הקדמה
אנטנה היא רכיב קריטי במערכות תקשורת, מכ”ם וניווט, המתאם בין מארז עם רכיבים אלקטרוניים לבין החלל החופשי. מובן כי האנטנה חשופה ועל כן עלולה לסבול מפגעי הסביבה. כשמגדירים מפרט ביצועים של אנטנה חשוב לכלול בתוכו את הגדרת תנאי הסביבה שבה אמורה האנטנה לעמוד – הן במצב פעולה או למטרת שרידות והן בהובלה או באחסנה. הגדרת תנאי הסביבה משפיעה על תכן האנטנה – מאיזה חומרים היא עשויה ומהי ההגנה העצמית שלה כנגד טמפרטורות קיצוניות ולחות, רעידות והלמים מכניים, אטימות למים חול ואבק וחשיפה אפשרית לחומרים כימיים וביולוגיים שונים. הבנת ההשפעות השונות של תנאי הסביבה מכתיבה אם יש צורך בהגנה נוספת על ידי ראדום חיצוני וכן מספקת אומדן סביר למשך החיים של האנטנה.
בכתבה זו נסקור את תנאי הסביבה העיקריים המשפיעים על תכן אנטנות (טבלה 1) ואת התקנים הבינלאומיים, הצבאיים והאזרחיים, המגדירים את תנאי הסביבה. נציין כי התקנים השונים מגדירים בעיקר שיטות בדיקה ולא ערכי סף קשיחים. לכן כל לקוח ויצרן צריכים להגדיר את הסביבה המבצעית וממנה לגזור את הבדיקות הדרושות. הקורא המתענין בשיטות המדידה המקובלות לאבטחת איכות המוצרים השונים, מופנה למאגר הגדול של תקנים וספרות טכנית בנושא.
איור 1 האנטנה הרדיו-אסטרונומית בעמק Arcibo לאחר שנפגעה על ידי מזג אוויר. קרדיט AFP via Getty Images
| תחום טמפרטורות |
| לחות יחסית ועיבוי |
| לחץ אוויר |
| רוח והקרחה |
| אטימות לחול ואבק |
| אטימות לנוזלים וגשם |
| קרינת שמש אור נראה |
| קרינת שמש UV |
| עמידות לערפל-מלח ולכימיקלים |
| הלמים ורעידות |
| ונדליזם |
| פגיעת ברקים |
| עמידה באש
עמידה בנזקים ביולוגיים |
טבלה 1 תנאי הסביבה המשפיעים על האנטנה.
- תנאים אקלימיים – טמפרטורה, לחות, לחץ אוויר, רוח והקרחה
טמפרטורות קיצוניות כגון קור וחום משפיעות על תפקוד האנטנה – הן בהיבטים של חוזק מכני (התפשטות והתכווצות) והן בהיבטים של שינויים במקדמים החשמליים, הגורמים לסטיות בביצועים. למשל בחומרים דיאלקטריים משתנה המקדם הדיאלקטרי בתלות בטמפרטורה ועלול לשנות את יעילות האנטנה. נציין גם שטמפרטורת הסביבה ליד האנטנה עשויה להכיל גם תרומה של מיכשור פולט חום ולא רק את טמפרטורת האוויר הנומינלית. טווחי טמפרטורה מקובלים מובאים בטבלה 2 כדלקמן.
| תקנים אזרחיים מקובלים | IEC/EN | |
| טמפרטורות סביבה פנים | 0° C ¸ 50°C | |
| טמפרטורות סביבה חוץ | -20°C ¸ 70°C | |
| טמפטורות אחסון והובלה | -20°C ¸ 70°C | |
| תקנים צבאיים מקובלים | MIL-STD 810H | |
| טמפרטורות סביבה בסיסיות | -32°C ¸ 49°C | |
| טמפרטורות סביבה קיצוניות | -51°C ¸ 71°C | |
| טמפרטורת אחסון והובלה | -57°C ¸ 71°C | |
| אם האנטנה כוללת רכיבים אלקטרוניים | -55°C ¸ 125°C | MIL-STD 883 |
טבלה 2 תקני טמפרטורות סביבה.
הסטנדרט המקובל של הלחות היחסית המותרת הוא 95% עם עיבוי אפשרי. הסטנדרט המקובל של לחץ אוויר הוא 70:106 kPa. לחץ נמוך רלבנטי להובלה אווירית של ציוד. הקרחה מוגדרת על ידי עובי הקרח, למשל 1 inch.
איור 2 הקרחת אנטנה. קרדיט Andrew.
- אטימות לחדירת מוצקים ונוזלים
ציוד אלקטרוני בכלל ואנטנות בפרט בנויים בעזרת מארזים וכיסויים שונים המבטיחים במידה זו או אחרת חדירת מוצקים זעירים (בעיקר חול ואבק) ונוזלים (בעיקר מים נקיים, מי גשם ומי ים). קיימים מקרים שבהם נדרשת אטימה מוחלטת Hermetically Sealed אך בדרך כלל האטימה היא חלקית ומוגדרת לפי רמת תנאי הסביבה. התקן התעשייתי IP = Ingress Protection, המובא בתמצית בטבלה 3 מיועד בעיקר למערכות תקשורת אזרחיות. מערכות הפועלות בתנאים עירוניים וכפריים, עומדות בדרך כלל בתקני IP65-IP66 ואילו מערכות הפועלות באוויר ובים עומדות בדרך כלל בתקני IP67-IP68. טלפונים סלולריים ניידים עומדים בתקן IP67 או בתקן IP68, לפי החלטת היצרן. יש לציין כי אין בהגדרות אלו כדי לשלול מקרים של עמידה בתנאים קשים וממושכים יותר, כפי שהודגם בשנת 2025 במקרה של טלפון נייד ששהה בים יותר מיממה ולא ניזוק כלל.
| Protection against
Liquids (water) |
Protection against
Solids (dust) |
IP Ratings |
| 5 (water jets) | 6 (full protection – 8 hours) | IP 65 |
| 6 (powerful water jets) | 6 | IP 66 |
| 7 (1m water for 30 min) | 6 | IP 67 |
| 8 (1.5m water for 60 min) | 6 | IP 68 |
IP65: Dust-tight protection with resistance to water jets from any direction. Suitable for most outdoor antenna installations where regular cleaning may be required.
IP66: Complete dust protection with resistance to powerful water jets. Ideal for harsh outdoor environments with potential exposure to high-pressure cleaning or severe weather conditions.
IP67: Dust-tight with protection against temporary immersion in water. Appropriate for antennas in flood-prone areas or marine environments.
IP68: The highest level of protection, offering dust-tight sealing and protection against continuous immersion in water. Essential for submarine applications or permanently submerged installations.
טבלה 3 תקני IP לעמידה בפני מוצקים ונוזלים.
- קרינת שמש
קרינת השמש משפיעה על החוזק והעמידות של חומרים הנמצאים בחוץ במשך שנים רבות. קרינת השמש המכסימלית בתחום הנראה מוגדרת ע”י 0 Watt/m2112 ובתחום UV היא מגיעה עד 10 Watt/m2.
5. חומרים כימיים וביולוגיים – חלודה ושיתוך
חשיפה לחומרים כימיים וביולוגיים מהווה איום ממשי על שרידות האנטנה, במיוחד באווירה תעשייתית ובשימושים ימיים. הגנה יעילה על האנטנה מחייבת בחירת חומרים מתאימים וטיפולי שטח, כגון: עמידה כנגד שיתוך (קורוזיה) המושגת על ידי שימוש באלומיניום, פלדת פחמן מגולוונת (כלומר מצופה אבץ), פלדת אל-חלד (נירוסטה או בגרמנית Nichtrostender Stahl) שהיא סגסוגת של ברזל וכרום. כמו כן מקובל לצפות מעגלים מודפסים בלכה (Solder Mask) כמודגם באיור 3, ולצבוע משטחים חיצוניים בצבע כנגד חלודה, כימיקלים מזיקים ופטריות וכן כנגד קרינת שמש באור הנראה וקרינת שמש אולטרה-סגולה כמודגם באיור 4. יש גם להקפיד שצביעת אנטנות לא תכיל עופרת כדי לא לחסום את קרינה וכן לשים לב לתאימות גלוונית בין מתכות צמודות ולוודא שלא יתרחש שיתוך גלווני ביניהן.
איור 3 אנטנות מודפסות עם ציפוי לכה Solder Mask להגנה מפני קורוזיה. קרדיט מכללת אפקה, תל אביב.
איור 4 אנטנה GPS צבועה בצבעי מגן. קרדיט Sensor System
תקן ETS 300-019-1-4 מגדיר 4 מצבי אקלים : 4.1 ו- 4.1E (אקלים סטנדרטי) 4.2L ו- 4.2H (אקלים קיצון) ומפרט עבורם את ריכוזי הכימיקלים המזיקים שיש להגן מפניהם. טבלה 4 מדגימה ספי חשיפה מותרים של 8 כימיקלים נפוצים.
| Maximal value
(30 minutes a day) |
Mean value
(Long Exposure) |
Material |
| — | — | Salt mist (sea or road) |
| 1.0 mg/m3
0.37 cm3/m3 |
0.3 mg/m3
0.11 cm3/m3 |
Sulphur dioxide SO2 |
| 0.5 mg/m3
0.36 cm3/m3 |
0.1 mg/m3
0.07 cm3/m3 |
Hydrogen Sulphide H2S |
| 0.3 mg/m3
0.1 cm3/m3 |
0.1 mg/m3
0.034 cm3/m3 |
Chlorine Cl2 |
| 0.5 mg/m3
0.33 cm3/m3 |
0.1 mg/m3
0.066 cm3/m3 |
Hydrochloric Acid HCl |
| 0.03 mg/m3
0.036 cm3/m3 |
0.01 mg/m3
0.012 cm3/m3 |
Hydrofluoric Acid HF |
| 3 mg/m3
4.2 cm3/m3 |
1 mg/m3
1.4 cm3/m3 |
Ammonia NH3 |
| 0.1 mg/m3
0.05 cm3/m3 |
0.05 mg/m3
0.025 cm3/m3 |
Ozone O3 |
| 1.0 mg/m3
0.52 cm3/m3 |
0.5 mg/m3
0.26 cm3/m3 |
Nitrogen Oxides NOx |
טבלה 4 ערכי חשיפה לכימיקלים (אקלים קיצון) לפי ETS 300 019-1-4.
- הלמים ורעידות
שמירה על מבנה מכני יציב ושלם מוגדרת בדרך כלל באמצעות בדיקות הרעדה והלמים. גם כאן קיימת הפרדה בין תקנים צבאיים לבין תקנים אזרחיים. התקן האזרחי לבדיקות עמידה בהלמים (IK = Impact Kinetics) מוגדר לפי אנרגית הפגיעה, השקולה להפלה חופשית של מסה מגובה ספציפי. רמות ההגנה נעות בין IK00 (ללא הגנה) עד IK10 (הגנה מפני הלם של 20 ג’אול), כמוגדר בטבלה 5.
| Free Fall Equivalent
|
Impact Energy | IK Rating |
| Un protected | IK00 | |
| 0.25 kg falls from 56 mm | 0.14 Joule | IK01 |
| 0.25 kg falls from 80 mm | 0.20 Joule | IK02 |
| 0.25 kg falls from 140 mm | 0.35 Joule | IK03 |
| 0.25 kg falls from 200 mm | 0.5 Joule | IK04 |
| 0.25 kg falls from 280 mm | 0.7 Joule | IK05 |
| 0.25 kg falls from 400 mm | 1.0 Joule | IK06 |
| 0.5 kg falls from 56 mm | 2 Joule | IK07 |
| 1.7 kg falls from 300 mm | 5 Joule | IK08 |
| 5 kg falls from 200 mm | 10 Joule | IK09 |
| 5 kg falls from 400 mm | 20 Joule | IK10 |
טבלה 5 תקני IK לעמידה בפני הלם מכני (הפלה חופשית).
מבוסס על תקן.IEC62262
באופן טבעי, אם אנטנה מותקנת בתוך מארז, ניישם את ההגנה הספציפית של האנטנה לפי הגדרת ההגנה של המארז השלם. במקרה והאנטנה נפרדת מן המארז האלקטרוני, כגון אנטנה המותקנת על תורן או גג, מקובל לציין את מהירות הרוח שבה עומדת האנטנה, למשל רוח עד 110 קמ”ש או משבים רגעיים עד 200 קמ”ש.
איור 5 אנטנה WIFI עשויה במבנה GRID העמיד מאד לרוחות. קרדיט Simple WIFI
התנאים המכניים המורחבים יותר, שבהם נדרש לעמוד ציוד אלקטרוני בכלל ואנטנות בפרט מוגדרים במפרטים אזרחיים (למשל ETS-019-1-4 או IEC-60721-3-4 או(IEC-60068-2-27 לפי התמצית בטבלה 6.
| Peak Value | Mean Value | Parameter |
|
10 mm 9-200 m/s2 2-9 Hz |
3 mm 9-200 m/s2 2-9 Hz |
Stationary Vibration
Sinusoidal displacement Acceleration Frequency Range |
|
250 m/s2 6 msec |
250 m/s2 6 msec |
Non Stationary Vibration
Including Shock Acceleration Duration |
טבלה 6 תנאי סביבה מכניים של רעידות והלמים לציוד אזרחי.
IEC 60721-3-4 IEC60068-2-27.
הסטנדרט הצבאי MIL-STD-810H מבחין בין ארבע הגדרות משימה של ציוד:
Procedure I General Vibrations
Procedure II Loose Cargo Transportation
Procedure III Large Assembly Transportation
Procedure IV Assembled Aircraft & Free Flight
ועבור כל מיתאר, מפורט מגוון שיטות בדיקות של רעידות והלמים לפי הדוגמאות בטבלאות 7-8.
| Velocity
(rms) |
Acceleration
(rms) |
Frequency
And Time |
|
| Vertical 9.68 m/s
Transversal 1.23 m/s Longitudinal 6.11 m/s Envelope 9.69 m/s |
Vertical 1.08g
Transversal 0.21g Longitudinal 0.76g Enelope 1.17g |
5-2000 Hz
60 minutes |
Vibrations
Procedure I
|
| Vertical 2.24g
Transversal 1.45g Longitudinal 1.32g |
5-2000 Hz
40 minutes |
Vibrations
Procedure C.VII |
טבלה 7 דוגמה לתנאי סביבה מכניים של הרעדות לציוד צבאי.
.MIL-STD-810H procedures 514.8
| Time | Impact | Scenario | |
| 11 msec | 20 g | Flight | Functional Shock |
| 11 msec | 30 g | Weapon Launch | |
| 11 msec | 40 g | Ground Material | |
| 45 kg from 122cm | Drop Test |
טבלה 8 דוגמה לתנאי סביבה מכניים של הלמים לציוד צבאי.
.MIL-STD-810H procedures 516.8
- הגנה על ידי ראדום
כנגד כל פגעי הסביבה שנמנו לעיל, ניתן לארוז את האנטנה בתוך מבנה פלסטי (שקוף לגלי רדיו) הנקרא ראדום Radome – Radar Dome. הראדום מאפשר שמירה מפני פגעי מזג האוויר ונזקים נוספים, החל מציפוי גומי או פיברגלס כמודגם באיור 6, דרך אריזות פוליקרבונט או דלרין או ABS כמודגם באיורים 7-9, ועד לכדורים ענקיים העוטפים צלחות פרבוליות לטווחים רחוקים (איור 10).
איור 6 אנטנות מוט מצופות גומי או פיברגלס. קרדיט מכללת אפקה.
איור 7 אנטנת יאגי-אודה לשימוש חיצוני. קרדיט מכללת אפקה.
איור 8 אנטנת פאנל לשימוש חיצוני. קרדיט מכללת אפקה.
איור 9 ראדומים שונים להתקנה חיצונית. קרדיט High Sierra.
איור 10 ראדומים שונים להתקנה חיצונית. קרדיטDUOL .
- ונדליזם
ונדליזם היא פגיעה שכיחה באנטנות, בהיותן חשופות לסביבה ציבורית ולעיתים עבריינית. הגנה מפני פגיעות מקריות כגון נפילת חפצים או עצים ופגיעות קלות אחרות, מוגדרת על ידי תקן IK שהובא לעיל. הגנה מוחלטת כנגד פגיעות זדוניות אינה אפשרית באופן מוחלט, כי אי אפשר לבנות חפץ קשיח, שאי אפשר להרוס אותו בעזרת כלי עבודה או עם כלי משחית חזקים ומרושעים. הגנה חלקית מפני ונדליזם וגניבה אפשרית על ידי שילוב של אמצעים פיזיים, טכנולוגיים והרתעתיים. להלן מספר שיטות מוצעות לנושא זה.
אמצעי הגנה פיזיים
הגבהה והרחקה: התקנת אנטנות במיקומים גבוהים (תרנים, גגות) כדי למנוע גישה נוחה של עוברי אורח.
כיסויים (Radomes): שימוש בכיסויי פלסטיק עמידים לחבטות (כגון פוליקרבונט , גומי או קוולאר) המגינים על האנטנה מבלי לפגוע בשידור.
אנטנות “פרופיל נמוך” (Low Profile): שימוש באנטנות שטוחות המחוברות ישירות למארז, ללא כבלים חיצוניים גלויים שניתן לחתוך בקלות.
אבטחה וטכנולוגיה
מערכות גילוי פריצה: התקנת גלאים חיצוניים המיועדים לאזורים מרוחקים, המזהים תנועה או ניסיונות טיפוס לפני הגעה לאנטנה.
מצלמות אבטחה: ניטור בזמן אמת המאפשר זיהוי והרתעה, לעיתים בשילוב בינה מלאכותית לזיהוי איומים.
חיישנים: חיישנים המזהים פתיחה לא מורשית של מארזים או ניתוק רכיבים ושולחים התרעה מידית.
הרתעה והסוואה
הסוואת אנטנות: פתרונות הסוואה המטמיעים את האנטנה בסביבה (כגון הסתרה בתוך שלטים או אלמנטים עירוניים) כדי להפחית את הפיתוי לונדליזם.
אמצעי הרתעה פעילים: התקנת תאורה אוטומטית, סירנות או כריזה המופעלים בעת זיהוי תנועה סביב האתר.
גידור ושילוט: הצבת גדרות היקפיות ושילוט המזהיר מפני סכנת קרינה או צעדי ענישה משפטיים.
- הגנה מפני ברקים
אנטנות גדולות הבנויות להשגת קו ראייה מרחבי גדול, פונות כלפי השמים ומושכות אליהן ברקים. הגנה על אנטנות מברקים אפשרית בכמה דרכים:
הארקה מתאימה, על ידי חיבור גלווני טוב אל הקרקע.
מערכות הגנה פנימיות (מייצבי ברק) הנקראים מגני מתח -SPD Surge Protector (איור 11) מותקנים קרוב לאנטנה וסופגים עליות זרם ומתח פתאומיות (נחשולים) שנוצרות מפגיעות ישירות או עקיפות.
איור 11 מגיני מתח. קרדיט Proxicast, Diamond, High Sierra.
מערכות הגנה חיצוניות (כליאי ברק) כוללות בדרך כלל כליא ברק ומוטות ברק: התקנת מוטות חדים או פריסת נקודות חדות על גג האנטנה (או המבנה עליו היא יושבת) כדי “למשוך” את הברק למקום מבוקר ולפרוק את האנרגיה לאדמה דרך מוליכי הארקה עבים, רחוקים ככל הניתן מהציוד (איור 12).
איור 12 שלושה כליאי ברק מוצבים ליד האנטנה, קרדיט Tektelic.
10. עמידות לאש
אם האנטנה מכילה חומרים פלסטיים, יש להגדיר את עמידותה בפני אש על פי תקן UL-94 המתאר מצבי הצתה שונים. תקן זה מתואם עם תקן IEC 60695-11-10 ותקן IEC 60695-11-20 וכן עם תקן ISO-9772. בתקן UL-94 מתוארים 6 מצבי עמידות, מן הקל אל הכבד, כמתואר בטבלה 9.
| · HB (Horizontal Burn): slow burning on a horizontal specimen; burning rate < 76 mm/min for thickness < 3 mm or burning stops before 100 mm. (The burning rate is less than 3’/min or stops burning before the 5” mark. HB rated materials are considered “self-extinguishing”.) |
| · V-2 (Vertical Burn): burning stops within 30 seconds on a vertical specimen; drips of flaming particles are allowed. |
| · V-1 (Vertical Burn): burning stops within 30 seconds on a vertical specimen; drips of particles allowed as long as they are not inflamed. |
| · V-0 (Vertical Burn): burning stops within 10 seconds on a vertical specimen; drips of particles allowed as long as they are not inflamed. |
| · 5VB (Surface Burn): burning stops within 60 seconds on a vertical specimen; no drips allowed; plaque specimens may have a burn-through (a hole). |
| · 5VA (Surface Burn): burning stops within 60 seconds on a vertical specimen; no drips allowed; plaque specimens may not have a burn-through (no hole). |
טבלה 9 תקן UL-94 – מצבי עמידות של חומרים פלסטיים בפני אש.
- דוגמה למפרט תנאי סביבה של אנטנה
Thermal, Humidity and Pressure
- Operating Temperature:– 40°C to + 70°C for outdoor use.
- Storage Temperature:– 40°C to + 70°C..
- Humidity:Up to 100% (ETS-300 019-1-4 and EN 302 085 (Annex A.1.1)).
- Air Pressure: 70-106
- Wind & Ice Loading
- Operational Wind Speed:110 km/h (70 mph).
- Survival Wind Speed:200 km/h (125 mph).
- Ice Loading: (Ice density 7kN/m3) Ice thickness 1 Inch (25 mm).
- Ingress & Corrosion
- Sand:300 mg/m3.
- Dust: 5 mg/m3 (suspension) 20 mg/m3 (sedimentation).
- IP Rating: IP67 (immersion).
- Salt Mist/Corrosion: IEC 68-2-11 and ETS-300 019-1-4 (class 4.2L).
- Sun Radiation
- Sun Visible Radiation: 1120 Watt/m2.
- Sun UV Resistance: 1 mW/2 for 10 years.
- Vibrations & Shock
- Vibration & Shock:IEC 60721-3-4.
- Impact Resistance: IK08 (1.7 kg from 300 mm).
- Lightning
- Perfect Grounding and Surge device.
- Flammability
- UL-94 method 5VB.
- Biological Conditions
- Flora: Protection against mould and Fungus.
Founa: Protection against animals
- מראי מקום
תקנים אזרחיים
ETSI EN 300 019-1-4: Environmental conditions and tests for electric communications equipment.
ETSI EN 302 186 V1.1.1
ETSI EN 302 085 Annex A.1.1
TIA/EIA-222: Structural standards for antenna supporting structures and antennas.
IEC 60721-3-4
IEC 60068-2-11
IEC 62262 (IK standards)
IP Ingress Protection Standards
תקנים צבאיים
MIL-STD-810H: Military standard for environmental engineering and laboratory testing.
MIL-STD-704F: Military standard for aircraft electrical power characteristics.
MIL-STD-461F: Military standard for EMC characteristics.
