J'ai vu trop de caméras PTZ perdre leur connexion sur le terrain. Une seule antenne ne suffit pas lorsque votre site se trouve à des kilomètres de la tour cellulaire la plus proche.
Une conception à double antenne améliore la couverture du signal dans les zones éloignées en utilisant la diversité d'espace et le système d'antennes. Technologie MIMO 1. Deux antennes reçoivent les signaux par des voies différentes, réduisent les évanouissements et augmentent le débit des données. Ainsi, votre caméra PTZ reste connectée et transmet en continu, même à la limite de la couverture cellulaire ou Wi-Fi.
couverture du signal de la caméra PTZ par une double antenne pour les zones éloignées
Dans cet article, j'explique exactement comment les antennes doubles fonctionnent dans les déploiements réels. J'aborde les options d'antennes externes, les gains de vitesse MIMO, la résistance aux interférences et l'espacement correct des antennes. Si vous achetez des caméras PTZ solaires 4G en Chine pour des projets à distance, vous avez besoin de ces informations avant de passer votre prochaine commande.
Puis-je utiliser une antenne Yagi externe à gain élevé avec le port d'antenne secondaire ?
Cette question m'est souvent posée par des intégrateurs de systèmes travaillant dans l'Amérique rurale. Leurs sites sont éloignés des stations de base et les antennes intégrées ne suffisent pas.
Oui, la plupart des caméras PTZ 4G de qualité industrielle dotées d'une véritable conception à double antenne disposent de deux ports RF - Main et Div - utilisant des connecteurs SMA ou TS9 standard. Vous pouvez connecter une antenne externe Antenne Yagi 2 au port secondaire pour augmenter la sensibilité de réception et étendre votre portée utilisable de 15% à 25%.
Antenne Yagi à haut gain Port secondaire Caméra PTZ 4G
L'importance du port secondaire
De nombreuses personnes pensent que le port de l'antenne secondaire n'est qu'une solution de secours. Ce n'est pas le cas. Dans un véritable système à double antenne, le module 4G à l'intérieur de l'appareil photo possède deux chaînes RF distinctes. L'une se connecte à l'antenne Principal port. L'autre se connecte au Div (diversité). Les deux sont actifs en même temps.
Lorsque je connecte une antenne Yagi à haut gain au port secondaire, je donne au récepteur en diversité un signal plus fort avec lequel travailler. Le système combine alors les deux signaux. C'est ce qu'on appelle Combinaison à rapport maximal (MRC). Il en résulte un rapport signal/bruit (RSB) effectif plus élevé.
Quel type d'antenne Yagi dois-je utiliser ?
Pour les bandes 4G LTE couramment utilisées aux États-Unis (Bande 12, Bande 13, Bande 71), je recommande une antenne Yagi directionnelle avec au moins Gain de 10 dBi. Orientez-le vers l'antenne relais la plus proche. Cette configuration peut transformer une connexion marginale en une connexion utilisable.
Voici une comparaison rapide :
| Type d'antenne | Gain typique | Largeur du faisceau | Meilleur cas d'utilisation |
|---|---|---|---|
| Omni intégré (stock) | 3-5 dBi | 360° | Zones urbaines à fort signal |
| Omni externe (mise à niveau) | 6-8 dBi | 360° | Banlieue, signal modéré |
| Yagi externe (directionnel) | 10-14 dBi | 30°-60° | Rural, signal faible, longue portée |
Attention aux fausses antennes doubles
Je dois être honnête. Certaines caméras bon marché sur le marché ont deux antennes à l'extérieur, mais une seule est réellement connectée au module 4G. L'autre n'est là que pour faire joli. Il s'agit d'une astuce courante pour faire paraître un produit plus performant.
Lorsque j'évalue un fournisseur, je demande toujours le rapport de test RF. Je veux que les ports Main et Div soient mesurés indépendamment l'un de l'autre. Chez Loyalty-Secu, les deux ports d'antenne se connectent à des antennes en cuivre à gain élevé. Nous testons l'adaptation RF sur chaque unité. Dans les environnements où la force du signal tombe à -110 dBm, nos caméras maintiennent toujours une connexion stable. C'est la différence entre un vrai système à double antenne et un système cosmétique.
Comment la conception MIMO (entrées multiples, sorties multiples) améliore-t-elle mes vitesses de téléchargement ?
Des clients m'ont appelé, frustrés parce que les flux de leur caméra PTZ 4G ne cessent de se mettre en mémoire tampon. La caméra fonctionne bien dans l'entrepôt. Mais sur un chantier éloigné, la vidéo est impossible à regarder.
MIMO utilise deux antennes pour envoyer et recevoir plusieurs flux de données en même temps. Dans une configuration 2×2 MIMO, le module 4G peut gérer deux flux de données parallèles. Cela peut presque doubler votre vitesse de téléchargement par rapport à un système à une seule antenne, surtout lorsque la qualité du signal est moyenne.
Caméra PTZ MIMO à double antenne et vitesse de téléchargement 4G
Comment la technologie MIMO fonctionne-t-elle sur le terrain ?
Dans les réseaux LTE, la station de base peut diviser vos données en deux flux distincts. Chaque flux emprunte un chemin spatial différent et arrive à une antenne différente de votre appareil photo. Le module 4G réassemble ensuite les données. C'est ce qu'on appelle le Multiplexage spatial. Il fonctionne le mieux lorsque les conditions de signal sont satisfaisantes - généralement lorsque SINR 3 est supérieure à 10 dB.
Mais voici ce que la plupart des gens ne réalisent pas. Dans les zones où le signal est faible, le réseau n'utilise pas le multiplexage spatial. Au lieu de cela, il passe à Diversité d'émission mode. Dans ce mode, la station de base envoie les mêmes données à partir de plusieurs antennes. Votre caméra à double antenne reçoit les deux copies et les combine. Cela ne double pas votre vitesse, mais rend votre connexion beaucoup plus fiable. Cela peut faire la différence entre un flux 1080p stable et une mise en mémoire tampon constante.
Des chiffres réels pour des déploiements réels
J'ai vu des tests sur le terrain où la connexion d'une antenne MIMO 2×2 appropriée à un terminal 4G a amélioré le RSRP de -90 dBm à -66 dBm, et le SINR est passé de près de 0 à plus de 20. Le lien est passé de “à peine connecté” à “haute qualité” en quelques secondes.
Pour une caméra PTZ solaire 4G fonctionnant avec l'encodage H.265+, j'ai généralement besoin d'environ 1-3 Mbps en amont pour un flux 1080p stable. Voici comment MIMO peut vous aider :
| État du signal | Chargement d'une seule antenne | Chargement à double antenne (2×2 MIMO) |
|---|---|---|
| Signal fort (RSRP > -80 dBm) | 8-15 Mbps | 15-30 Mbps |
| Signal modéré (-80 à -100 dBm) | 3-6 Mbps | 5-12 Mbps |
| Signal faible (-100 à -110 dBm) | 0,5-1,5 Mbps | 1,5-4 Mbps |
L'importance du streaming PTZ 4K
En ce qui concerne les signaux faibles, une seule antenne permet à peine d'atteindre 1 Mbps. Ce n'est pas suffisant pour une vidéo fluide, même avec une H.265+ 4. Mais avec la technologie MIMO à deux antennes, je peux atteindre un débit de 1,5 à 4 Mbps. Cette plage est suffisante pour diffuser un flux 1080p net ou même un flux 4K compressé dans des scènes à faible mouvement comme la surveillance de périmètre.
Je le dis toujours à mes clients : MIMO ne transformera pas l'absence de signal en barres complètes. Mais dans les zones où vous avez un peu de signal - les zones périphériques, les endroits intermédiaires - MIMO est ce qui maintient votre flux vidéo en vie. Et lorsque vous l'associez à l'encodage H.265+ qui réduit les besoins en bande passante de 50% ou plus, vous obtenez un système qui fonctionne réellement dans le monde réel.
La configuration à double antenne réduira-t-elle l'évanouissement du signal dans les zones où les interférences sont importantes ?
J'ai déployé des caméras près de raffineries de pétrole, d'entrepôts métalliques et de lignes d'arbres denses. Les caméras à antenne unique tombent constamment en panne dans ces endroits. Le signal va et vient comme une lumière vacillante.
Oui, les configurations à double antenne réduisent considérablement l'évanouissement du signal causé par les interférences par trajets multiples. En utilisant la diversité spatiale et la polarisation croisée, deux antennes captent différentes versions du même signal. Le système choisit la version la plus puissante ou combine les deux, ce qui permet de récupérer de 3 à 5 dB de puissance de signal perdue.
la double antenne réduit l'évanouissement du signal l'interférence par trajets multiples
Quelle est la cause première de l'évanouissement du signal ?
Les signaux radio ne se déplacent pas en ligne droite et ne s'arrêtent pas. Ils rebondissent sur les bâtiments, le sol, les arbres, les structures métalliques et même l'eau. Chaque rebond crée une copie du signal qui arrive à votre antenne à un moment et sous un angle légèrement différents. Ces copies peuvent s'additionner de manière constructive (en renforçant le signal) ou destructive (en s'annulant mutuellement).
Lorsque des interférences destructives se produisent, votre signal chute soudainement. C'est ce qu'on appelle évanouissement par trajets multiples. Cela peut se produire en quelques millisecondes. Votre caméra peut afficher trois barres une seconde et zéro barre la seconde suivante. C'est la cause première des déconnexions intermittentes qui frustrent tant de mes clients.
Comment les antennes doubles luttent contre l'évanouissement
La physique est simple. Deux antennes placées à des endroits différents connaîtront des schémas d'évanouissement différents. Lorsqu'une antenne atteint un signal nul (un point mort), il est presque certain que l'autre antenne ne se trouve pas dans la même situation. Le système peut alors sélectionner le meilleur signal ou combiner les deux.
Il existe trois techniques principales :
Sélection Combinaison
Le système surveille en permanence les deux antennes et choisit celle dont le signal est le plus fort à tout moment. Il s'agit de l'approche la plus simple, qui fonctionne bien pour la diversité de base.
Combinaison à rapport maximal (MRC)
Le système pèse les deux signaux en fonction de leur qualité et les additionne. Cela permet d'obtenir la meilleure sortie possible. La plupart des modules 4G modernes utilisent le système MRC.
Diversité des polarisations croisées
Dans nos caméras PTZ à double antenne, je configure une antenne pour la polarisation verticale et une autre pour la polarisation horizontale. Après avoir rebondi sur des surfaces, la direction de polarisation du signal change de manière imprévisible. En couvrant les deux plans de polarisation, je capture une plus grande partie de l'énergie totale du signal.
Le résultat en pratique
Dans les environnements où les trajets multiples sont importants (canyons urbains, complexes industriels, zones forestières), la diversité à deux antennes offre généralement un gain équivalent à celui de la diversité à deux antennes. 3 dB à 5 dB sur une seule antenne. Cela peut sembler peu. Mais en ingénierie RF, chaque 3 dB double la puissance effective reçue. Cela signifie qu'une caméra PTZ à double antenne peut être installée 15% à 25% plus loin de la station de base qu'une caméra à une seule antenne, tout en conservant la même qualité de connexion.
Pour mes clients qui travaillent dans des ranchs au Texas ou sur des sites miniers au Canada, cette marge supplémentaire n'est pas seulement une caractéristique agréable. C'est la différence entre une caméra qui fonctionne et une caméra qui reste là à clignoter “hors ligne”.”
Quelle est la distance recommandée entre les deux antennes pour une efficacité maximale ?
J'ai eu un jour un client qui avait monté les deux antennes l'une à côté de l'autre sur le même support. Il m'a appelé le lendemain, confus. “Han, je ne vois aucune amélioration par rapport à une seule antenne.”
Pour obtenir un gain de diversité maximal, les deux antennes doivent être espacées d'au moins une demi-longueur d'onde. Pour les fréquences 4G LTE autour de 700 MHz, cela signifie environ 20 cm (8 pouces). Pour les bandes 1800-2600 MHz, 6 à 8 cm suffisent. La polarisation croisée peut réduire davantage l'espacement requis.
distance de l'espacement des antennes distance de l'espacement des antennes double antenne caméra PTZ
L'importance de l'espacement
L'intérêt des antennes doubles est qu'elles sont confrontées à des conditions de signal différentes. Si je les place trop près l'une de l'autre, elles voient presque le même signal - les mêmes affaiblissements, les mêmes nullités. L'avantage de la diversité tombe à presque zéro.
La règle générale en matière d'ingénierie d'antenne est la suivante : espacement minimal de λ/4 à λ/2, où λ (lambda) est la longueur d'onde de la fréquence d'exploitation. Aux fréquences 4G LTE, les longueurs d'onde varient beaucoup en fonction de la bande.
Lignes directrices sur l'espacement par bande de fréquences
Voici un tableau de référence pratique que j'utilise lorsque je conçois l'agencement des antennes de nos caméras :
| Bande LTE | Gamme de fréquences | Longueur d'onde (λ) | Espacement minimal (λ/4) | Espacement recommandé (λ/2) |
|---|---|---|---|---|
| Bande 71 (600 MHz) | 617-698 MHz | ~46 cm | ~12 cm | ~23 cm |
| Bande 12/13 (700 MHz) | 698-798 MHz | ~41 cm | ~10 cm | ~20 cm |
| Bande 4 (1700 MHz) | 1710-1755 MHz | ~17 cm | ~4 cm | ~9 cm |
| Bande 7 (2600 MHz) | 2500-2690 MHz | ~12 cm | ~3 cm | ~6 cm |
Sur nos caméras PTZ industrielles, les deux points de montage de l'antenne sont espacés en fonction des bandes LTE ciblées pour chaque marché. Pour les unités américaines fonctionnant principalement sur les bandes 12/13 et 71, je m'assure qu'il y a au moins 20 cm de séparation entre les deux bases d'antenne.
La polarisation croisée comme alternative
L'espace physique est parfois limité. Le boîtier d'une caméra PTZ n'est pas infiniment grand. Dans ces cas, j'utilise antennes à polarisation croisée au lieu de s'appuyer uniquement sur la séparation spatiale. Une antenne est orientée verticalement, l'autre à 45° ou horizontalement.
La polarisation croisée permet d'obtenir une diversité grâce à la différence de polarisation plutôt qu'à la distance physique. Cela signifie que je peux monter les deux antennes plus près l'une de l'autre - parfois à une distance de 5 à 8 cm seulement - et obtenir encore de bonnes performances en matière de diversité. La mesure clé ici est isolation de l'antenne, que je souhaite voir à 15 dB ou mieux entre les deux ports.
Conseils pratiques pour l'installation sur le terrain
Lorsque mes clients installent des antennes externes sur des poteaux ou des mâts, je leur donne trois règles :
- Les antennes doivent être éloignées d'au moins 20 cm l'une de l'autre si l'on utilise la même polarisation.
- Utiliser des antennes à polarisation croisée si l'espace est restreint.
- Ne pas enrouler les câbles ensemble. Gardez les câbles coaxiaux séparés pour éviter le couplage et les fuites de signaux entre les deux chemins RF.
J'ai vu des installations où les antennes étaient correctement espacées, mais où les câbles étaient attachés ensemble par une fermeture éclair sur toute la longueur de 3 mètres. Cela détruisait l'isolation et réduisait de moitié le gain de diversité. Les petits détails sont importants dans le domaine des radiofréquences.
Conclusion
La conception à double antenne n'est pas un luxe pour les déploiements PTZ à distance, c'est une exigence de base. La diversité spatiale, le MIMO et l'espacement correct des antennes assurent la stabilité de votre flux vidéo là où les caméras à antenne unique échouent.
1. Technologie MIMO (entrées multiples, sorties multiples) pour le LTE. ︎ 2. Conception d'une antenne Yagi pour une réception directionnelle à longue portée. ︎ 3. Rapport signal/brouillage/plus-bruit pour la qualité LTE. ︎ 4. Réduction de la bande passante du Smart Codec H.265+ pour la 4G. ︎ 5. Types de connecteurs d'antenne SMA ou TS9 pour les modules 4G. ︎ 6. Combinaison à rapport maximal (MRC) pour la diversité à deux antennes. ︎ 7. Guide de mesure de la puissance reçue du signal de référence (RSRP). ︎ 8. L'évanouissement par trajets multiples et la diversité spatiale dans les systèmes sans fil. ︎ 9. Configuration de l'antenne à polarisation croisée pour les caméras PTZ. ︎ 10. Mesure de l'isolation de l'antenne pour les systèmes à double trajet RF. ︎