Антенно-фидерное устройство: принцип работы

Устройство антенно-фидерной системы должен знать каждый, кого интересует передача сигналов в радиотехнических системах (радиовещания, радиосвязи, телевидения). Следует отметить, что в данном случае предусматривается возможность общения в обе стороны. Фидер передает электромагнитные колебания от передатчика к антенне (которая излучает/принимает сигнал) и от нее к приемнику. Об этом и поговорим.

Про антенны

Так называют устройства, главное предназначение которых — прием или излучение электромагнитных волн. Антенны являются неотъемлемой частью любого радиопередающего и радиоприемного устройства. Следует отметить, что в зависимости от целевого назначения меняется функциональная роль. Например, передающая антенна преобразовывает ток высокой частоты в энергию электромагнитных волн. Может быть и такое, что она является многофункциональной, и может быть еще и приемной. В таком случае улавливаются электромагнитные волны и преобразовываются в энергию высокочастотных колебаний. Такая версия устройства является наиболее предпочтительной благодаря своим технико-экономическим характеристикам.

Про фидер

Это совокупность устройств, благодаря которым энергия подводится от передатчика к антенне и от нее к приемнику. Часто их еще называют фидерным трактом. Конструктивное исполнение напрямую зависит от диапазона частот, которые передаются по нему. Фидер может также излучать волны. Но это возможно только в тех случаях, когда соседние участки двух проводов обтекаются токами, которые совпадают по фазе. Их поля в таком случае взаимно усиливаются. Кстати, на этом эффекте можно реализовать антенны.

Они в таком случае называются синфазными, и следует отметить, что получили весьма широкое распространение. Также могут быть излучения фидера в тех случаях, когда расстояние между проводами по определенным направлениям приобретает существенную разность хода. Следует отметить, что можно подобрать такое значение, при котором произойдет сложение волн. На этом принципе также работают антенны, которые называются противофазными.

Возвращаемся к нашему устройству

Проектирование антенно-фидерных устройств с последующим созданием требует, чтобы отдельные понятия сложились в целостную систему. Итак, если есть радиоканал, сформированный из передающей и приемных антенн, а также тракт распространения, то его можно рассматривать как пассивный линейный четырехполюсник. В чем заключается его особенность? Если в нем электродвижущую силу и нагрузку поменять местами, то параметры системы не изменятся. То есть приемную антенну можно сделать передающей и наоборот. Это свойство называют принципом взаимности. Из него вытекает обратимость процессов передачи и приема. Именно благодаря этому можно обходиться одной антенной, которая выступает в обеих ролях. А это позитивно сказывается на технико-экономических показателях системы радиосвязи, что и способствовало массовому использованию данного принципа.

А что бы почитать по этой теме?

Забегая вперед, следует признать, что данная тема является весьма обширной. Поэтому если после прочтения статьи останутся вопросы, то лучше обратиться к толковым книгам. В качестве первого образца можно посоветовать ту, которую написал Драбкин: «Антенно-фидерные устройства». Данная книга была издана в 1961 году. Но несмотря на свой возраст и довольно существенное устаревание, она еще может быть полезной. Хотя бы тем, что в ней рассматриваются основополагающие теоретические положения, которые полезно изучить всем, кого интересует данная тема.

Книга Драбкина является учебником по антенно-фидерным устройствам. Вообще-то, она предназначена для радиоинженеров и студентов радиотехнических факультетов, но если тема действительно интересует, то разобраться в ней сможет практически любой человек. Особенно следует отметить рассмотрение теории антенн, проволочные, сверхвысокочастотные и самолетные образцы, специфику измерения электрических параметров. Хотя только этим, разумеется, перечень не ограничивается.

Из более современных авторов заслуживает упоминания Ерохин Г. А., «Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн» — это весьма современная и одновременно толковая книга. Можно посоветовать обратить внимание на второе издание, выпущенное в 2004 году. В книге излагаются теоретические положения и, что особенно хочется отметить, много внимания уделено вопросам, которые непосредственно относятся к проектированию и эксплуатации систем телевидения, радиосвязи и радиовещания. За это следует воздать хвалу, которую вполне заслуживает Ерохин. «Антенно-фидерные устройства…» этого автора — действительно полезная книга.

Какие параметры антенн необходимо знать?

Но давайте вернемся к теме статьи. Чтобы определить значение параметров, используют анализатор антенно-фидерных устройств или рассчитывают с помощью формул. Это необходимо для получения прибора с нужными характеристиками. Вот список, на что следует обращать внимание:

1. Излучающая мощность электромагнитных волн. Сила и количество волн, которые от антенны идут в свободное пространство. Подразумевается активная мощность, ведь излучение постепенно рассеивается в пространстве, что окружает антенну. Ее можно выразить через сопротивление.
2. Мощность потерь. Под этим подразумевается значение, которое бесполезно теряется передатчиком при прохождении по проводам антенны тока. Может учитываться значение земли и предметов, при условии, что они расположены вблизи антенны. Также является активным параметром и может быть выражено через сопротивление.

Продолжаем перечислять параметры

Также следует помнить:

1. Мощность в антенне. Значение, что отображает энергию, подводимую от передатчика. Представляется в виде суммы двух предыдущих параметров.
2. Коэффициент полезного действия.
3. Входное сопротивление антенны. Под этим подразумевается значение, которое есть на входных зажимах. Характеризуется наличием ре/активной составляющих. Самый лучший вариант – это настройка в резонанс. В таком случае для генератора дается активная нагрузка, и устройство используется с максимальной эффективностью.
4. Направленность антенны. Под этим подразумевается способность излучать электромагнитные волны в определенную сторону. Для того чтобы судить о данном свойстве, используют диаграмму направленности.

Остальные параметры

Кроме перечисленных, следует знать:

1. Коэффициент направленного действия.
2. Рабочий диапазон. Более специализированно используется понятие полосы пропускания антенны. Так называется интервал частот, где ширина главного лепестка диаграммы направленности не выходит за установленные пределы, коэффициент усиления характеризуется как достаточно высокий, а с фидерным трактом согласование существенно не ухудшается. При этом должно быть небольшим отражение. Это требуется для снижения переходных шумов в каналах, присутствующих из-за наличия попутных потоков.
3. Коэффициент защитного действия. Он используется для определения степени ослабления сигналов антенной, которые принимаются из побочных направлений.

Работа с волнами

Монтаж антенно-фидерных устройств осуществляется исходя из того, где и в каком диапазоне они будут использоваться. При этом необходимо добиться, чтобы направленные свойства были хотя бы в одной плоскости. При малой длине антенны выходят достаточно компактные. Это позволяет делать их вращающимися и получать значительный выигрыш в мощности, понижая одновременно взаимные помехи радиостанций. Ну и куда без этого – осуществлять связь в любом желаемом направлении.

В диапазоне метровых волн для удобства использования часто применяют разнообразные не/симметричные вибраторы. Хотя это далеко не единственный вариант. Из-за размера антенны метрового диапазона довольно проблематично перемещать вручную. Давайте рассмотрим это подробнее.

Чем отличаются волны разной длины?

Отличить по предназначению можно по специфическим особенностям. Следует отметить, что в ряде случаев можно использовать однотипные антенны для работы в смежных диапазонах. Вот их список:

1. Антенны длинных волн. Обладают большими геометрическими размерами. Но несмотря на это, все же значительно меньше длины волны. Высота устройства редко когда превышает 0,2 от ее величины.
2. Антенны средневолнового диапазона. Характеризуются тем, что соразмерны с длиною волн. Отличаются более высоким сопротивлением излучению, нежели предыдущий вариант. Благодаря этому коэффициент полезного действия может достигать 80%. Диаграмма направленности для этих устройств обладает видом вытянутой вдоль поверхности земли восьмерки. Правда, из-за этого поступающие из атмосферы сигналы существенно ослаблены.
3. Антенны коротких волн. К ним предъявляют специфические требования. Но это не на пустом месте, а напрямую связано с особенностями распространения этого диапазона. Для обеспечения устойчивой связи выбирают несущую частоту передатчика в зависимости от времени года и суток.
4. Антенны ультракоротких волн. Они отличаются высоким коэффициентом полезного действия и узкой диаграммой направленности. Связано это с тем, что размеры антенн примерно равны длине рабочих волн.

Обслуживание

Чтобы устройство работало без проблем, необходимо своевременно заниматься его профилактикой. Если говорить о текущем осмотре объектов, то к ним относятся:

1. Антенны.
2. Фидеры.
3. Радиорелейная связь.
4. Фундамент (это и дальше для крупных стационарных объектов).
5. Конструкции опоры.
6. Оттяжки мачт, а также их крепления.
7. Помещения (контейнера) базовой станции.
8. Конструкции крепления основы к фундаменту.
9. Прилегающая территория.

При этом следует уделить внимание таким моментам:

1. Состоянию аппаратуры.
2. Коррозийным и механическим повреждениям.

Кроме текущего, есть еще и планово-периодическое обслуживание антенно-фидерных устройств. Оно предполагает проведение более капитальной проверки, так называемого ревизионного осмотра и осуществление ремонта.

Подведение итога

Вот и рассмотрено, что собой представляют антенно-фидерные устройства. Предоставленной информации, скорее всего, не хватит для того, чтобы соорудить собственный рабочий прибор. Но вот обеспечить необходимым теоретическим минимумом, чтобы двигаться дальше, надеемся, у нас получилось. А если читатель подкован в этих вопросах, то возможно, уже разобрался, что и как нужно делать.

Вышки сотовой связи

Секторные антенны, передающие сигнал сотовой связи, размещаются на специальных конструкциях – башнях или мачтах.

На сегодняшний день используют десятки разноплановых сооружений. Все они имеют различие по показателям высоты, формы, типа и т.д.

Выбор конструкции вышек сотовой связи

На выбор необходимой конструкции вышки сотовой связи влияют факторы, которые определяются еще на этапе проектирования.

Обусловлены они выдвигаемыми требованиями по масштабности зоны покрытия, конфигурациям базовой станции и другими составляющими, среди них:

1. Определение высоты, на которой будут размещены секторные антенны.
2. Масса всего оборудования, что планируется размещать на сооружении:
   • секторные антенны;
   • малошумящий усилитель;
   • фидеры;
   • антенны радиорелейных линий (РРЛ) и т.д.

3. Ветровая нагрузка. При условии размещения большого количества антенн РРЛ выбор падает на конструкции с максимальной устойчивостью к внешним нагрузкам.
4. Площадь, которую займет сооружение.
5. Экологичность.
6. Удобство обслуживания и монтажа.
7. Энергетическая эффективность и т.д.

Установка конструкционных элементов осуществляется посекционно при помощи кранов или на земле в горизонтальном положении, после чего ее поднимают.

Классификация вышек сотовой связи

Классификация в соответствии с размерами и методами установки вышки сотовой связи выглядит следующим образом:

1. Антенно-мачтовые малые металлоконструкции, имеющие высоту от 5 м. Монтаж таких сооружений осуществляется на крышах.
2. Мачтовые наземные металлоконструкции высотой 10-100 м, которые устанавливают на возвышенных зонах.
3. Башенные наземные металлоконструкции выше 100 м. монтируются как на равнине, так и на возвышенности.

Для установки антенн также часто стали применять бетонные столбы до 30 м. Их преимуществами являются низкая стоимость и быстрая постройка. Но их нагрузочная способность гораздо ниже, нежели у обычной вышки сотовой связи.

Обычно на них размещены 2-3 секторные антенны и 1 небольшая антенна РРЛ. Их часто устанавливают в пригородной зоне или сельской местности для устранения теневых участков, влияющих на передачу сигнала.

В некоторых ситуациях монтируются вышки сотовой связи смешанного типа. К примеру, основа сооружения имеет характерные признаки башни, а верх выглядит как мачтовая конструкция. Кроме того, сооружения до 30 метров часто монтируют на крыше зданий с целью расширения зоны покрытия и решения проблем с теневыми участками, которые создают соседние строения.

Несмотря на почти тридцатилетний возраст эксплуатации мобильной телефонизации, все еще не найдена универсальная конструкция вышки сотовой связи.

Каждый конкретный случай требует дополнительного выбора типа сооружения, который зависит от множества аспектов, определяемых требованиями сетевого оператора и целым комплексом внешних факторов. Поэтому до сих пор продолжаются разработки новых типов башенных и мачтовых конструкций, направленных на улучшение качества передаваемого сигнала.

Базовые вышки мобильной связи по типам радиосвязи

Передачу голосовых, текстовых и других сообщений между передвигающимися абонентами обеспечивает мобильная связь. Сигналы передаются на разных частотах, обмен данными происходит через специальные базовые станции, которые располагаются на земле или на крышах строений.

Обеспечить коммуникацию можно только в том случае, если между ретрансляторами не будет препятствий, именно по этой причине вышки мобильной связи устанавливаются на открытых местностях, незастроенных домами и другими сооружениями. Радиосигнал передается от станций к абонентам беспроводными маршрутизаторами, что и дает возможность связаться с любым человеком на расстоянии.

Базовые станции передачи сигнала используются в таких типах радиосвязи:

• Профессиональная;
• Любительская;
• Беспроводная телефония;
• Спутниковая.

Рассмотрим все эти типы связи более подробно, чтобы понять, как именно устроены в них базовые станции и какие функции они выполняют для обеспечения коммуникации.

Базовые вышки для профессиональной радиосвязи

Эта система радиосвязи работает централизовано, в ней вышка выполняет функции диспетчерского центра и передает сигнал абонентам, у которых установлены переносные или перевозимые базы. Базовые станции могут быть одноканальными и многоканальными, в случае если радиосвязь передается по нескольким каналам, они могут функционировать одновременно независимо друг от друга.

Наиболее ярким примером являются службы такси, где диспетчеры выбирают канал, который присваивается каждому автомобилю отдельно, и могут в одно и то же время общаться с несколькими водителями. Управлять базовыми станциями можно стационарно и удаленно.

При местном управлении используется специальное оборудование, установленное непосредственно на станции. Удаленный доступ осуществляется посредством передачи сигналов с диспетчерского пульта, для этого используется специальный выделенный канал или канал радиосвязи, отдельный от каналов, обеспечивающих коммуникацию с движущимися объектами.

Базовые станции для любительской радиосвязи

В любительской радиосвязи коммуникация между движущимися объектами обеспечивается посредством базовых станций и ретрансляторов, расположенных в определенном удалении друг от друга. Такой вид связи используют определенные группы людей для общения, также он широко применяется в мире для вызова экстренных служб.

Беспроводная телефония

Коммуникация между абонентами в этой системе обеспечивается посредством передачи сигнала от базовой станции к беспроводным телефонным аппаратам. Особенность этой системы заключается в том, что она коммутируемая, это значит, что, как только один из участников разговора набирает номер, между абонентами устанавливается канал связи, а как только кто-то из них положит трубку, этот канал сразу же разрывается.

Мобильные операторы используют для передачи сигналов оборудование, которое обеспечивает беспроводную коммуникацию, а в случае с обычными радиотелефонами базовые станции подключаются к телефонным проводным сетям напрямую.

Сотовая связь

В случае с обеспечением коммуникации между движущимися абонентами сот вышки мобильной связи являются целым комплексом, состоящим из аппаратуры, которая принимает, передает и ретранслирует сигнал. Поскольку станции оснащены несколькими передатчиками, которые могут одновременно обеспечивать связь между несколькими абонентами, линия всегда доступна. Все вышки, которые расположены на небольшом отдалении друг от друга, составляют соту.

Мифы о вреде вышек мобильной связи

С развитием мобильной связи и увеличением ретранслирующих и базовых станций население начало переживать о своем здоровье и негативном влиянии радиоволн на организм. В телепередачах нас пугают страшными последствиями от употребления в пищу продуктов из микроволновки, от использования мобильного телефона и других бытовых предметов.

С вышками то же самое, некоторые «эксперты» утверждают, что они чуть ли не смертельно опасны для человека. Однако это не что иное, как очередной миф, развенчать который очень просто.

Во-первых, радиоволны излучает не вся конструкция, а только антенны, расположенные на ней. Во-вторых, радиоволна подобна тонкому лучу фонарика, она не рассеивается, а имеет направленную траекторию. В-третьих, вышки специально расположены выше, чем жилые дома и другие сооружения, чтобы сигнал мог беспрепятственно передаваться между ретрансляторами и абонентами, следовательно, люди находятся вне зоны досягаемости радиоволн.

Узнать о новых открытиях в сфере мобильной связи на выставке

Специализированная выставка «Связь», которая состоится в ЦВК «Экспоцентр», будет посвящена современным коммуникациям.

В ходе мероприятия гости узнают, какие вышки мобильной сотовой связи сейчас строятся в стране, какое оборудование используется для обеспечения передачи сигнала и какие новшества в этой сфере появились за последнее время.