|
|
| Разместил: |
Вебмастер  |
| Авторские права |
Журнал "Информост. Радиоэлектроника и Телекоммуникации", № 3(27) май-июнь 2003 |
|
|
Стремительное развитие подвижной радиосвязи в 90-х годах заставило многих интеграторов сетей транкинговой выбирать поставщиков антенного оборудования.
Долгое время наибольшей популярностью пользовались антенны американской фирмы Telewave ANT 150 D6-9, относящиеся к классу дорогого оборудования. Эти антенные решетки построены по принципу параллельного синфазного сложения четырех петлевых диполей Пистолькорса.
Российской фирмой "Радиал" были проведены серьезные маркетинговые исследования по определению наиболее важных для потребителей качеств антенн. Анализ полученной информации показал, что широкополосная, полностью заземленная по постоянному току антенна на петлевых диполях действительно очень хорошее решение для базовых станций. Она удобна в транспортировке и монтаже, высоконадежна, имеет большое усиление. Ее диаграмма направленности близка к круговой и изменяется в зависимости от расстояния между диполем и мачтой (рис. 1).
На основе серии антенн Telewave фирмой "Радиал" были разработаны антенны D2 и D4. От американского аналога они отличаются наличием съемного сумматора. Такое техническое решение дало много преимуществ как с технической точки зрения (легко тестировать диполи и устанавливать их поодиночке), так и с коммерческой (покупатель платит за диполи и сумматоры и сам решает, на каком объекте какую антенну установить). Хотя некоторые заказчики хотят получить готовую протестированную антенну. Желание покупателя - закон! Так, для морского порта Новороссийска были изготовлены цельнособранные 6-метровые стальные антенны DP4VHF. И в этом был свой резон - транспортные расходы заказчика окупились надежной работой радиосистемы в сложных условиях прибрежного обледенения.
Почему же подобные антенны пользуются популярностью в мире? Во-первых, сам по себе петлевой диполь имеет очень широкую полосу - порядка 20% от рабочей частоты. Его собственное волновое сопротивление 270-300 Ом несложно трансформировать в 50 Ом с помощью не менее широкополосного трансформатора. Некоторое влияние мачты можно наблюдать на графиках КСВ (рис. 2).
Диаграмма одиночного вибратора изображена на рис. 3 а. Если установить на мачте два петлевых вибратора на расстоянии 0,6-1l друг от друга и, согласовав, объединить их одинаковыми отрезками кабеля, то суммарная диаграмма направленности в вертикальной Е-плоскости сузится в 2 раза (рис. 3 б), обеспечивая прирост сигнала на 3 дБ. При этом диаграмма в горизонтальной плоскости Н останется такой же, как у одиночного вибратора.
При следующем удвоении числа элементов общее усиление составит 6 дБ относительно диполя (рис. 3 в). Здесь надо сделать акцент на том, что благодаря параллельной системе питания каждый диполь будет доставлять энергию до точки А с такой же фазой, как и другие диполи на любой частоте (рис. 4). Поэтому антенна обладает широкополосностью по усилению, т. е. главный лепесток ее диаграммы сохранит перпендикулярность оси антенн в очень широкой полосе частот (рис. 5).
Фирма "Радиал" производит целый ряд антенн параллельного питания серии D и классический диполь, позволяющий изменять в небольших пределах диаграмму в горизонтальной плоскости.
Антенны серии DP имеют фиксированную длину траверсы и удобны с точки зрения создания секторной диаграммы. При установке на ребра больших мачт ферменной конструкции не приходится беспокоиться об излучении назад - мачта сильно заэкранирует это направление. Серия DH - удешевленный вариант диполя.
Новые антенны серии DM - это антенная решетка, выполненная на основе цельносварных диполей и мачты. Отсутствие крепежных элементов диполей облегчает и удешевляет конструкцию.
Такие антенны очень распространены в США, их выпускают компании Celwave, Cuschcraft, Decibel Product. Однако в нашей стране они не получили особого признания видимо из-за габаритов. А зря! К примеру, 4-элементная UHE-антенна, DM4UHF имеет длину всего 2м и весит 6 кг. Ее можно легко транспортировать на верхнем багажнике легкового автомобиля. Стабильные параметры по диаграмме и усилению в широкой полосе частот, полимерное покрытие и механическая конструкция делают такую антенну незаменимой в суровых условиях России. Кстати, финская компания Aerial производит для Скандинавии только аналогичные антенные решетки.
Следующей разработкой этого класса антенн, видимо, будет конструкция, рассчитанная на диапазон частот 300-343 МГц, для систем МРТ, "АЛТАЙ" и связи речного флота.
Особое внимание следует уделить антенне DS (рис. 6). Это очень удачное (и, пожалуй, единственное) решение, объединяющее в себе круговую диаграмму и широкую полосу по усилению.
Два диполя приближены на критическое расстояние к мачте и друг к другу. Уменьшение этого расстояния улучшает равномерность излучения, но сужает полосу по согласованию. Однако, найден компромисс, результаты которого показаны на графиках (рис. 7). Так как это разборная конструкция, нет особых проблем с транспортировкой.
Теперь рассмотрим антенны кругового излучения, построенные по другому принципу. Это так называемые коллинеарные (т. е. сносные) антенны, где все элементы-излучатели находятся строго друг под другом. Такое расположение обеспечивает идеальную круговую диаграмму направленности и высокое усиление.
Однако следует обратить внимание на следующее. В каталогах производителей обычно указывается максимальное усиление, например, 7 dBd и полоса частот 450-470 МГц. Но это не означает, что во всей полосе антенна обладает таким усилением. Это полоса согласования.
Дело в том, что по электрической схеме в коллинеарных антеннах фазировка обеспечивается за счет последовательного включения фазированных элементов, которыми зачастую служат сами излучатели. При удалении от центральной частоты фазовый набег в каждом последующем от верхнего элемента увеличива- ется, т.е. уже не обеспечивается равнофазовое сложение приходящих сигналов фронта волны и диаграмма начинает "сканировать" - главный лепесток на верхних частотах поднимается, а на нижних опускается. Кстати, это свойство применяется в случаях, когда необходимо обеспечить покрытие в ближней зоне, не беспокоясь за дальние расстояния. Для этого специально наклоняют диаграмму на 2-3°. В англоязычной литературе этот принцип называется "downtilt" ("наклон диаграммы").
Из-за частотного сканирования коллинеарные антенны последовательного питания обладают более узкой полосой по усилению и согласованию, чем антенны параллельного питания. Если антенна собрана по такому принципу, ждать от нее сохранения одинаковых параметров во всей полосе частот не стоит. При этом, чем выше усиление и длиннее антенна, тем она узкополоснее.
Коллинеарные антенны компаний Telewave, Hustler, Procom, Anli построены по принципу последовательно включенных излучающих элементов.
Модели А6UHF и А10UHF, разработанные фирмой "Радиал", выполнены на транспозиционных полуволновых излучателях и тоже не лишены указанных недостатков. Однако благодаря выпуску нескольких моделей, работающих в главных частотных диапазонах (410-415 Rx и 420-425 Tx МГц - для нижнего участка (L); 435-440 Rx и 440-445 Tx МГц - для среднего (М); 452-457 Rx и 462-467 Tx МГц - для верхнего UHF-участка, где работает большинство систем подвижной связи), мы добились получения оптимальных диаграмм на заданных участках частот путем кропотливого подбора длины элементов и замера результатов.
Попытки создать антенну с идеальной круговой ДН и отсутствием сканирования предпринимались еще в 60-е годы. Эти конструкции получались очень громоздкими; они представляли собой стеклопластиковые чехлы длиной 6,5 м при диаметре 120 мм. В Венгрии была создана и эксплуатируется до сих пор (!) антенна 9S-00-055. При длине 4,4 м она обладает усилением 4,3 dBd.
Изумительную конструкцию создали инженеры американской компании TX/RX, ранее занимавшейся исключительно фильтровой техникой. Они создали 8-элементную коллинеарную антенну для работы в частотном диапазоне 800-960 МГц, не имеющую аналогов в мире. Несмотря на коллинеарную конструкцию, она имеет параллельную схему питания. Сумматор выполнен на основе алюминиевого 5-канального профиля, изготовленного методом экструзии (www.txrx.com).
В заключение хотелось бы отметить, что рост числа различных видов антенн на современном рынке оборудования радиосвязи зачастую диктуется не их практической необходимостью, а тем фактом, что "каждый товар найдет своего покупателя". При этом технические аспекты системы связи не всегда рассматриваются в приоритетном порядке. Бывает, что срок сдачи заказа или закрытие финансовых обязательств наносят ущерб грамотной отладке систем связи.
Слодкевич Е.Я., генеральный директор ООО "Фирма Радиал"
|
|
|
|
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные, активировавшие регистрацию и не ограниченные в доступе участники сайта!
|
| Файл создан: 09 Мар 2007 19:06, посл. исправление: 09 Мар 2007 19:28 |
|
