Влияние зон Френеля при установке 3G/4G антенн

Зоны Френеля

Учет зон Френеля обязателен при установке антенн для усиления сотового сигнала, сигнала 3G, 4G, LTE, Wi-Fi.
Зоны Френеля – это чередующиеся в пространстве максимумы и минимумы радиосигнала в точке его приема, которые возникают из-за интерференции радиосигнала.

Такая интерференция возникает:

• при отражении сигнала от зданий, поверхности земли,
• из-за переизлучения,
• из-за наличия перепадов влажности, пылевых облаков и т.д.

Рассмотрим это подробнее.

Представим идеальный случай: в пустом пространстве на удалении друг от друга есть источник сигнала (спутник №1) и его приемник (спутник №2).

Сигнал будет распространяться со скоростью света, без каких-либо искажений. Мы не заметим никаких изменений при перемещении приемной антенны вокруг передающей. При удалении антенн друг от друга сигнал будет ожидаемо уменьшаться, без внезапных скачков мощности.
Внесем в нашу идеальную картину одно изменение: добавим отражающую поверхность. Ситуация уже стала похожа на реальный мир, в котором, например, передающая и приёмная антенны – это базовая станция и антенна для 3G модема, а поверхность – это земля или крыша другого дома.

Теперь в точке приема есть два сигнала:
Прямой сигнал № 1, который аналогичен сигналу в первом идеальном случае
Отраженный сигнал № 2, который возник из-за отражения сигнала от поверхности земли. Этот сигнал будет слабее, чем сигнал № 1, но его существованием пренебречь нельзя.
Пути, по которому идут сигналы, отличаются друг от друга, и из-за этого сигналы придут в точку приема с разными фазами. Если их фазы будут отличаться на π, то сигналы взаимно ослабят друг друга. В предельном случае результирующий сигнал будет довольно сильно ослаблен.
Если же сигналы придут в фазе (то есть в 2π), то они взаимно усилят друг друга, и результирующий сигнал будет заметно сильнее сигнала в первом идеальном случае.
Если разность фаз займет какое-то промежуточное значение, то результирующий сигнал может как усилиться, так и ослабляться.
Именно это называется интерференцией. А образующиеся при этом периодические максимумы и минимумы — зонами Френеля.

Результат интерференции в каждом конкретном случае зависит от следующих параметров:

• высота передающей антенны над поверхностью,
• высота приемной антенны над поверхностью,
• расстояние между передающей и приемной антеннами,
• частота сигнала,
• коэффициент отражения поверхности.

Таким образом, при перемещении приемной антенны вверх-вниз сигнал будет то хорошим, то плохим:



На рисунке показан пример распределения мощности результирующего сигнала при перемещении приемной антенны вверх-вниз.

Расстояние между максимумами и минимумами результирующего сигнала может быть несколько десятков сантиметров (например, при установке антенны для усиления 4G сигнала).
По этой причине любые сравнения работы двух антенн при их установке рядом друг с другом, но на разных высотах, абсолютно бессмысленны, так как одна из антенн может находиться в точке, где результирующий сигнал максимален, а другая – где минимален.

На практике существует множество отражающих поверхностей: земля, крыши и стены домов, холмы и т.д. То есть основной сигнал, идущий по прямой линии от передающей антенны к приемной антенне, интерферирует с огромным количеством вторичных волн, отражающихся от этих поверхностей. Результат такой интерференции предсказать невозможно.

Что же делать?

1. При выборе места установки абонентской антенны необходимо провести замеры во всех местах, пригодных для её установки. Каждый замер нужно делать в нескольких точках, чтобы понять распределение максимумов и минимумов результирующего сигнала. Кстати, их может и не быть или они могут быть слабо выражены.
2. Необходимо выбирать такое место установки абонентской антенны, чтобы на пути основного сигнала, идущего по прямой линии от передающей антенны к приемной антенне, не было препятствий, а также вокруг этого пути не было отражающих поверхностей.
3. При установке антенны следует сдвинуть антенну вниз на некоторое расстояние (пару десятков сантиметров–полметра–метр) и замерить уровень сигнала. Потом следует сдвинуть антенну вверх на некоторое расстояние, и замерить уровень сигнала там. Бывают случаи, что в зависимости от параметров местности интерференция будет такая, что сигнал будет отличаться в этих точках друг от друга на 20-30 дБ!