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?
- 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.
- 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.
- 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!
