні антени плюс два підсилювачі коштують надто дорого для звичайного користувача. Огляд підсилювачів і репітерів — у розділі підсилювачі та репітери.

Кабель, висота та налаштування

• Кабель гасить сигнал, тож він має бути якісним і якомога коротшим. Для довгих трас підійдуть кабелі RG8 або 5D-FB. Якщо потрібно до 10 метрів, можна обійтися RG58 чи FinMark. Докладніше — у статті про вибір кабелю та в розділі антенний кабель.
• Висота щогли визначається експериментально. Якщо між вами та БС немає густого лісу чи серйозних перешкод, вистачає 2-3 метрів. За наявності лісу або пагорбів потрібно 10, 15 чи навіть 20 метрів, а кабель може сягнути 20 метрів і більше.
• Окрім dBi, дивіться на КСВ: що він нижчий, то краще узгодження. Купуйте антени перевірених виробників.
• Під час наведення орієнтуйтеся на RSSI і SINR. RSSI має бути якомога ближче до нуля, тобто -82 dBm краще за -93 dBm. SINR навпаки: чим більше додатне значення, тим краще.

Якщо сигнал у низині й відсутній навіть із антеною, її піднімають вище. Що вища щогла й довший кабель, то більше втрат на ньому, тому такий кабель добирайте особливо уважно.

Що обрати

• Місто та щільна забудова — невелика панельна MIMO-антена.
• Передмістя, дача — панельна MIMO від 15 до 24 dBi залежно від відстані до БС.
• Дуже далеко — параболічна MIMO.
• Автомобіль — всеспрямована, але без завищених очікувань.

Готові набори з антеною, кабелем і кріпленням зібрані в розділі комплектів 4G інтернету, а під сам пристрій перегляньте 4G роутери.

Часті питання

Чи завжди потужніша антена дає більшу швидкість?
Ні. Швидкість залежить також від завантаження станцій та інших чинників. Вирішальні сила й якість сигналу, а надмірно потужна антена на малій відстані лише збільшує вартість.

Яке посилення потрібне на 7-8 км?
Цілком вистачить 15 dBi.

Що краще, MIMO-антена чи підсилювач?
Для LTE — MIMO-антена, бо більшість підсилювачів MIMO не підтримує.