Antenas direcionais em ambiente semiurbano

Neste artigo, Pieter Prinsloo destaca os benefícios da utilização de antenas direcionais em ambientes semiurbanos, usando um estudo de caso de um cliente nos EUA. Ele explica como o alinhamento da antena POYNTING XPOL-2-5G pode melhorar a intensidade do sinal e destaca diretrizes a serem seguidas na instalação dessas antenas.

1. Introdução

Este artigo utiliza a situação de um cliente nos EUA para demonstrar a importância das antenas direcionais em um ambiente semiurbano. Pieter mostra a localização real da torre e da residência, e demonstra como a alteração do alinhamento da antena POYNTING XPOL-2-5G pode fazer uma diferença significativa na intensidade do sinal.

Antenas UNIdirecionais funcionam muito bem em áreas semiurbanas onde as distâncias entre as estações base das operadoras de rede móvel (MNO) tendem a ser grandes e pouco povoadas. No entanto, existem algumas diretrizes, no que diz respeito à instalação de antenas direcionais, que são importantes para serem lembradas.

Quando usar uma antena direcional?

A POYNTING Antennas projeta e fabrica dois tipos principais de antenas para implantação LTE, 4G e 5G.

2.  Antenas OMNI-Direcionais

 Essas antenas são projetadas principalmente para áreas urbanas onde várias estações base de um determinado MNO (o MNO de sua escolha) estão localizadas, normalmente a algumas centenas de metros ou metros do local onde a antena + o roteador LTE, 4G, 5G está para ser instalado.

A justificativa é que o roteador que transmitirá/receberá sinais de/para essas estações base terá amplo sinal de radiofrequência (RF) de todas essas estações base devido às curtas distâncias que o sinal de RF deve percorrer.

Normalmente, o roteador irá então 'alternar' entre essas estações base usando várias técnicas empregadas pelos MNOs para transmitir/receber múltiplos sinais.

3. Antenas Unidirecionais

Em áreas suburbanas, muitas vezes descobrimos que as estações base MNO são colocadas mais distantes umas das outras, a mais de 1000 jardas (mais de 1000 metros), muitas vezes com densas habitações/complexos habitacionais suburbanos e/ou muitas plantas/árvores; tudo isso contribui para a má qualidade do sinal, exigindo uma antena com o que é conhecido como 'alto ganho'.

A má qualidade do sinal de rádio pode ser:

  • Níveis baixos de sinal de rádio devido às distâncias mais longas que o sinal tem que percorrer.
  • 'Ruído' de radiofrequência [sinais de rádio aleatórios] de fontes como transformadores de rede elétrica, máquinas próximas, etc.
  • Interferência de 'outras' fontes de rádio interferindo na 'mesma' banda de frequência que o sinal de rádio desejado que o roteador de Internet está tentando receber.

4. Como escolher?

Uma antena direcional foi projetada para superar as limitações de 'má qualidade do sinal de rádio' em virtude de:

  • A 'direcionalidade' dessas antenas 'focaliza' o sinal de rádio para obter maior ganho e superar as perdas de sinal de rádio devido à distância das estações base.
  • 'Ignora' uma grande proporção do 'Ruído' ou 'Sinais de Rádio Aleatórios' devido a esta 'Direcionalidade', bem como a interferência 'no Canal' de outras Estações de Rádio.

Muitas áreas suburbanas sofrem com as limitações descritas nos itens 2.2 e 3.1 acima e, portanto, uma antena direcional como a XPOL-2-5G da POYNTING é uma excelente escolha para muitas áreas suburbanas, como comprovado por diversas instalações em todo o mundo.

5. O que fazer e o que não fazer instalando um Antena Direcional

Consideremos um cenário da “vida real” – a área e a Operadora de Rede Móvel (T-Mobile) são reais, o requisito é fictício, mas um cenário da “vida real”, no entanto.

Figura 1 Casa e duas estações base LTE da T-Mobile (imagem cortesia de cellmapper.net)

A Figura 1 acima mostra uma área suburbana real nos EUA; os retângulos mostram uma residência suburbana (acinzentada) e os dois círculos circundam duas estações base LTE da T-Mobile operando em:

  • ID do eNodeB – 889502; Bandas 12 (700 MHz) e 71 (600 MHz)
  • ID do eNodeB – 69549; Bandas 2 (1900 MHz), 12 (700 MHz), 66 (1700 MHz)
Figura 2 Distância das torres até a residência (imagens cortesia do Google Earth)

A Figura 2 mostra as distâncias entre essas torres e a residência, canto superior esquerdo.

  • Suponhamos, para fins deste exercício, que as Frequências mais baixas das Bandas, 12 (700MHz) e 71 (600MHz) são ideais para transmissão das Estações Base para a área onde está localizada a residência.
Figura 3 Obstruções no caminho (imagem cortesia do Google Earth)
Figura 4 XPOL-2-5G instalado, mas com obstrução de árvores (imagem cortesia de cellmapper.net)
  • O proprietário da residência passa pela Estação Base eNodeB ID 889502 todos os dias e assume que esta é a Estação Base correta para 'conectar-se' e que esta Estação Base suporta as Bandas 12 e 71.
  • A distância até a estação base LTE da T-Mobile, o ISP escolhido pelo proprietário, é de 1.51 km (2.43 milhas).
  • NO ENTANTO, o proprietário (ou instalador) que embarca nesta instalação, não percebe que há uma obstrução a 820 jardas (750m) de sua residência; algumas árvores muito altas e densas bloqueando o caminho do sinal em direção ao eNodeB ID 889502 (Figura 3)
  • O proprietário (instalador) implanta o XPOL-2-5G conforme a Figura 4, mas obtém baixa qualidade de sinal do eNodeB ID 889502 devido ao 'bloqueio' do caminho do sinal de rádio pelas árvores, conforme mostrado na Figura 3.
  • Além disso, a 'direcionalidade' da antena impede o sinal da estação base eNodeB ID 69549, (ver Figura 4), onde o 'padrão de radiação' é tal que o sinal de rádio do eNodeB ID 69549 não 'cai dentro' da 'abertura' - ou 'Ângulo de Aceitação' do XPOL-2-5G.
  • Devido aos fatores acima, nomeadamente perda de caminho de rádio ruim e não estar alinhado com o eNodeB ID 69549, o proprietário experimenta níveis de sinal ruins e, subsequentemente, desempenho de download/upload ruim, ou seja, uma experiência de usuário totalmente ruim.

Uma palavra sobre antenas direcionais:

  • As antenas direcionais têm a capacidade de aumentar o ganho do sinal de rádio em uma determinada 'direção'.
  • Isto é muito vantajoso quando uma única Estação Base, como em muitas áreas suburbanas, é a melhor opção; aumenta o sinal de rádio disponível para o roteador e diminui a quantidade de 'ruído' de rádio ('emissões de rádio espúrias') e interferência de outras redes de rádio nas proximidades operando nas mesmas frequências.
  • A Figura 5 abaixo mostra a natureza 'Direcional' da Antena (XPOL-2-5G) nas diferentes Radiofrequências utilizadas pelos Operadores de Redes Móveis; esses 'padrões de radiação' são medidos em uma câmara especial pelos engenheiros da POYNTING.
  • Na Figura 4 eu 'sobrepus' o 'Padrão de Radiação' no Mapa para mostrar como o 'Ângulo de Aceitação', direcionado ao eNodeB ID 889502, será muito estreito para aceitar sinais do eNodeB ID 69549 – o
    XPOL-2-5G precisa ser 'dirigido' corretamente. (Veja a 'Especificação Técnica' [T'S] completa em www.POYNTING.tech).

A Solução

Saber qual estação base, fornecida pelo seu ISP/operador de rede móvel, fornecerá o melhor sinal de rádio possível, é extremamente importante. Sem esse conhecimento, inúmeras horas podem ser desperdiçadas tentando obter uma boa recepção e desempenho!

Considere o proprietário (instalador) sabendo que:

  • Há outro eNodeB situado em ID 69549 com 'Alta Potência de Saída'.
  • A importância do Ângulo de Aceitação e depois direcionar a Antena no eNodeB ID 69549.
  • A Figura 6 abaixo representa a Solução do ponto de vista da orientação correta da Antena para as circunstâncias apresentadas por esta instalação específica.
Figura 6 O XPOL-2 com orientação diferente. (Imagem cortesia de cellmapper.net)
Figura 7 Caminho mais claro desta torre (imagens cortesia do Google Earth)

Além disso, olhando para a Figura 7, pode-se ver que o caminho topográfico é muito mais claro do que a situação desafiadora com o caminho do sinal de rádio em direção ao eNodeB ID 889502

Cabas Perdas:

Figura 8 HDF195 e LMR400 Cable Cálculos de perda para XPOL-2-5G
  • Outra questão séria a considerar é Cable Perdas da antena para o roteador.
  • Considere a Figura 8 acima, um HDF-15 de 50 m (195 pés) é uma boa qualidade cable, mas tem mais perdas de RF por metro do que, por exemplo, o LMR-400, também mostrado na Figura 7.
  • O LMR-400 pode ser um pouco mais difícil de instalar devido à sua rigidez e volume, mas, como você pode ver na tabela de resultados, um LMR-15 de 50 m (400 pés) cabele terá uma enorme vantagem fornecendo algo entre o dobro (2x) e o triplo (3x) do sinal para o roteador devido às menores perdas entre ele e a antena.
  • O modelo POYNTING A-XPOL-0002-V3-12 é equipado com conectores tipo N exatamente por esse motivo - instalando LMR-400, com conectores tipo N instalados, para estes mais longos 'cable é executado' obrigatório.

O sumário

  • Saiba para onde e como apontar seu POYNTING XPOL-2-5G Antena; altura acima do nível médio do solo é sempre uma vantagem, monte o mais alto possível em um poste/mastro (e observe as regras de 'aterramento da antena' em instalações muito altas!).
  • Guarda cabarquivos entre a antena e o roteador o mais curto possível e considere o LMR-400 (ou outro 'baixa perda' cable) por mais tempo cabele corre.
  • IMPORTANTE: Alguns roteadores com portas de antena 'externa' possuem um 'interruptor de antena interna/externa' que precisa ser configurado (nas 'Configurações de configuração' da interface da Web) antes de 'ativar' essas portas para implantação de antena externa.
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