06 Dec 2018

Jak najdu nejlepší anténu LTE? FTS Hennig testuje a porovnává za vás! (© FTS Hennig)

Zisk antény a "Nejlepší anténa LTE".

Výkon a zisk jakékoli antény, bez ohledu na typ antény a mobilní rádiový standard (síť LTE, UMTS a další), je dán konstrukcí a použitými materiály. Jak se ale projevuje zisk antény a jak najít nejlepší anténu pro danou aplikaci a optimální příjem LTE? Jak při nákupu na internetu rozeznat levné kvalitní výrobky od podřadného levného zboží? Kterým specifikacím můžete věřit a které byste měli kriticky zpochybnit? Specialisté na mobilní komunikace ze společnosti FTS Hennig vám do této problematiky vnesou trochu světla.

Srovnání antén LTE: Přehled všech informací

1 Jak správně testujeme a porovnáváme: Na tom záleží!

1.1 Antény LTE: K čemu jsou potřeba?

1.2 Rozlišení mezi poctivou radou a podvodem

2 Nejdůležitější základy návrhu antén

2.1 Vysoký výkon = velká plocha

2.2 Maximální možný zisk

2.3 Různé materiály

3 Všechny důležité návrhy: Nejlepší antény v testu

3.1 Směrové antény

3.2 Všesměrové antény

3.2 Antény pro vozidla

3.2 Vnitřní antény

4 Přehled všech zjištění: Náš závěr!

1. odborníci na mobilní telefony testují a porovnávají nejlepší příjem LTE

Tento článek je nám obzvláště blízký. Již nějakou dobu pozorujeme, že se na internetu prodává stále více nekvalitních antén s pochybnými specifikacemi a za zcela směšné ceny. Zároveň je pro mnoho zákazníků vždy obtížné rozlišit v záplavě nabídek a slibů důležité informace od těch nedůležitých (a případně nepravdivých). Pochopení všech technických detailů a nalezení správné antény se pro mnohé stává odyseou.

Jako protiváhu k tomu v naší laboratoři pravidelně testujeme aktuálně dostupné antény LTE a hodnotíme je z hlediska ceny, výkonu a zpracování. Ať už chcete mobilní komunikací zásobovat svůj počítač, televizor, tablet a další zařízení doma, nebo celou firmu - ať už kancelář nebo průmyslovou halu: Díky tomuto srovnání vám pomůžeme správně posoudit vaši individuální situaci a vyhodnotit dostupné antény LTE a přijímače LTE.

Mluvíme na základě zkušeností a odkazujeme na transparentní a objektivně naměřené hodnoty - nikoli na specifikace výrobců nebo recenze z internetu.

Aby bylo možné dosáhnout skutečně smysluplných výsledků a porovnat antény, potřebuje každý test jednotné a reprodukovatelné testovací uspořádání. Vždy potřebuje alespoň jednu známou referenční anténu - 2 nebo 3 jsou samozřejmě ještě lepší - a kabely i následný hardware (LTE router s externí anténou / LTE přijímač / opakovač / spojka) musí být konstrukčně shodné. Jakmile je tento rámec definován, určí se nejen teoreticky maximální možný zisk, ale také se zkoumá a vyhodnocuje zisk v jednotlivých frekvenčních pásmech. Širokopásmová anténa, která například dosahuje zisku 6 dBi pouze na frekvencích 800 a 1800 MHz, ale pouze 3 nebo 4 dBi na vyšších frekvencích, není kvalitativně na stejné úrovni jako anténa LTE MIMO, která poskytuje stejný zisk stabilně na všech frekvencích. Zde je podle pokrytí sítě nejvhodnější použití speciálně navržené antény LTE 1800 MHz. Externí anténa LTE Turbo Boost 1800 s 11 dBi byla vyrobena speciálně pro tyto výzvy.

Kromě fyzikálních vlastností "vnitřního fungování" mobilní rádiové antény existují samozřejmě také velké rozdíly v kvalitě pouzder, kabelových spojů a zpracování. Například venkovní anténa, jejíž kryt není odolný vůči povětrnostním vlivům, vám dlouho radost neudělá - i kdyby byla opravdu velmi levná.

1.1 Malý úvod do problematiky externích antén LTE

Pokud není k dispozici připojení přes DSL, kabel nebo satelit, je třeba použít pro přístup k internetu pomocí chytrých telefonů, tabletů apod. prostřednictvím routerů LTE s externími anténami. Mnoho společností také používá přijímače LTE k zajištění svého napájení a provozuje druhou síť paralelně např. s kabelovým primárním napájením.

Od mobilního rádiového standardu 4. generace (4G = LTE) jsou možné konkurenční přenosové rychlosti i prostřednictvím rádia. Aby však bylo možné tímto způsobem navázat stabilní a dostatečně rychlé připojení v závislosti na vzdálenosti k nejbližšímu vysílacímu stožáru a poloze vlastního stanoviště, nestačí mobilní rádiové směrovače - je tedy nutné zakoupit router LTE s externí anténou LTETooltip Icon a případně i zesilovač.

Externí anténa LTE zachytí signál v místě s dostatečně silným příjmem LTE ve svazkové formě (zisk antény) a tento signál se přenese do routeru, přijímače LTE nebo případně do opakovače (test opakovače LTE) prostřednictvím anténního kabelu s co nejmenším útlumem a vhodným konektorem (SMA, TS9 atd.) (koaxiální kabel 50 Ω). Jak bude podrobněji vysvětleno níže, existují různá provedení, která jsou více či méně vhodná v závislosti na aplikaci.

Je třeba zvážit optimální umístění instalace (co nejvýše) a délku kabelu (co nejkratší). S každým metrem kabelu dochází ke ztrátě síly signálu v důsledku útlumu. V nejhorším případě zachytí silná anténa vysoko na stožáru optimální signál, ale k routeru a přijímači LTE se nedostane dostatečně silný signál, protože délka kabelu je příliš velká.

DŮLEŽITÉ: Antény neumí kouzlit! Ani ta nejsilnější anténa nezlepší příjem, pokud je umístěna na místě bez příjmu nebo pokud není správně namontována a připojena.

Nejlepší antény LTE pro každou aplikaci

POZOR: Neexistuje žádná "nejlepší anténa LTE"! V závislosti na aplikaci je třeba zvolit odpovídající konstrukci, výkon a další parametry.

1.2 Rozlišení mezi poctivou radou a podvodem

Protože každá poptávka chce být přirozeně uspokojena a většina obyvatel se v mobilních technologiích příliš nevyzná, snaží se někteří pochybní poskytovatelé zvítězit v boji o nejlepší ceny s horší kvalitou. Už to samo o sobě je dost pochybné, ale pokud jsou navíc poskytovány nepravdivé informace, stává se to pro zákazníka pomalu kritickým - frustrace a stížnosti jsou často předem naprogramovány. Aby každý z našich čtenářů nebyl v budoucnu bezbranný proti nepravdivým tvrzením, nabízíme vám v tomto článku pomůcku pro rozhodování.

Pro upřesnění: neodsuzujeme všechny antény v sektoru nízkých cen plošně. Pokud má externí anténa LTE nižší výkon, a je tedy dostupná za nižší cenu, má také svůj smysl. Pokud jsou však inzerovány fantastické hodnoty, často to hraničí s podváděním zákazníka. Jako vášnivým technikům nám obzvláště vadí předstírání nepravdivých faktů!

Samozřejmě existuje i odvrácená strana: prodej předimenzovaných přijímačů LTE a antén LTE za enormně vysoké ceny, přestože zákazník tento výkon nepotřebuje, nelze s čistým svědomím nazvat službou. Pokud je příjem dostatečně dobrý a je třeba jej pouze stabilizovat nebo mírně zlepšit, může být levnější přijímač LTE nebo anténa s nižším výkonem také lepší volbou a šetří peníze.

Z tohoto důvodu uvádíme v naší nabídce také malý výběr levných antén pro mobilní telefony - ale také s reálnými informacemi o zisku antény!

Levná kvalitní anténa nebo podřadné levné zboží?

Shrnutí: Jak porovnáváme antény LTE?

Antény musí být namontovány na místě, kde je dostupný příjem (vysoko!). Tam se signál přijme a dále se přenáší pomocí anténních kabelů s nízkým útlumem (co nejkratších!).

Sektor nízkých cen je vysoce konkurenční. Překvapivé množství dodavatelů o svých výrobcích tvrdí něco, co z fyzikálního hlediska prostě nemůže být pravda. Proto může být někdy velmi obtížné rozlišit levné kvalitní výrobky od levného zboží nižší kvality.

2 Základy konstrukce antén

Nejdůležitějším parametrem pro konstrukci antény je pokrytí sítě a frekvence, tj. rozsah elektromagnetického spektra, ve kterém anténa pracuje. Anténa musí vždy odpovídat frekvencí. Antény LTE zatím pracují ve frekvenčních pásmech 800 MHz, 1800 MHz a 2600 MHz.

Pro ilustraci se nejprve podíváme na pásmo LTE 800 MHz, což je také frekvenční rozsah, o kterém mluvíme.

Vlnová délka lambda při frekvenci 800 MHz je 37,5 cm. Lambda čtvrtina (ƛ/4) je pro každého konstruktéra antén obzvláště důležitá hodnota, protože zde napětí dosahuje maxima a proud je nulový. Díky tomu lze velmi snadno nastavit rezonanční frekvenci a impedanci. Proto konstruktéři antén vždy pracují ve čtvrtinových vlnových délkách lambda.

Konstrukce antény LTE, pouze jako příklad

Jednotlivé vyzařovací prvky jsou umístěny na povrchu reflektoru ve vzdálenosti závislé na frekvenci. Velikost této plochy také hraje roli v zisku a směrovosti.

Pro snadnější prezentaci jsme zvolili čtverce. Někteří výrobci používají také kruhové prvky, které zmenšují potřebný prostor. Nicméně zářiče nesmí být menší než 15 x 15 cm; navíc je vidět zřetelný výstupek povrchu reflektoru. Výsledkem je pouzdro o rozměrech 230 x 215 x 60 mm. Taková anténa LTE 800 MIMO nejen teoreticky dosahuje 8-9 dBi, ale také v praxi.

Srovnávací měření ukázala dokonce zisk 8 dBi na kabelu o délce 10 m.

Jak ukazuje výše uvedený graf, výkon antény lze zvýšit zdvojením anténních prvků. S každým zdvojením se zisk zvýší maximálně o 3 dB. Vždy však dochází ke ztrátám v důsledku vedení mezi jednotlivými prvky. Proto nikdy není dosaženo plného 3dB.

2.1 Vysoký výkon = velká plocha

Pokud nyní sestrojíme anténu 15 dBi, bude vypadat jako na obrázku viz odkaz. Pro lepší přehlednost je zobrazena pouze jedna anténní větev (bez MIMO!).

Vyzařovací prvky antény 15dBi

ZÁVĚR: Velký výkon vyžaduje také velkou plochu!

Pro 15 dBi potřebujete 16 jednoduchých prvků nebo 8 dvojitých zářičů. Ať se na to díváte jakkoli, fyzicky potřebujete 50 x 50 cm. Pokud chcete dosáhnout zisku 21 dBi, potřebujete plochu 1 x 1 metr!

V následujícím textu je opět znázorněn vztah mezi ziskem antény a její velikostí. Je vidět, že na frekvenci 800 MHz jsou potřeba obrovské plochy. Graf závislosti jednotlivých zářičů na zisku je obecně platný, nezávisle na frekvenci.

2.2 Co nám to říká o anténách LTE?

Chceme objasnit, že pro určitý výkon a s ním spojený zisk antény je také nutná jasně definovaná velikost. Naopak, například na Amazonu jsou nabízeny antény, které jsou na jedné straně inzerovány s rozměry pouzdra "pouze 180 x 320 x 30 mm" a na druhé straně slibují "ohromující výkonový zisk 15 dBi". Jednoduše to nefunguje. Mobilní technologie je fyzika - ne magie!

Na dotaz zákazníka, zda prodejce myslel 2 x 7,5 dBi pro anténu MIMO, bylo potvrzeno 15 dBi. Ale pouze 7,5 dBi jsou reálné pro velikost antény - ale ne více. Na druhou stranu anténa 15 dBi vyžaduje mnohem více technického úsilí a stojí odpovídajícím způsobem více.

Takže tady koketují s výkonem, který nemůže být nikdy naplněn. Pokud je dosaženo dostatečné síly signálu se skutečným ziskem antény, zákazník si toho nemusí ani všimnout, ale jde prostě o falšování faktů!

Paradoxně však, alespoň u některých prodejců, není příčinou nepravdivých prohlášení úmyslné nebo zlovolné klamání. Mnozí obchodníci zřejmě jednoduše nechápou fyzikální podstatu údajů a vesele sčítají čísla - protože jim to připadá logické.

2.3 Rozdíly v materiálech, pouze jako příklad

Kromě velikosti a designu (viz níže) hrají zásadní roli použité materiály. Vysvětlíme si to na příkladu: My ve společnosti FTS Hennig se mimo jiné již řadu let zabýváme vlastní výrobou antén 3G. Používají se typy antén "biquad" (1 x 8) a "double biquad" (2 x 8). Původem výroby bylo použití silného měděného drátu. Tento drát je naprosto hladký a povrchová vodivost, jak je vyžadována v anténní technice, fungovala dokonale.

Pro zjednodušení výroby jsme nechali prvky vyrobit v jeden den řezáním vodním paprskem z mosazného plechu. Každý prvek vypadal stoprocentně stejně jako ten druhý. Povrch mosazného pásku a zejména jeho řezné hrany však již netvořily homogenní povrch. Dosáhli jsme pouze zlomku původního výkonu. Proto jsme se rychle vrátili ke staré ruční výrobě.

V průběhu let jsme otestovali poměrně dost antén od jiných výrobců. V praxi se pod plastovými kryty mnoha antén skrývá vyražený mosazný plech - pro zákazníka neviditelný. Nezřídka se na kryt používají horší materiály s krátkou životností. Má-li být anténa při venkovním použití odolná proti povětrnostním vlivům a chráněná před povětrnostními vlivy, měl by být kryt vyroben z odpovídajícího kvalitního plastu ABS. Mnoho levných antén tento požadavek nesplňuje - v praxi je to často nepříjemně patrné až po delší době.

Souhrn

800MHz antény LTE MIMO v pouzdře o rozměrech 30 x 30 cm mohou dosáhnout maximálního zisku 9 dBi na přijímací větev. Cokoli jiného je s pasivní anténou technicky nemožné!

Kromě velikosti vyzařovacích prvků hrají důležitou roli použité materiály!

3 Nejlepší antény v testu

Základní body, které je třeba vzít v úvahu při testování antén LTE, již byly popsány (viz výše). Je však také třeba poznamenat, že ne všechny antény lze vzájemně porovnávat kvůli rozdílným konstrukčním a funkčním metodám. V následujícím textu si vysvětlíme nejdůležitější typy antén.

3.1 Směrové antény

V zásadě nejvýkonnější antény jsou logaritmicko-periodické směrové antény (existují i jiné typy směrových antén). Tyto antény mají mnohem větší mechanickou konstrukci než například většina všesměrových antén, a proto již z principu poskytují vyšší zisk. Tyto antény jsou také mnohem účinnější díky své směrovosti. I zde je však možné značně podvádět, aby se optimalizovaly náklady - zejména pokud jde o materiál a provedení (viz výše). Kromě známých antén Wittenberg, které jsou vyrobeny z holého otevřeného hliníku, máme nyní k dispozici také plně zapouzdřené antény LogPer zabudované do pouzdra. Jsou tedy vhodné pro přímořské lokality.

Nejlepší směrové antény LTE

Velikost a počet prvků má za následek výkon

Pro logaritmické antény platí také následující: větší počet prvků vede k většímu zisku, nebo pokud se použije méně prvků, je třeba počítat s menším ziskem. Při pohledu na specifikace některých výrobců je nyní jasné, že pokud všechny logaritmické antény podléhají stejným fyzikálním zákonům, určité rozdíly mezi anténami LTE vyvolávají určité otázky.

U antény LTE od neznámého prodejce na Amazonu je zákazníkovi dokonce navrhován zisk "Celkem: 20 dBi". Víme, že celkový zisk obou antén je míněn. Ale zákazník to neví!

Fyziku nelze obejít: velký výkon = velká anténa!

Ale ještě důležitější je: dokáže anténa skutečně zajistit 10 dBi? Odpověď zní: "NE!" Lze dosáhnout maximálně 7 až 8 dBi. Pokud je anténa jen poloviční, může mít jen poloviční počet prvků. Pokud předpokládáme, že anténa má pouze poloviční výkon, nemůžeme se již divit nízké ceně. Pak bychom ale dodavateli také doporučili, aby zboží odpovídajícím způsobem deklaroval a nezdobil se cizím peřím.

Souhrn

Zisk a výkon antény vždy přímo souvisí s vyzařovací plochou. Velký výkon vyžaduje velkou anténu.

3.2 Všesměrové antény

Všesměrové antény mají oproti směrovým anténám jasnou výhodu: nemusí být přesně polohovány, nebo alespoň ne přesně, protože jejich horizontální vyzařovací úhel je 360°. Na druhou stranu, vícesměrové antény také podléhají pravidlům fyziky: jejich výrazně větší vyzařovací úhel je vykoupen nižším výkonem. Díky tomu, že mohou přijímat signály prakticky z jakéhokoli směru, jsou také citlivější na rušení a jiné poruchy signálu.

V praxi se lidé snaží vyhnout všesměrovým anténám, kdykoli je to možné. Pokud to není možné (např. není možná přímá viditelnost na stožár vysílače), je třeba učinit kompromisy z hlediska výkonu.

3.3 Antény pro vozidla

Antény pro osobní a nákladní automobily, autobusy, mobilní domy nebo sanitky mohou být pouze všesměrové - přijímač LTE se přece neustále pohybuje. Směrová anténa by se proto musela neustále nastavovat nebo přenastavovat. Kromě toho se na cestách přechází z buňky na buňku, což může (víceméně) plynule probíhat pouze s všesměrovými anténami.

V ideálním případě jsou antény na vozidle přišroubovány ke střeše, ale existují i antény lepicí a magnetické. Síly, které vznikají při jízdě, i estetické požadavky moderních vozidel umožňují pouze poměrně malé konstrukce. Jak již víme, vysoký zisk antény jde ruku v ruce s odpovídající velkou plochou - takže z hlediska výkonu nejsou vozidlové antény srovnatelné s "normálními" všesměrovými nebo dokonce směrovými anténami.

Z hlediska ceny jsou někdy také velké rozdíly, protože sofistikovanější vozidlové antény mohou kromě LTE a spol. přenášet také WLAN a GPS.

3.4 Vnitřní antény pro celoplošný příjem v budovách

Vnitřní antény mají obvykle omezené rozměry (kdo by chtěl mít v obývacím pokoji nebo v kanceláři obrovskou anténu?). Už jen z tohoto důvodu je výkon omezený. Kromě toho budovy velmi silně tlumí rádiové vlny, takže do budovy nedosáhne příliš vysoká úroveň. Pro zlepšení příjmu pomocí vnitřní antény jsme však ve společnosti FTS Hennig vyvinuli vlastní multianténu FTS Complete Mobile, kterou lze připevnit na okno pomocí přísavek. Pokud příjem uvnitř stále není dostatečně dobrý a LTE není k dispozici, je třeba na vnější stranu okna namontovat router LTE s externí anténou.

Souhrn

V závislosti na oblasti použití a použitém frekvenčním pásmu se mobilní rádiové antény liší svým výkonem. Přesto existují výkonné antény, které v přímém srovnání jasně vynikají nad konkurenčními produkty a v případě pochybností jsou lepší volbou. Kvalita má však také svou cenu

Jako vždy však platí, že na obecná tvrzení není nikdy spolehnutí! :-D

BONUS: Antény LTE 800 MHz v testu

Další anténa, na kterou jsme se blíže podívali již v roce 2016, je také širokopásmová a je směsí logaritmické periodické antény a plošné antényTooltip Icondar. Na štítku je uvedeno 14 dBi a anténa je také inzerována s 14 dBi. Tak to vidí zákazník. Náš test to však jednoznačně prokázal: Na jednu přijímací větev připadá pouze 7 dBi. Srovnávali jsme jej s novero Dabendorf MIMO 800 (již není k dispozici).

Test příjmu jen pro informaci

Anténa novero Dabendorf MIMO 800 "14 dBi" Anténa na Amazonu

Je to pouze 7dBi a ne 14dB

Neuvěřitelných 14 dBi?! - Ve skutečnosti je to pouze 7 dBi na přijímací větev.

Tato anténa má své opodstatnění i v prodeji. V ideálním případě by se však člověk měl držet pravdy. Lze například zmínit, že plast použitý na kryt není odolný vůči povětrnostním vlivům a dříve či později v mrazu praskne nebo se na extrémním slunečním světle zdeformuje. Odolnost proti povětrnostním vlivům je jiná. Je třeba také zmínit, že zpracování uvnitř antény bylo velmi laciné (není přiložen žádný datový list) - ale to asi neměli očekávat ;-).

Takové pochybné metody prodeje narušují hospodářskou soutěž a znemožňují zákazníkovi rozlišit mezi jablky a pomeranči, tj. mezi kvalitními a levnými výrobky.

Pro upřesnění opakujeme: nemáme nic proti levným výrobkům a víme, že mnozí zákazníci je dokonce vyžadují. Vysoká kvalita však nikdy není levná a to by mělo být kupujícím vždy jasné - dokonce i u antén LTE!

Souhrn

K nákupu antény přistupujte kriticky a ptejte se na výkonnostní specifikace antén. Vždy také zkontrolujte odolnost celé konstrukce. A pokud chcete dosáhnout vynikajících výsledků, nešetřete na nesprávném místě - protože kvalita má vždy svou cenu!

4.0 Závěr: Přehled nejdůležitějších zjištění

Vzhledem k tomu, že tento článek je velmi dlouhý, shrneme nejdůležitější poznatky z našich testů a porovnání antén LTE:

I antény podléhají fyzikálním zákonům: čím větší anténa, tím větší zisk!

Kromě velikosti jsou rozhodující použité materiály a kvalita zpracování!

Levné produkty jsou často inzerovány s fyzicky nemožným ziskem!

Různé konstrukce se značně liší - můžete je porovnávat pouze mezi sebou (směrové antény se směrovými anténami atd.)!

V závislosti na požadavcích a aplikaci mohou i levné antény splnit svůj účel. Je důležité mít přesné znalosti o vašich individuálních požadavcích a slabých stránkách výrobku!

Z přesvědčení přijímáme výzvu Marka Twaina, který v tomto článku i v naší každodenní práci řekl: "Je snazší někoho oklamat, než ho přesvědčit, že byl oklamán."

Doufejme, že v dialogu s vámi, milí čtenáři, dokážeme opak. Své zákazníky informujeme a radíme jim transparentně a komplexně - samozřejmě zdarma! Každý si u nás tedy může vybrat tu nejlepší anténu pro svou aplikaci - ať už LTE, UMTS nebo GSM.