Радиостанции портативные, автомобильные, базовые Радиомодемы 3G, GSM  сотовые модемы Антенны, автомобильные, базовые. VHF, UHF, GSM, CDMA Блоки питания и преобразователи напряжения GSM ретрансляторы

[о компании] [информация] [прайс-лист]
\на главную\информация\статьи


 

тел.(495) 220-95-14, info@mobilradio.ru
поставка по России, СНГ
 

Особенности национальных АФУ
Особенности национальных АФУ


Радиостанции

Ajetrays
Alinco
Icom
Kenwood
Motorola
Midland
Vector
ВЭБР

Радиомодемы

CalAmp/Dataradio
Conel
MDS
Javad
Спектр

GSM модемы

CalAmp
Conel
Спектр

Антенны

Блоки питания и преобразователи

Информация

(495) 220-95-14
info@mobilradio.ru







...



Материал любезно предоставлен:
ООО "Фирма "Радиал"
www.radial.ru
12.02.05

Растущее с каждым годом число систем радиосвязи - пейджинговой, транкинговой, конвенциальной, требует все большего числа радиочастотных каналов. В крупных городах и промышленных регионах нашей страны все больше внимания уделяется упорядочению выделяемых каналов связи и соблюдению правил электромагнитной совместимости. Поэтому современные радиостанции и ретрансляторы, помимо привычной всем антенны, имеют множество сложных элементов, обеспечивающих «уживаемость» множества радиосистем.

Весь тракт от разъема до той самой тонкой субстанции под названием «эфир» называется антенно-фидерным, а все, что в него включено - антенно-фидерными устройствами (АФУ). Давайте рассмотрим, хотя бы бегло, те основные элементы, без которых уже не может обходиться ни одна современная многоканальная система радиосвязи.

«Антенна - лучший усилитель высокой частоты»- так звучит старейшее радиолюбительское изречение. Действительно, во главе методов, увеличивающих «дальнобойность» радиостанций стоит повышение эффективности антенной системы. Этого можно достигнуть увеличением высоты установки антенны и повышением ее усиления.

Известно, что в диапазоне УКВ волна распространяется вдоль поверхности Земли и огибание рельефа и застройки очень невелико. Поэтому стараются установить антенну ретранслятора как можно выше, чтобы она «видела» свои абонентские станции.

Одним из наиболее важных качеств антенн является их усиление. Антенна обладает усилением вследствие формирования такой диаграммы направленности (ДН), при которой максимум энергии совпадает с направлением на абонентские станции. Например, у антенн с круговой ДН главный лепесток формируют в виде уплощенного тора, где все излучение направленно вдоль горизонта. Это достигается в коллинеарных антенных решетках, где несколько активных элементов и фазирующих цепочек обеспечивают одно фазное сложение приходящей (излучаемой) энергии.

Существуют два метода объединения элементов решетки - последовательное и параллельное. Оба имеют свои достоинства и недостатки. Так у антенн последовательного питания достаточно легко, с конструктивной точки зрения, получить необходимую ДН. В горизонтальной плоскости она идеально круговая. Однако такая антенна имеет сравнительно узкую полосу по согласованию и усилению; к тому же ограничена возможность повышения усиления таких конструкций - каждый последующий элемент излучает все меньшее количество энергии; а также сложно обеспечить надежную грозозащиту такой антенны. Конструктивно они обычно выполняются в виде проволочного «скелета», размещенного в стеклотекстолитовых погодозащитных чехлах. Мировая промышленность выпускает множество разнообразных моделей таких антенн. Остановимся более подробно на трех основных типах антенн с последовательным питанием.

С самого начала телекоммуникационного бума пользуются популярностью антенны типа ARX-2B и CRX-150 фирмы Cushcraft. Это типичная трехэлементная коллинеарная антенна последовательного питания. Производители немного схитрили - они смастерили такую конструкцию, где нижний элемент, также обеспечивающий формирование ДН и повышение усиления, поставляет … сам покупатель! Этим элементом служит металлическая мачта, на которой устанавливается антенна. Все же благодаря своей невысокой стоимости, отличным электрическим характеристикам и простоте перестройки антенна имеет огромную популярность. К сожалению, практика показывает, что больше двух лет такие антенны в российских условиях не работают: «закисают», разбалтываются на ветру контакты, которые выполнены штамповкой и открыты окружающей атмосфере. Подобные конструкции выпускаются также фирмами Antenex и Maxrad. К более надежной конструкции стоит отнести антенну V2R (2x5/8 l) фирмы HiGain. Ее узел согласования выполнен в герметичном варианте, однако и стоимость этой антенны в два раза выше.

Ко второму типу антенн с последовательным питанием можно отнести наиболее популярные в нашей стране антенны фирмы Anli и Diamond. Внутренний скелет этих антенн представляет собой обычно 2 или 3 проволочных элемента длиной 0,5-0,75 l, объединенных между собой фазосдвигающими цепочками (чаще - катушками индуктивности). Со стороны разъема питания выполнено согласующее устройство на LC-элементах. Четвертьволновые противовесы ограничивают затекание ВЧ токов на поверхность внешней оплетки фидера. Фирма-производитель выпускает эти антенны только на любительский диапазон 144-148 МГц, однако отечественные радиостроители умудряются перестраивать такие антенны на профессиональные частоты 150-174 МГц путем укорачивания активных элементов и настройки согласующего устройства и получать удовлетворяющие их результаты. Проверить правильность настройки достаточно сложно, не имея опыта снятия ДН в полевых условиях. Математический пересчет длин элементов не всегда приводит к положительным результатам, велика возможность неправильной фазировки, что приведет к сканированию (наклону) главного лепестка и росту боковых лепестков ДН. Хотя по усилению такие антенны обладают достаточно широкой полосой, чем по уровню КСВ. К тому же приходится мириться с их слабой грозозащищенностью. Эти проблемы заставляют иногда очень серьезно задуматься о возможности применения подобных конструкций в качестве приемо-передающих антенн в транковых системах, где частотный разнос обычно составляет 4-5 МГц в диапазоне VНF. Такие антенны можно порекомендовать как одночастотные на небольшие мощности.

К более «продвинутым» конструкциям с последовательным питанием следует отнести антенны на транспозиционных коаксиальных элементах. Структура этой антенны обеспечивает синфазный прием (передачу) фронта радиоволны всей своей поверхностью. Основано это на следующем принципе: поверхность всех элементов имеет связь с пространством, в то время как электрический ток, текущий к фидеру на своих противофазных участках гасится от него экранами соседних элементов. Этим антеннам присущи все недостатки конструкций с последовательным питанием, к тому же имеется проблема с транспортировкой - длина этих антенн от 4 до 9 метров. Но они имеют более надежную грозозащиту, полосу по КСВ около 4% и более высокую допустимую подводимую мощность. Такие антенны выпускают многие известные фирмы как Celwave, Telewave, Decibel Products, Sinclair и др. Эти антенны значительно дороже, описанных выше, их цена приближается к тысяче долларов. Чаще всего их используют на ретрансляторах сотовых станций всех стандартов и пейджинговых передатчиков.

Антенные решетки с параллельным питанием имеют гораздо более широкую полосу, повысить усиление такой системы значительно проще. Однако намного сложнее получить круговую ДН, обычно она имеет форму эллипса и кардиоиды, так как поддерживающая мачта играет роль рефлектора. Эти антенны представляют собой несколько диполей (обычно петлевых для расширения полосы), объединенных кабелями с трансформаторами сопротивления. Расположенные коллинеарно (в одну линию) каждый из элементов участвует в приеме (передаче) сигнала. Причем волна, приходящая строго перпендикулярно (то есть вдоль горизонта) наводит однофазные сигналы, которые после сложения дают прирост напряжения (усиление). Сигналы, приходящие под углом, отличным от 900, создают в сумматорах разнофазные токи, а, следовательно, их уровень значительно ниже. Некоторые «знатоки» к достоинству таких антенн относят то, что если один диполь не принимает, то примет другой. Это глубочайшее заблуждение! Принимают все диполи одинаково, но только после сложения этих сигналов открывается реальная картина диаграммы направленности. Так как все участки сумматоров имеют одинаковую длину от активного элемента до разъема питания, то и фазовый набег (т.е. изменение электрической длины от частоты) у них значительно меньше, чем у антенн последовательного питания. Поэтому рабочая полоса у них составляет 20-25%. Это свойство позволяет применять подобные антенны во всех случаях, когда требуется исключительно большой разнос частот приема и передачи. Примером может служить довольно частое потребление этой продукции для органов милиции, где требуется обеспечить работу на одну антенну на двух частотах 148 и 172 МГц.

Как указывалось выше, основной недостаток дипольных антенных решеток с параллельным питанием - это отсутствие идеальной круговой ДН. Многих специалистов этот факт не пугает, так как на реальной местности имеется значительно большая дифференциация сигнала из-за окружающих объектов. Колебания уровня сигнала достигают 20-25 dB, что гораздо больше 5-6 dB, связанных с неравномерностью ДН и с чем нам приходится мириться. Так, в г. Москве, система транкинговой связи в которой работает 9 радиальных ретрансляторов, построена исключительно на антенных решетках из петлевых диполей. Каких-либо сложностей, связанных с ДН, не наблюдается. Тем не менее, многие системные интеграторы пытаются обеспечить круговую ДН путем размещения диполей со сдвигом 900 вокруг оси мачты. Конечно, практически круговая ДН будет обеспечена, но только пропадет при этом сама идея коллинеарной антенны и в вертикальной плоскости ДН разваливается напрочь. Похожую методику получения круговой ДН (OMNI) использует Cushcraft в своих антенных сериях PD, однако элементы у них находятся только в одной плоскости и на сравнительно близком расстоянии друг от друга. При этом металлическая мачта сильно шунтирует антенну, снижая КПД и уменьшая рабочую полосу до 5%. Диаграмма направленности в вертикальной плоскости выглядит в виде восьмерки с небольшими провалами.

В качестве узконаправленных антенн с высоким усилением обычно используют многодиректорные «волновые каналы» или, как их называют «Уда-Яги». Наверное, мало кто знает, откуда взялось это название. Вот что писали в журнале QST. Профессор Инженерного Колледжа при Императорском Университете Higetsugu Yagi (1886- 1976 гг.) вместе со своими ассистентами Uda и Okabe впервые практически реализовал идею использования пассивных элементов для формирования диаграммы антенны в начале 20-х годов. Опубликование работ Yagi-Uda и посещение профессором Yagi в 1928 г. Радиоинженерных Институтов в Нью-Йорке и Бостоне дало начало развитию нового направления разработки и создания антенн для УКВ, а термин "yagi" или "yagi-uda" стал нарицательным и навсегда вошёл в лексикон радиоспециалистов всего мира для обозначения конструкций многоэлементных антенн, излучающих мощность в определённом направлении Остановлюсь на некоторых любопытных моментах, касающихся этой весьма интересной антенны. По законам физики рост усиления любой антенны, в том числе и волнового канала (ВК) обусловлен ее эффективной площадью, следовательно, длиной траверсы, а не количеством элементов. Например, если пятиэлементная антенна на 160 МГц имеет длину 1,8 м и обладает усилением в 8 dBd, то, сколько не увеличивай числа элементов - при данной траверсе эффективное усиление не вырастет нисколько. Вообще, при разработке направленных антенн всегда приходится выбирать компромисс между шириной рабочей полосы, усилением, величиной побочного излучения и стоимостью конструкции. Если где-то прибавляешь, то обязательно где-то теряешь. Добиться неплохих результатов, сохранив усиление и достаточно широкую рабочую полосу (4-5 МГц на VHF и 10-12 МГц на UHF диапазонах) удается, применив в качестве активного вибратора петлевой диполь. Его собственное высокое сопротивление позволяет обеспечить сильную связь с системой пассивных элементов, что благоприятно сказывается на формировании острой ДН. Кстати, ДН обычно изображают в полярных координатах, где на радиальных лучах откладываются уровни ослабления излучения относительно главного направления максимального излучения. Сравнить визуально две ДН из различных источников достаточно сложно, так как каждый производитель выбирает для этого масштаб такой, какой ему удобнее. Поэтому, рекомендую сравнивать диаграммы только по ширине лепестка по половинной мощности (-3dBd). Чем меньше этот угол, тем уже лепесток и соответственно, тем больше энергии излучается в этом направлении. В системах подвижной связи направленные антенны используют обычно на удаленных абонентских объектах, с их помощью строят линки для связи между базовыми ретрансляторами. Также, на этих антеннах строят кольцевые антенные решетки на радионепрозрачных мачтах: заводских трубах, телерадиовышках с сечением 5-10 метров, располагая по периметру 8-16 излучателей. В качестве единичного излучателя можно применить одно-, двух- или четырехэтажную секцию трехэлементных антенн, имеющих в горизонтальной плоскости угол излучения 80-110 градусов. Такая антенная система будет иметь слабоизрезанную ДН и неплохое усиление. Для систем фиксированной радиосвязи, к которым относятся охранная и пожарная сигнализации, а также систем передачи данных (телеметрия) лучше применять горизонтальную поляризацию вместо традиционной вертикальной, в которой нет никакого смысла. Тогда появляется возможность увеличить зону действия вашей системы за счет применения антенн с большим коэффициентом усиления и длинной траверсой (до 6 метров) - такую антенну не составит труда закрепить в центре тяжести. При вертикальной поляризации были бы трудности с изоляцией верхнего участка мачты и подводки питающего кабеля.

Отдельную нишу в системах АФУ занимают изделия на основе объемных резонаторов - высокоселективных устройств на которых строят фильтры, дуплексеры, комбайнеры. Сами объемные резонаторы представляют собой участки коаксиальных линий, обычно стандартных, диаметров 4, 5, 6, 8, 10, 12 дюймов. Чем больше диаметр объемного резонатора, тем выше его добротность. Центральный проводник делается подвижным для настройки на частоту. Стабильность характеристик, зависящих от длины центрального проводника, контролирует специальная система из микрометрического винта и термокомпенсатора. Винт изготавливается из материала с низким коэффициентом температурного удлинения, чтобы дрейф частоты был минимальным в зависимости от температуры окружающей среды. Применение в объемных резонаторах различных типов связи между входным и выходным разъемом, а также комбинирование нескольких резонаторов можно получить самые разнообразные АЧХ - полосовые, полосно-режекторные и режекторные. Полосовыми фильтрами называют устройства, подавляющие сигналы с частотами, лежащими вне его полосы пропускания. Ее ширина определяется по уровню -3 dB. На полосовых фильтрах обычно строят приемные преселекторы, где необходимо пропустить частоты нескольких каналов и вырезать все остальные. Также полосовые фильтры находят свое применение в некоторых типах дуплексных фильтров, передающих комбайнерах, а также как самостоятельные изделия. Режекторные схемы включения обычно применяют в случаях, когда требуется исключить одну очень сильную и близкорасположенную помеху. В отличие от полосового фильтра, режекторный позволяет эффективно устранить помеху при значительно меньшем частотном разносе. Полосно-режекторная схема - самая популярная при создании дуплексеров с одним-двумя каналами. Дуплексерами называют устройства, предназначенные для обеспечения одновременной работы передатчика и приемника (работающих на разных частотах) на одну общую антенну, исключая их взаимные помехи. В большинстве случаев дуплексеры используются в составе ретрансляторов, особенно если ограничено пространство для установки антенн или их разноса, достаточного для обеспечения необходимой изоляции между передатчиком и приемником ретранслятора. В полосно-режекторном дуплексере объемные резонаторы в цепи передатчика настроены на пропускание частоты передатчика и подавление частоты приемника, тогда как цепь приемника настроена наоборот, на пропускание частоты приемника и подавление частоты передатчика. Основные достоинства полосно-режекторных дуплексеров: лучшая изоляция и возможность обеспечить минимальный разнос между частотами. Для систем со средним и большим разносом между частотами приема и передачи используют полосовые дуплексеры, резонаторы которых настроены на пропускание частот приемника (в цепи приемника) и передатчика (в цепи передатчика). Дуплексный фильтр режекторного типа настроен таким образом, что подавляет частоты передатчика (в цепи приемника) и частоты приемника (в цепи передатчика). Основной недостаток режекторного дуплексера - он не обеспечивает защиты близкорасположенных приемников от внеполосных излучений передатчика. Поэтому эти схемы используются обычно для создания мобильных дуплексеров. При изготовлении объемных резонаторов для получения высокой добротности необходимо применять материалы с высокой проводимостью, обычно это медь и алюминий. Некоторые ответственные узлы требуют серебрения. В местах наибольшей плотности ВЧ токов контакт между деталями должен быть идеальным, допустимы только сварка или пайка деталей. Это обусловлено тем, что ВЧ токи текут по поверхности проводника и качество ее обработки должно быть очень высоким, иначе возникнут потери в шероховатостях и окислах.

Для сложения сигналов от нескольких передатчиков в один магистральный кабель применяют специальные устройства - передающие комбайнеры. Дело в том, что объединить передатчики обычным параллельным сложением нельзя - неминуемо возникновение интермодуляционных помех, возникающих из двух сигналов на нелинейных участках тракта. Такими участками как раз и являются выходные каскады передатчиков. Чтобы этого не происходило, применяют ферритовые вентили, обеспечивающие однонаправленную проводимость сигнала. Устанавливая в цепи такие устройства, мы ограничиваем затекание сигнала с соседнего канала. Ферритовые вентили (изоляторы) являются неотъемлемой частью любого передающего комбайнера и вообще любой многоканальной системы. Изолятор представляет собой ферритовый циркулятор (своим названием он обязан круговой схеме циркуляции ВЧ сигнала: с 1-го порта на 2-ой, со второго - на третий и с третьего - на первый порт), на один из портов которого присоединена согласованная нагрузка. Таким образом, сигнал передатчика может передаваться только в одном направлении, в противном случае он будет поглощен нагрузкой. Сами комбайнеры бывают двух типов: гибридные и на объемных резонаторах. Первый тип - более дешевые, широкополосные, надежны и просты в обслуживании, а самое главное гибридные комбайнеры позволяют складывать сигналы с любым разносом частот, что особенно удобно в случаях, когда канальная сетка имеет разнос 25 кГц. Но у комбайнеров этого типа есть один большой недостаток - большие потери. Так у двухканального комбайнера они составляют 3,5 dB, четырехканального - 7 dB, а восьмиканальный имеет уже 10 dB потерь, то есть в эфир пойдет только 10% от мощности передатчика. Основным элементом гибридного комбайнера является гибридный ответвитель, работающий на фазовом принципе разделения двух ближних сигналов. Его уникальность заключается в том, что между входными портами «А» существует развязка около 30 dB. А на участке «А-Выход» потери в 3 dB, т.е. половина мощности от каждого передатчика. Именно эта мощность и рассеивается на балластной нагрузке R. Комбайнеры на объемных резонаторах имеют сравнительно низкие потери, но требуют частотного разноса не менее 150 кГц на VHF и 250 кГц на UHF диапазонах. Работа комбайнеров этого типа основана на возможностях резонаторов разделять два соседних сигнала. Для этого требуются фильтры с особо высокой добротностью и крутыми скатами АЧХ. Поэтому для этих целей применяют объемные резонаторы диаметром 8 дюймов и более. Еще одним достоинством комбайнера на объемных резонаторах является его сравнительно легкая расширяемость. Это очень удобно, если планируется расширение одного сайта.

В заключении, хотелось бы рассказать о некоторых «национальных» особенностях установки АФУ. Возможно, кому-то эти знания помогут избежать ошибок в будущем. Русский человек по своей натуре максималист. Желание иметь «мощную» антенну вполне понятно. Теперь даже понятно, что кроется под этим термином. Скорее всего это усиление. Люди хотят антенны с усилением в 15-16 dB, да еще с круговой ДН. Несложные арифметические расчеты говорят о том, что высота такой антенны должна быть ни много, ни мало 24 или 48 метров для 2-х метрового диапазона.



Каталог репитеров

Дуплексный ретранслятор Vector VR-44 Master. Увеличение дальности радиосвязи
Vector VR-44 Мастер безлицензионный репитер
GSM ретранслятор VECTOR R-600
Репитер GSM Vector R-600
Ретранслятор GSM Энитон AT-700 (усилитель сотового сигнала)
Репитер GSM Энитон AT-700

















Поделиться в соцсетях:


www.MobilRadio.ru     info@MobilRadio.ru    (495) 220-95-14  2003-2018 © ООО "МобилРадио"  Все права защищены. 
При использовании материалов сайта ссылка на www.MobilRadio.ru обязательна. Cайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях информационные материалы и цены, размещенные на сайте, не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 Гражданского кодекса РФ