Udostępnij

SYSTEMY BEZPRZEWODOWE I ROZMIESZCZENIE ANTEN

Błędy w wyborze anteny, jej umiejscowieniu lub okablowaniu mogą przyczynić się do skrócenia zasięgu, powstawania martwych punktów na obszarze działania systemu lub też zmniejszeniu poziomu sygnału odbieranego przez odbiornik, co prowadzi do częstych zaników dźwięku.

„Anteny odbiornika to jeden z najbardziej nierozumianych obszarów działania mikrofonu bezprzewodowego.”

To śmiałe stwierdzenie podzielają też uczestnicy grupy wsparcia produktów Shure. To oni rywalizują z Sherlockiem Holmesem w sztuce rozumowania dedukcyjnego, ponieważ sprowadza się ona do rozwiązywania zagadek związanych ze znikaniem. Wielokrotnie rozwiązaniem tych zagadek są kwestie mające związek z rozmieszczeniem anten.

Błędy w wyborze anteny, jej umiejscowieniu lub okablowaniu mogą przyczynić się do skrócenia zasięgu, powstawania martwych punktów na obszarze działania systemu lub też zmniejszeniu poziomu sygnału odbieranego przez odbiornik, co prowadzi do częstych zaników dźwięku.

Zanim przejdziemy do zagadnień związanych z rozmieszczeniem anten, przyjrzyjmy się ich typom, z którymi możemy się spotkać w przypadku systemów bezprzewodowych.

TYPY ANTEN WSZECHKIERUNKOWYCH

Wielkość anteny jest bezpośrednio związana z długością fali odbieranej częstotliwości. Najpopularniejszymi typami anten używanych w bezprzewodowych systemach audio są anteny wszechkierunkowe o 1/4 oraz 1/2 długości fali, a także anteny jednokierunkowe.

1/4 długości fali. Ta antena ma wielkość jednej czwartej długości pożądanej częstotliwości. (Przykład: Fala 200 MHz ma długość około 183 cm, dlatego ta antena o długości 1/4 fali powinna mieć około 45 cm.) W przypadku aplikacji VHF antena o długości między 35 a 45 cm idealnie nadaje się jako antena o długości 1/4 fali. Ponieważ pasmo UHF obejmuje znacznie większy zakres częstotliwości niż pasmo VHG, anteny o długości 1/4 fali mogą mieć długość od 7,5 cm do 15 cm, dlatego też bardzo ważne jest użycie anteny o odpowiedniej długości.

Porada: Anteny o 1/4 długości fali powinny być używane jedynie w przypadku, gdy są one montowane bezpośrednio na odbiorniku bezprzewodowym lub systemie dystrybucji sygnału antenowego. Obejmuje to również anteny zamontowanie z przodu na uszach montażowych rack. Te anteny dla poprawnego odbioru sygnału wymagają płaszczyzny uziemienia. W takim przypadku jest nią odbijająca metalowa powierzchnia odbiornika, która ma w przybliżeniu tę samą wielkość co antena, w przynajmniej jednym wymiarze. Podstawa anteny musi być elektrycznie uziemiona z odbiornikiem.

1/2 długości fali Ta antena ma wielkość jednej drugiej długości pożądanej częstotliwości. (Antena odbiornika o 1/2 długości fali będzie o około 90 cm dłuższa w przypadku fali 200 MHz w porównaniu do przykładu przedstawionego powyżej.)

Porada: Antena o 1/2 długości fali nie wymaga płaszczyzny uziemienia, co pozwala na jej zdalne montowanie w dowolnej lokalizacji. O ile teoretyczne wzmocnienie sygnału wynosi około 3 dB w stosunku do anteny o 1/4 długości fali, to w praktyce zysk ten jest rzadko uzyskiwany. Nie ma wyraźnych powodów, aby w odbiornikach zamieniać anteny na te o 1/2 długości fali, chyba że w danej aplikacji wymagane jest zastosowanie zdalnych anten.

TYPY ANTEN JEDNOKIERUNKOWYCH

W aplikacjach wykorzystujących bezprzewodowe systemy mikrofonowe anteny jednokierunkowe są zazwyczaj wykorzystywane w systemach UHF. Zwykle są one przeznaczone do pracy z określonym zakresem częstotliwości, dlatego też należy zachować ostrożność przy wyborze właściwej anteny, aby jej specyfikacja obejmowała wymagane częstotliwości. Antena kierunkowa VHF ma szerokość wynoszącą od 90 do 150 cm (podobnie jak antena telewizyjna montowana na dachu), co sprawia, że jej montaż jest dość kłopotliwą operacją.

 

Szerokopasmowa śrubowa antena UHF Shure HA-8241

Anteny jednokierunkowe są używane przede wszystkim do zastosowań dalekiego zasięgu. Zalecana jest minimalna odległość między nadajnikiem a antenami jednokierunkowymi wynosząca 15 m. Poniżej przedstawiono dwa typy tych anten, z którymi możemy się spotkać:

Antena śrubowa to konstrukcja jednokierunkowa, która łączy wysoki zysk anteny z szerokim zakresem częstotliwości. Ma ona nieco większy zysk niż w przypadku tradycyjnych anten logarytmicznych periodycznych lub anten typu „płetwa” (12 dBi vs. 7 dBi), ale ma też węższy obszar pokrycia, który zazwyczaj wynosi około 60 stopni w porównaniu do 120 stopni w przypadku anten logarytmicznych periodycznych.

Unikatową cechą anteny spiralnej jest to, że nie ma ona „preferowanego” kąta polaryzacji. Działa ona równie dobrze, gdy jest ustawiona pionowo lub poziomo. Z tego też powodu ta konstrukcja stała się popularna jako antena nadajników bezprzewodowych systemów odsłuchu dousznego.

 

Antena typu płetwa

Antena logarytmiczna periodyczna lub antena typu „płetwa”
 

Najczęściej spotykaną anteną kierunkową jest antena logarytmiczna periodyczna, często też z uwagi na swój kształt nazywana anteną typu „płetwa” (paddle antenna). Zwiększona czułość w danym kierunku sprawia, że może ona dostarczyć silniejszy sygnał do odbiornika, co pozwala zwiększyć efektywny zasięg systemu. Równocześnie ten typ anteny zapewnia także większą odporność na sygnały będące zakłóceniami, które docierają do niej z innych kierunków.

Porada: Należy pamiętać, że większość anten kierunkowych to urządzenia szerokopasmowe. Są one jednakowo czułe na wszystkie częstotliwości w swoim paśmie działania. To oznacza, że antena kierunkowa skierowana na źródło zakłóceń spowoduje zwiększenie poziomu tych zakłóceń, jak również sygnału użytecznego, który może znajdować się w tym samym kierunku. Należy też zaznaczyć, że zbyt duża czułość anteny (jej zysk) może spowodować przeciążenie podłączonych odbiorników. To może zakłócić intermodulację i zmniejszyć czułość odbiornika. Dla większości aplikacji anteny wszechkierunkowe wciąż są normą.

10 PORAD DOTYCZĄCYCH ROZMIESZCZENIA ANTEN W CELU UZYSKANIA OPTYMALNEJ WYDAJNOŚCI TRANSMISJI BEZPRZEWODOWEJ

Nowoczesne odbiorniki różnicowe oferują lepszą wydajność niż w przypadku odbiorników z jedną anteną, ale w każdym przypadku istnieje konieczność użycia i umieszczenia właściwych anten we właściwym miejscu w celu zapewnienia maksymalnej wydajności i niezawodnej pracy systemu. Poniżej przedstawiono kilka podstawowych reguł, których stosowanie powinno zapewnić najlepsze rezultaty.

Zapewnienie bezpośredniej widoczności

1. Zapewnienie bezpośredniej widoczności między nadajnikiem a antenami odbiornika jest szczególnie ważne w przypadku systemów UHF. Należy unikać metalowych obiektów, ścian, a także dużej liczby osób między antenami odbiornika a nadajnikiem, z którym współpracują. Idealnie, jeśli anteny odbiorcze znajdują się w tym samym pomieszczeniu co nadajniki i są umieszczone powyżej publiczności lub innych elementów, które mogą zakłócać odbiór sygnału radiowego.
2. Umieszczenie anten odbiornika w odpowiedniej odległości od nadajnika. W tym przypadku zalecana jest minimalna odległość wynosząca około 5 metrów, aby uniknąć obecności potencjalnych sygnałów intermodulacyjnych w odbiorniku. Maksymalna odległość nie jest wyraźnie określana, ponieważ jest ona ograniczona przez moc nadajnika, przeszkadzające obiekty, zakłócenia oraz czułość odbiornika. Lepszym rozwiązaniem jest ustawienie anten/odbiornika w mniejszej odległości od nadajnika (z równoczesną większą długością przewodów audio), niż zastosowanie długich przewodów antenowych, czy też transmisja sygnału radiowego na bardzo duże odległości.

 

Anteny o długości 1/4 fali oraz 1/2 długości fali: pasmo UHF

1. Użycie właściwego typu anten odbiornika. Antena o 1/4 długości fali może być użyta, jeśli jest zamontowana bezpośrednio na odbiorniku, urządzeniu dystrybucji sygnału antenowego lub innym panelu, który działa jako płaszczyzna uziemienia. Jeśli antena ma być zamontowana w pewnej odległości od odbiornika, zaleca się użycie anteny o 1/2 długości fali. Ten typ anteny ma nieco większą czułość w porównaniu do anteny o 1/4 długości fali i nie wymaga obecności płaszczyzny uziemienia. W przypadku instalacji, w których wymagane jest zainstalowanie anteny w dużej odległości lub też w przypadkach, gdy występują sile zakłócenia sygnału, konieczne może być użycie anteny kierunkowej i prawidłowe ustawienie jej. Anteny teleskopowe powinny być rozsunięte do odpowiedniej długości.
2. Wybór właściwie zestrojonych anten odbiornika. Większość anten działa skutecznie w określonym zakresie pasma, co czyni je odpowiednimi do użycia tylko z odbiornikami pracującymi w określonym paśmie częstotliwości. Gdy korzystamy z systemów dystrybucji sygnału antenowego, wówczas odbiorniki powinny być grupowane zgodnie z antenami o właściwym dla nich zakresie częstotliwości.
3. Ustawienie anten odbiornika różnicowego w odpowiedniej odległości od siebie. W celu zapewnienia właściwego działania układu odbioru różnicowego minimalna odległość między antenami powinna wynosić jedną czwartą długości fali, aby uzyskać korzyści z tego rozwiązania. Efekt ten zwiększa się, aż do rozdzielenia anten na odległość około jednej długości fali. Dalsze zwiększanie odległości między antenami nie poprawia już znacząco odbioru różnicowego. Jednakże w niektórych aplikacjach o dużym obszarze pracy systemu, ogólny jego zasięg może być zwiększony przez dalsze oddzielanie anten od siebie. W takich przypadkach jedna lub obydwie anteny mogą być umieszczone w celu zapewnienia mniejszej średniej odległości względem nadajnika(-ów) w całym obszarze pracy systemu.
4. Umieszczenie anten odbiornika z dala od wszelkich podejrzewanych źródeł zakłóceń. Źródłem interferencji mogą być inne anteny odbiorcze i nadawcze, a także wspomniane już wcześniej źródła takie jak sprzęt cyfrowy, urządzenia zasilające AC itp.
5. Zamontowanie anten odbiornika z dala od metalowych przedmiotów. Idealnym rozwiązaniem byłoby, gdyby anteny znajdowały się w otwartych przestrzeniach lub były umieszczone prostopadle do konstrukcji metalowych takich jak racki, siatki, konstrukcje metalowe itp. Powinny znajdować się w odległości wynoszącej przynajmniej jedną czwartą długości fali od dowolnej równoległej konstrukcji metalowej. Wszystkie anteny działające w konfiguracji, w której użytych jest wiele systemów, powinny znajdować się od siebie w odległości przynajmniej jednej czwartej długości fali.
6. Ustawienie anten odbiornika we właściwym kierunku. Odbiornik z jedną anteną lub typu non-diversity powinien mieć antenę ustawioną w układzie pionowym. Odbiorniki różnicowe, które posiadają dwie anteny, mogą działać wydajniej, gdy anteny są rozchylone względem siebie pod kątem 45 stopni.
7. Użycie właściwego przewodu antenowego w przypadku zdalnego umieszczenia anten odbiornika. Najlepsze wyniki uzyskamy używając odpowiedniego, wysokiej jakości niskostratnego przewodu antenowego o możliwie najmniejszej długości i z odpowiednimi złączami. Ze względu na zwiększające się straty w górnym paśmie, systemy UHF mogą wymagać użycia specjalnych przewodów antenowych.
8. Użycie systemu dystrybucji sygnału antenowego, gdy jest to możliwe. Takie rozwiązanie pozwala zminimalizować ogólną liczbę anten i może ograniczyć problemy z zakłóceniami wynikające z pracy wielu odbiorników. W przypadku dwóch odbiorników można zastosować pasywny splitter. Gdy korzystamy z trzech lub większej liczby odbiorników, zdecydowanie zaleca się użycie aktywnych spliterów. Należy też sprawdzić dopasowanie parametrów pracy anteny do danego odbiornika (systemu antenowego), co zostało już wspomniane wcześniej. W przypadku systemów UHF, w których zastosowano długie przewody między urządzeniami a antenami, może okazać się konieczne użycie wzmacniaczy sygnału antenowego.

W celu dokładniejszego poznania tych zagadnień można pobrać bezpłatną broszurę Wireless Systems Guide – Antenna Setup

Ciekawe informacje na ten temat znajdują się też w podkaście „Antenna Types & Optimal Placement for Wireless" z naszej serii „Shure Educational Podcast”.