Автомобильные антенны - какую выбрать и как установить

Когда Вы в самом большом гипермаркете мира "ИНТЕРНЕТ" хотите купить себе например автомобильную антенну, то от обилия предложений, всевозможных конструкций, рекламных уловок фирм-изготовителей глаза, как правило, разбегаются и вы усиленно пытаетесь решить одну необыкновенно сложную задачу — как обеспечить баланс между содержимым кошелька, ценой и качеством товара.

Казалось бы — Вы ничего не забыли: прочитали отзывы, просмотрели рейтинги, сходили в ближайший автомагазин где прослушали лекцию и советы по выбору автомобильной антенны менеджера по продажам. Согласно советам приобрели не самую дешевую антенну, потратили время на ее установку. И вот он долгожданный момент Вы включаете радио, выбираете частоту в сотню с чем - то МГц, но вместо чистого приема ваши трехполосные колонки погружают салон автомобиля в ровное шипение, отдаленно напоминающее шум прибоя, которым вы вряд ли согласитесь наслаждаться за те деньги, с которыми вы распрощались. На простые вопросы — что делать? В чем причина? Вариантов, как обычно, много. Мы рассмотрим несколько.

Для уверенного приема в FM диапазоне важно расстояние: не уехали ли вы случайно километров за 300 от города, в котором живете, где ловить, собственно, кроме конечно, рыбы и сигналов от внеземных цивилизаций. Вторая, вполне очевидная причина — Вы выбрали не ту антенну. Именно об этом, казалось бы, незначительном элементе любой радиосистемы и пойдет речь далее.

Рассказанная выше страшная история актуальна не только для владельцев автомагнитол, но и для тех, кто пользуется услугами сотовой связи, для всех типов профессиональных и любительских УКВ радиостанций и, конечно, для любителей гражданского диапазона, и является еще одним подтверждением того факта, что в системе связи, как впрочем и в любой другой системе, не бывает несущественных элементов и ничем нельзя пренебрегать.

Какой бы совершенной, и, как правило, дорогой не была приемопередающая техника, все может испортить плохая антенна или неправильная ее установка, а у пользователя может сложиться не самое лестное мнение о качестве работы всей системы в целом. Особенно остро, эту проблему должны ощущают операторы сотовой связи, которые в условиях жесткой конкуренции могут терять драгоценных абонентов по причине того, что их не устраивает зона покрытия или, качество связи не выдерживает никакой критики, хотя на самом деле во многих случаях достаточно было просто установить более эффективную антенну. Отлично... Так какая эффективная? Хочу эффективную антенну! Остается только разобраться в том, что такое эффективность применительно к антеннам. Давайте вместе попробуем с этим разобраться.

К выбору автомобильной антенны надо подходить очень тщательно. В первую очередь учитываются условия использования антенны. Для работы на открытой местности или на берегу моря даже на значительные расстояния можно использовать небольшие антенны, при этом необходимо помнить, что все системы УКВ диапазона (включая ТВ диапазон), будь то транкинговая или сотовая телефония, работают при наличии прямой видимости между абонентами. Иными словами, если передатчик и приемник находятся в прямой видимости друг от друга, то с большой долей вероятности можно утверждать, что связь будет и без применения специальных средств. Немного по другому происходит на диапазоне KB (и на Си-Би, кстати, тоже). В этом случае радиоволны отражаются от ионосферы и поэтому возможно проведение связи с корреспондентом, находящимся в любой точке планеты. Но для этого, как и для работы в большом городе с интенсивной застройкой, или, например, в горной местности, необходимо использовать несколько другие антенны с другими параметрами и свойствами. Это объясняется тем, что рельеф местности очень сильно влияет на характер распространения радиоволн. Зная заранее, в какой обстановке будет использоваться антенна, можно отдать предпочтение той или иной модели. Но однозначно — эти антенны по габаритам будут превосходить простые.

Еще одно обстоятельство, которое следует учитывать при выборе антенны — это предполагаемое место ее установки на автомобиле, от него будет зависеть тип крепления.

Оценку антенн целесообразно начать с наиболее широко известного параметра — коэффициента усиления (КУ). Коэффициент усиления характеризует способность антенны концентрировать излучаемую электромагнитную энергию в определенном направлении или, наоборот, принимать энергию с определенного направления. То же свойство можно оценивать при помощи другой характеристики — диаграммой направленности антенны (ДН), показывающей зависимость уровня излучения от направления излучения или прихода радиоволны.

Несмотря на то, что диаграмма направленности — характеристика трехмерная, для простоты обычно рассматривают ее в двух плоскостях: горизонтальной и вертикальной. Большинство автомобильных антенн, используемых в подвижной радиосвязи, имеют круговую (или близкую к ней) диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, т.е. излучают и принимают энергию одинаково со всех направлений (рис. 1 а). Таким свойством обладают все штыревые антенны различной длины и конструкции, а отличаются они лишь диаграммой направленности в вертикальной плоскости и, соответственно, коэффициентом усиления. В вертикальной плоскости диаграмма направленности штыревых автомобильных антенн имеет форму восьмерки (рис. 1 б), т.е. в направлении, параллельном земле (перпендикулярном полотну антенны), излучение и, соответственно, принимаемая энергия максимальны, а в направлении, параллельном полотну антенны, излучение и принимаемая энергия минимальны.

Диаграмма направленности и коэффициент усиления в вертикальной плоскости зависят от длины и конструкции штыревой антенны, при этом диаграмма направленности в горизонтальной плоскости всегда остается круговой, поэтому далее при рассмотрении антенн мы будем говорить только о ДН в вертикальной плоскости и называть ее просто диаграмма направленности (ДН). Здесь же следует заметить, что диаграмма направленности и коэффициент усиления связаны и при изменении геометрии антенны эти параметры меняются. Например, при сужении диаграммы направленности коэффициент усиления растет. Теперь рассмотрим три типа условий, в которых может использоваться антенна, и дадим некоторые рекомендации по выбору антенны.

Автомобильные антенны для работы в крупных городах с плотной застройкой

В городе с плотной застройкой наиболее качественную связь обеспечивают антенны с широкой диаграммой направленности, которая хорошо принимает (и, соответственно, передает) сигналы, пришедшие с направлений выше уровня горизонта. Объясняется это тем, что в городе сигнал от источника сигнала до приемника доходит после многочисленных отражений от зданий и земли. Именно поэтому в таком случае можно пожертвовать коэффициентом усиления ради возможности "собирать" сигналы, атакующих вашу автомобильную антенну под большим углом. Диаграмма направленности такого типа обладают штыревые четвертьволновые антенны (рис. 1 в). Такие антенны хорошо работают на крыше автомобиля, которая в данном случае является хорошо проводящей "землей", позволяющей антенне "вести себя" подобно полуволновому вибратору. В подвижной связи усиление антенны очень часто отсчитывают именно от четвертьволнового вибратора, усиление которого условно принимается за единицу (или О дБ). Использование более круглой диаграммы направленности применительно для сотовой телефонии оправдано еще и тем, что операторы подобных систем связи "изо всех сил" стараются обеспечить высокий уровень сигнала в зоне покрытия, что позволяет использовать антенну с низким коэффициентом усиления (в данном случае 0 дБ).

Автомобильные антенны для работы в условиях открытой местности или пригороде

Если Вы любитель активного отдыха и частенько покидаете пределы мегаполисов, то вам, скорее всего, подойдет автомобильная антенна с большим усилением (около 5 дБ) и, соответственно, с более узкой диаграммой направленности.

Такая антенна позволит держать связь между двумя радиостанциями на большом расстоянии или, в случае сотовой телефонии, обеспечит более высокое качество связи, поскольку размер сот в сельской местности значительно больше, чем в городе и, следовательно, уровень сигнала в точке приема значительно меньше, нежели в городе.

Большим КУ (до 5 дБ) обладают так называемые коллинеарные антенны. Подобная антенна состоит из 2х или больше четвертьволновых или двух вибраторов длиной 5/8 длины волны (или их комбинации), расположенных вертикально и имеющих фазирующую катушку, обеспечивающую правильную работу антенны (рис. 2).

Густой лес

Если вы не совсем уверены, где проходит большая часть вашей жизни — в городе или в густом и дремучем лесу, или не отдаете предпочтения ни одному из этих мест, а по роду своей весьма загадочной профессии постоянно перемещаетесь из одной "крайности" в другую, то наиболее оптимальной является автомобильная антенна с усилением до 3 дБ. ДН такой антенны несколько уже, чем у четвертьволнового вибратора, но шире, чем у антенны с усилением 5 дБ, так что ее можно назвать универсальной автомобильной антенной.

Промышленность выпускает огромное количество таких антенн, отличающихся по своей конструкции, но при выборе не стоит особо ломать себе голову, достаточно лишь убедиться, что КУ ее составляет около 3 дБ.

Крепление автомобильной антенны

Еще одно обстоятельство, которое следует учитывать при выборе автомобильной антенны — это предполагаемое место ее установки, от него будет зависеть тип крепления, а именно: магнитное основание, крепление непосредственно к стеклу, кронштейн на водосток или бампер, отверстия в кузове автомобиля.

Здесь существует очень много тонкостей, о которых надо знать. Рассмотрим наиболее важных.

Самое простое и быстрое крепление — это магнит в резиновой оболочке с прикрепленным к нему кабелем питания и разъемом для антенны.

Распространившееся в последнее время стремление сэкономить на всем приводит иногда к недоразумениям. Вот одно из них — в магнит для Си-Би антенн (он дешевле) вставляют антенну для работы на УКВ, а бывает, и сотовую, и пытаются слушать с их помощью обычное радио. Нормально работать такая конструкция не будет потому, что пластина магнита и крыша автомобиля образуют конденсатор, являющийся элементом антенны. Кроме этого, в месте крепления полотна антенны спрятана согласующая катушка, которая вместе с конденсатором образует фильтр, позволяющий работать только на диапазоне 27 МГц. Кстати, то же самое справедливо и обратно, для магнитов антенн УКВ диапазона.

Много зависит от точки установки антенны на автомобиле. Если это центр крыши, то можно надеяться, что диаграмма направленности (в горизонтальной плоскости) не будет сильно искажена. Все остальные места крепления только ухудшат параметры системы.

Не стоит забывать, что магниты неплохо держатся на крыше при скорости автомобиля до 100 км/ч, а выше — может быть все... Поэтому чаще всего применяется жесткое крепление — это или отверстие в кузове автомобиля, или скоба на водостоке.

Конечно, сверлить кузов автомобиля рискнет не каждый, хотя именно это крепление обеспечивает наилучшие характеристики. Чаще используют крепление на водосток, но это немного ухудшает параметры антенн. Самое главное в этом случае — обеспечить надежный контакт скобы крепления с корпусом автомобиля. Никакие ухищрения типа резиновых прокладок под болты для того, чтобы не царапать корпус, с последующим соединением проводами или что-то подобное — недопустимы. Только непосредственный контакт с корпусом в месте крепления.

Особенно опасны эксперименты в современных импортных автомобилях нашпигованных микропроцессорами, так как появляется опасность выключения двигателя на ходу.

Есть тонкости и для владельцев большегрузных авто, совершающих длительные междугородние поездки. Им без общения с миром особенно туго, и потому без СВ связи остались только самые неразговорчивые.

Основные типы автомобильных антенн и элементов крепления, применяемые на грузовых автомобилях, те же. Но на кабинах "грузовиков" часто устанавливают обтекатели, улучшающие аэродинамику автомобиля. Как правило, обтекатели выполнены из листовой стали или пластика, армированного стальными нитями. В этом случае рядом расположенная, даже правильно прикрепленная, автомобильная антенна работать не будет. Вообще необходимо избегать расположения антенн вблизи металлических конструкций. В рассматриваемом же случае можно попытаться укрепить антенну на зеркало заднего вида, бампер, хотя это и ухудшит ДН, или поискать лучшее место на крыше кабины.

Ну, а владельцам сотового телефона, установленного в шикарном автомобиле, необходимо знать, что крепление антенны на стекле на клей. т.е. без прямого электрического контакта с кабелем питания, вносит в сигнал потери в 3 дБ, а это, ровно в 2 раза, т.е. система будет работать наполовину хуже.

Вообще, при покупке любого электронного устройства, а к ним относятся и автомобильные антенны, обращаться за советом, что лучше купить, надо не к продавцу в магазине, у него главная задача — продать, а предварительно переговорить со специалистами, к сожалению которых становится все меньше.

Ну, и основное правило для всех — все контакты и разъемы фидера антенны должны быть только спаяны, никаких скруток — экономия времени или лень могут принести убытки на ремонт сгоревшей аппаратуры. Ремонт автоэлектроники стоит весьма не дешево и сэкономить лучше на качественной и правильной установке автомобильной антенны.