Обзор популярных моделей антенн для мобильных операторов

Мобильные антенны обзор

Современный мир мобильной связи невозможен без качественных и технически совершенных антенн. Они обеспечивают надежную передачу данных и голосовых вызовов, повышая покрытие и пропускную способность сетей. В сегменте мобильных операторов антенны играют ключевую роль в обеспечении устойчивой связи с минимальными искажениями и потерями мощности сигнала. В этом разделе дается полный обзор мобильных антенн, используемых сегодня, включая их технические особенности, основные виды и применение в современных сетях.

Виды мобильных антенн и их технические характеристики

Главные виды антенн для мобильной связи делятся на несколько категорий в зависимости от назначения и конструкции:

• Изотропные (всенаправленные) антенны – обеспечивают равномерное излучение сигнала во всех направлениях. Диапазон частот обычно от 700 МГц до 2.7 ГГц, что подходит для сетей 3G, 4G и частично 5G. Высота таких антенн обычно составляет от 0.5 до 1.5 метра, коэффициент усиления — порядка 2–5 дБи. Пример: вертикальная дипольная антенна.
• Направленные антенны (панельные и секторные) – сфокусированы на конкретном секторе, имеют высокое усиление (от 10 до 18 дБи). Используются для базовых станций и точек доступа. Основное преимущество – улучшение качества сигнала в заданном секторе за счет узкой диаграммы направленности (от 60° до 120° по горизонтали).
• Фазированные антенные решетки (фазированные массивы) – обеспечивают управление формой и направлением диаграммы излучения посредством программируемого сдвига фаз. Размеры антенны варьируются от 0.5х0.5 м до 2х2 м в зависимости от количества элементов (16–64 и более). Коэффициент усиления может достигать 25 дБи. Используются в основном в современных 5G сетях для обеспечения MIMO (Multiple Input Multiple Output) технологий.

Технические характеристики, на которые ориентируются при выборе и проектировании антенн:

• Коэффициент усиления – показывает, насколько антенна усиливает сигнал относительно изотропного излучателя.
• Диаграмма направленности – определяет узкость излучаемого пучка сигнала; чем уже луч, тем выше дальность при ограничении ширины покрытия.
• Поляризация сигнала – вертикальная, горизонтальная или круговая; важна для совместимости с устройствами абонентов.
• Рабочий частотный диапазон – типично для 700 МГц до 6 ГГц, с расширением для 5G диапазонов выше 24 ГГц.
• КСВН (Коэффициент стоячей волны на нагрузке) – показатель согласования с передатчиком, должен быть не выше 1.5 для минимальных потерь.
• Рабочие температуры – антенны для уличной установки должны выдерживать от –40°С до +70°С согласно ГОСТ 15150.

Пример расчета: для панельной антенны с усилением 15 дБи, работающей на частоте 2 ГГц, длина волны ~15 см. Диаграмма направленности с шириной 70° по горизонтали позволяет покрыть сектор радиусом до 5 км при мощности базовой станции 20 Вт без значительных потерь.

Особенности антенн для 4G и 5G сетей

Технологии антенн для 4G и 5G имеют свои отличия и особенности, обусловленные требованиями к пропускной способности, задержкам и частотным диапазонам.

• Антенны 4G работают преимущественно в диапазонах 700–2600 МГц (LTE Band 12–48). Основной тип – панельные секторальные с усилением 12–18 дБи, оснащенные технологиями MIMO 2×2 и 4×4 для повышения скорости передачи. По размерам такие антенны достигают 1.2 м в длину и 0.3–0.5 м в ширину.
• Обзор антенн 5G показывает существенный сдвиг и развитие в сторону фазированных решеток и Massive MIMO систем, функционирующих на частотах от 3.5 ГГц до миллиметрового диапазона (около 28–39 ГГц). Такие антенны компактнее, имеют меньший вес (от 5 до 20 кг) и размах — 0.6–1.5 м в каждом измерении. Усиление достигает 20–30 дБи с узкими диаграммами направленности до 10–30°.

Пример: антенна Massive MIMO, установленная на базовой станции 5G, обеспечивает одновременно несколько потоков данных с общим скачком скорости до 10 Гбит/с при радиусе действия до 1 км в условиях городской застройки, в соответствии с рекомендациями ИТУ (ITU-R M.2412-0).

Основные отличия 4G и 5G антенн:

Внимание!

Критерии выбора лучших антенн для мобильной связи

При выборе лучших антенн для мобильной связи следует учитывать несколько ключевых параметров, которые определяют качество и надежность работы оборудования.

• Частотный диапазон – антенна должна покрывать все необходимые полосы частот, используемые оператором; например, для универсальных решений учитываются диапазоны от 700 МГц до 3800 МГц.
• Коэффициент усиления – зависит от задачи: для улучшения дальности покрытия выбираются модели с усилением свыше 15 дБи, для универсальной работы – 8–12 дБи.
• Тип излучения – секторные антенны подходят для базовых станций, в то время как всенаправленные применяют для améliorer покрытия в малодоступных местах.
• Совместимость с MIMO – для современных сетей 4G/5G необходима поддержка 2×2 минимум, а лучше 4×4 и выше, что увеличивает пропускную способность.
• Устойчивость к погодным условиям – антенна должна соответствовать ГОСТ 15150 (испытания на влажность до 100%, температуру от −40°C до +70°C, устойчивость к ветру до 36 м/с).
• Материалы и монтаж – коррозионно-стойкие корпуса, легкий монтаж, возможность установки на мачте, фасаде или крыше.

Мобильные антенны обзор высокого класса показывает, что оптимальным выбором часто становятся антенны с многоэлементной фазированной антенной решеткой, обеспечивающей адаптивное управление лучом в режиме реального времени.

Экспертное мнение

По мнению Игоря Кузнецова, ведущего инженера НИИ связи, предпочтение отдается моделям с коэффициентом усиления от 18 дБи и поддержкой MIMO 8×8 для обеспечения высокой пропускной способности и покрытия в условиях мегаполисов ([ссылка на исследование НИИ связи, 2023]).

Применение и установка антенн в различных условиях

Для антенны для мобильного оператора важна правильная установка в зависимости от условий эксплуатации. Типичные места размещения:

• Модели антенн для базовых станций преимущественно монтируются на мачтах высотой от 15 до 50 метров. Размеры панельных антенн составляют до 2 м, вес – до 30 кг. Установка требует учёта угла наклона для оптимального покрытия секторов.
• Для покрытия сельских и отдалённых районов используются высокоомные всенаправленные антенны с усилением 3–6 дБи и высотой установки 30–40 метров для максимальной зоны охвата.
• В городских условиях антенны дополняются устройствами подавления помех и имеют также защиту от ветровых нагрузок. Часто применяются компактные антенные системы с интегрированными усилителями.

Монтаж антенн подчиняется нормативам ГОСТ Р 51317 и СНиП 2.07.01-89* Антенны и радары. Требования безопасности. Например, монтаж поляризационных антенн должен обеспечивать заземление и минимизацию электромагнитного излучения для соблюдения санитарных норм (СанПиН 2.2.4/2.1.8.562-96).

Тенденции развития и инновации в технологиях мобильных антенн

Современные исследования и разработки в области антенн для мобильных операторов направлены на создание более компактных, эффективных и интеллектуальных систем излучения.

• Основной тренд — внедрение фазированных антенных решеток с цифровым управлением лучом (beamforming), что повышает качество сигнала и снижает интерференцию.
• Развитие Massive MIMO и поддержка большого числа потоков позволяет в 5G сетях значительно увеличить пропускную способность — до 10 Гбит/с на одного пользователя в пиковых условиях.
• Появляются инновационные материалы: легкие композиты и наноматериалы, улучшающие аэродинамические и механические свойства антенн, уменьшая их вес на 30–50%.
• Значительное внимание уделяется энергосбережению и энергогенерации с использованием возобновляемых источников для базовых станций, включая интеграцию солнечных панелей с автономным питанием антенн.
• В разработке находятся антенны с адаптивным покрытием, автоматически меняющим конфигурацию в зависимости от плотности пользователей и требований трафика.

Какие антенны используют мобильные операторы можно определить, анализируя открытые данные ведущих производителей: Ericsson, Nokia, Huawei. Они выпускают серии антенн с возможностью интеграции в существующие сети 4G и обновлением под 5G стандарты без замены всей аппаратуры.

Заключение

Сфера мобильных антенн динамично развивается, отражая рост потребностей пользователей и технологический прогресс. В условиях повышенных требований к скорости и качеству связи особое значение приобретают современные модели с поддержкой 4G и 5G диапазонов, технологией Massive MIMO и интеллектуальным управлением лучом. Выбор оптимальной антенны требует комплексного анализа технических характеристик, условий эксплуатации и нормативных требований. Постоянное внедрение инноваций позволяет мобильным операторам поддерживать конкурентоспособность и обеспечивать своих пользователей качественной и надежной связью.
Если вы планируете установку или модернизацию оборудования, рекомендуем проводить мобильные антенны обзор в сотрудничестве с сертифицированными инженерами и использовать современные программные средства для моделирования и тестирования покрытий. Это обеспечит максимальную эффективность и долгий срок эксплуатации оборудования — до 15–20 лет согласно техническим регламентам.

Для углубленного изучения темы рекомендуем ознакомиться со следующими материалами:

• 3GPP Release 17 Specifications
• ГОСТ Р 55677-2013 «Антенны для мобильной связи»
• Нормативные документы Росстандарта
• ITU Radiocommunication Sector Recommendations

Что еще ищут читатели