|
|
  |
Главная страница / Архитектура отрасли Системы передачи, эффективность эксплуатации, согласование сопротивленийЦель данной статьи – обзор и исследование аспектов обеспечения максимальной эффективности эксплуатации и надежности системы подвижной радиосвязи посредством согласования сопротивлений различных активных и пассивных элементов системы (приемопередатчиков, антенн, фидеров, фильтров и т. п.). Типичные передающие системы Радиочастотная мощность наиболее часто производится комбинированием задающего генератора с усилителем мощности. Для передачи сигнала с выхода задающего генератора на вход усилителя мощности, а затем от усилителя мощности к соответствующей антенне в системах используются коаксиально-кабельные линии передачи. Точки, представляющие интерес в свете настоящей статьи, выделены звездочкой. В каждой из них, для достижения высокой результирующей производительности системы, должно обеспечиваться приемлемое электрическое согласование. Независимо от уровня мощности любая потеря электрической энергии нежелательна. Где происходят потери в системах передачи? Ответ на этот вопрос прост: все, что является проводником мощности, будет увеличивать потери канала, особенно если динамические сопротивления всех элементов не согласованы между собой. Кабели являются проводниками мощности, и, следовательно, вносят свой вклад в потери. Как известно, стандартное сопротивление, характерное для систем в беспроводной индустрии, равно 50 W. Следовательно, чтобы максимально повысить результирующую производительность системы, все оборудование, кабели и разъемы для их комплектации должны иметь такую же величину сопротивления. Отметим, разъемы серии UHF, в том числе до сих пор используемые типов PL259 и SO239, были разработаны более пятидесяти лет назад, когда частота 50 МГц считалась «вершиной» радиодиапазона. Эти разъемы не обладают постоянным сопротивлением и при частотах выше 30 МГц могут приводить к достаточно серьезным рассогласованиям в важных компонентах системы. Реализм согласования сопротивлений Существует мнение, что в системе, в которой все элементы имеют сопротивление 50 W, можно использовать любую длину 50-омного кабеля, и «совершенное согласование» будет обеспечено. Это справедливо, только когда все элементы системы имеют чисто резистивные 50 W характеристики, не проявляя ни индуктивного, ни емкостного реактивного сопротивлений. При использовании двух или более радиочастотных приборов, соединенных кабелями, наличие даже сравнительно небольших эффектов индуктивности или емкости может отрицательно сказаться на производительности в целом. Для согласования кабелей необходимо рассчитывать реактивную компоненту. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению вопроса о сопротивлениях линий передачи и антенн, целесообразно проанализировать природу усилителей. Анатомия задающих генераторов Как известно, частотная генерация выполняется посредством электронного синтеза. Гибкость и простота, с которой современные мт, стали возможными благодаря технологии синтезатора «твердого тела». Задающие генераторы на основе твердого тела будут задавать высокостабильный частотный канал, как запрограммировано, при низком уровне мощности, используя сложный синтез частот для точного установления требуемых частот канала. Обычно применяют модуляцию выборочных носителей как часть функции синтезатора. В результате последовательных этапов этот сигнал усиливается до уровня мощности, приемлемого для усилителя мощности (УМ). Для этого УМ может иметь две или более ступеней. В задающем генераторе выявляются различные межступенчатые сопротивления в зависимости от решения проектировщика и доступности активных элементов схемы. Обычно выходное сопротивление задающего генератора проектируется равным 50 W, при некотором заданном уровне мощности (например, 3,5 или 10 Вт). Различные формы или типы УМ используютс с наибольшей вероятностью в предположении, что входное сопротивление усилителя будет для выхода усилителя таким же, как создаваемое «нагрузкой» сопротивление. При этом необходимо адекватное согласование сопротивлений, так как задающий генератор фактически является передатчиком с низкой мощностью. Наиболее эффективно он будет передавать мощность на вход УМ, только когда его выходное сопротивление согласовано с входным сопротивлением УМ. Довольно часто возникают ситуации, когда задающий генератор, который может доставить требуемую мощность на УМ, выходит из строя и генерирует ложные выходные частоты либо прекращает работать, если входное сопротивление УМ значительно отличается от 50 W, либо если между выходом задающего генератора и входом УМ используется рассогласованный кабель. Когда задающий генератор нормирован на, скажем, 5 Вт мощности на выходе и использует выход класса «В» или «С», наряду с настройкой «выходного уровня» на некоторых предыдущих стадиях, эффективное сопротивление может изменяться в широком диапазоне, так как выходная мощность задающего генератора изменяется в пределах доступного настройке диапазона мощности. Многие специалисты, ошибочно полагая, что выходное сопротивление задающего генератора постоянно независимо от генерируемой мощности, нередко сталкиваются с подобными ситуациями. Анализ фактора скорости кабеля Фактор скорости кабеля относится к скорости распространения сигнала по кабелю, сопоставленной со скоростью распространения электромагнитной волны в пространстве. Типичные факторы скорости могут варьироваться от 65 до 97% скорости распространения в свободном пространстве, в зависимости от материала проводников и характеристик диэлектрического материала. Фактор скорости вычисляется по следующей формуле: Vs=l / l, где Vs – фактор скорости, l – длина волны в свободном пространстве в футах, l – фактическая длина волнового кабеля. Фактор скорости наиболее распространенных типов гибкой коаксиальной линии передач зависит от материала, из которого они изготовлены. Это влияет на их одолжно учитываться при использовании в сетях или в джамперах. Электрический эквивалент коаксиальной передающей линии аналогичен бесконечному числу небольших катушек индуктивности и емкостей. Катушки являются распределенными индуктивностями проводников, а емкости состоят из распределенных емкостных сопротивлений между внутренним и внешним проводниками в модификации, соответствующей природе диэлектрического материала и электрическому сопротивлению используемых проводящих материалов. Эффект задержки из-за фактора скорости электрических материалов кабеля должен учитываться при любой конструкции кабельной сети. Если, например, вам пришлось заменить кабель длиной 24 дюйма, изготовленный из стандартного кабеля RG-58A, на кабель из стандартного RG-142B/U с двойной изоляцией и покрытым серебром проводником, то для обеспечения такой же эффективной электрической длины он должен быть на 4%, или почти на полный дюйм короче. Там, где необходима точная работа, следует учитывать, что фактор скорости данного типа кабеля может изменяться в зависимости от производителя и даже от партии продукции. Об антеннах Большинство антенн систем связи подпадают под одну из пяти категорий: • антенны «усилительного» типа, или открытые антенные решетки из симметричных вибраторов; • антенны из коллинеарных многоярусных элементов в обтекателях из стекловолокна; • многоэлементные направленные антенны типа Yagi («волновой канал»); • «панельные» антенны, используемые в основном при частотах свыше 700–800 МГц; • антенны типа «углового рефлектора» и параболического рефлектора. Нередко в ходе тестирования с более высокими уровнями мощности обнаруживается значительное отличие спецификаций от заявленных производителем. Большинство типов и моделей работают в более или менее ожидаемом режиме в течение пяти или более лет, если только не повреждаются молниями, ветром, водой, льдом и т. п., или просто не деградируют в результате старения материалов, используемых при их производстве. Многие антенны, даже относительно новые, демонстрируют значительный дрейф характеристик при продолжительном воздействии излучения. Вероятная причина такого явления – эффект потерь I2 * R. Возможность управления мощностью антенны может быть проверена путем питания антенны очень коротким отрезком кабеля с низкими потерями и дальнейшим наблюдением за изменением отражений после продолжительной подачи мощности на наиболее вероятных уровнях работы системы. Практически все антенны имеют определенные проблемы дрейфа характеристик, очень многие из них значительно меняют свои исходные характеристики после нескольких лет работы. Большинство производителей в каталогах продукции приводят данные для коэффициента стоячей волны (КСВ) своих моделей как «1,5:1 или лучше» при определенных заявленных рабочих диапазонах частот. Однако следует отметить, что 1,5:1 КСВ соответствует величине обратных потерь на уровне 14 дБ и коэффициенту отражения 0,1995,ься. Однако согласование на 50 Ом большинства антенн считается лучшим результатом, чем 1,5:1 в различных точках в пределах опубликованных частотных диапазонов, причем многие антенны демонстрируют КСВ в пределах 1,15:1 или лучше в оптимальных интервалах диапазона. Антенны, для которых заявляется слишком широкая частотная полоса, редко проявляют «плоские» характеристики отклика в конкретном диапазоне, даже когда они новые, а после полугодовой эксплуатации их характеристики становятся еще менее «плоскими». Сегменты коаксиальной линии как «повторители» и «шлейфы» Если длина линии равна половине длины волны или целому числу половин длины волны на определенной частоте, то такую линию часто называют «повторителем», имеющим тенденцию отображать (или повторять) на выходе то сопротивление, которое «заметно» на входе. Чтобы определить половину длины волны при некоторой данной частоте, можно использовать следующую простую формулу: L (длина, футы) = 468 : частота (МГц) * Vs (фактор скорости кабеля, %). Пример: 1/2 длины волны кабеля RG-214B/U при 155 МГц будет равна: 468:155*66 = 2,06 фута (24,7 дюйма) При разработке кабельных сетей должны учитываться эффективные длины разъемов. При длине кабеля, равной эффективной половине длины волны, сигнал на его выходе будет сдвинут на 1800 по фазе по сравнению с подаваемым сигналом. При длине, кратной половине длины волны, такой эффект «повторяется» на каждой половине длины волны вдоль линии, причем эти фазовые обращения возвращают сигнал в фазе для четного числа половин длины волны и в противофазе при длине кабеля, равной нечетному числу половин длины волны. Более короткая длина кабеля, равная 1/4 длины волны для эффективной длины с данным сопротивлением, действует как «короткозамкнутый шлейф», имеющий фазовое смещение в 900. Линия будет резонансной для основной частоты, подобно резонансу цепи с параллельными катушкой и емкостью. На второй гармонике основной частоты, однако, шлейф действует как ловушка (резонансный контур), проявляя нулевое сопротивление на короткозамкнутом конце. Такой шлейф часто используется для подавления второй гармоники во многих приложениях систем. Короткозамкнутые шлейфы с длиной менее или более, чем 1/4 эффективной длины волны, часто применяются для коррекции рассогласования сопротивлений в сложных цепях. Эффект транспозиции фаз для кабеля длиной 1/4, 1/2 и 3/4 длины волны наиболее эффективно используется в конструкциях гибридного ответвителя типа «гибридное кольцо» и Wilkinson в диапазонах UHF и VHF. Коаксиальные кабели, имеющие эффективные длины менее или более чем 1/4 и 1/2 длины волны и их кратные величины, могут использоваться как трансформаторы сопротивлений, а также для согласования элементов, рассогласованных по сопротивлению компонент системы. Кабели с длиной более чем 1/2 длины волны проявляют эффект индуктивности, а кабели короче 1/2 длины волны становятся емкостями. Таким ом, чтобы подобрать длину кабеля, обеспечивающую эквивалентность его воздействия эффекту индуктивности или емкости, либо противоположное им воздействие, что приводит к резистивному согласованию в цепи. Средства такого согласования являются наиболее важными инструментами разработчиков кабельных сетей. Характеристики комплексного сопротивления Таким образом, истинное (или действительное) сопротивление радиочастотного прибора определяется результирующим воздействием электрического сопротивления, комбинированным с индуктивным и емкостным реактивными сопротивлениями. Когда они равны между собой, цепь становится реактивной по своим характеристикам, что нередко наблюдается при определенной радиочастоте для заданной длины кабеля и при заданном факторе скорости. Если два 50-омных прибора, таких как выход задающего генератора и вход усилителя мощности, соединены с реальной электрической линией с сопротивлением 50 Ом и длиной, равной половине длины волны или кратному ей значению, то будет иметь место условие согласования, и мощность возбуждения будет передана на усилитель мощности без отражений. Если один или оба соединенных прибора проявляют свойства индуктивности или емкости, то возникнет условие рассогласования. Излучение и обмен сигналов передающими линиями Если соотношение между диаметром внутреннего и внешнего проводников настроено таким образом, что достигается сопротивление, равное 50 Ом, и если диэлектрическим материалом является сухой воздух, то это соотношение будет приблизительно 4,3:1. При использовании других диэлектрических материалов это соотношение становится меньше из-за высокого эффективного фактора скорости используемого материала. Если сопротивление источника, питающего 50-омную линию, и сопротивление нагрузки на выходном конце линии также равно 50 Ом, то мощность потери на линии будет складываться только из потерь I2 * R плюс потери, обусловленные диэлектрическим материалом. Коаксиальная передающая линия, состоящая из двух концентрических проводников, разделенных диэлектрической средой, является замкнутой системой. Электрическое поле и поле магнитного потока существуют между данными проводниками. Эти поля быстро угасают вне линии и по мере удаления от нее, когда сама линия и приборы, к которым она подсоединена, проявляют идентичные сопротивления. Излучение сигнала внешним проводником линии будет в данном случае минимальным. При наличии рассогласований вдоль внешнего проводника могут возникать «стоячие волны», которые будут излучать сигнал, т. е. мощность, что приведет к нежелательной связи с другими близлежащими кабелями. Именно поэтому следует избегать связки в единые жгуты приемных линий с передающими линиями вдоль опорных структур башен или в других местах проводки кабеля. Общепринятая практика, когда кабели передатчика и приемника идут по параллельным коробам. Многие проблемы интермодуляции и десенситизации (потери чувствительности) приемника были решены просто за ается в сокращении. Полный вариант на сайте www.radial.ru КПК становятся мобильным рабочим местом Компания ИВК, один из ведущих российских производителей компьютерной техники, системообразующего ПО и средств защиты информации, объявила о создании набора технологий, позволяющих использовать КПК как полноценное защищенное рабочее место в автоматизированных информационных системах (АИС) различного назначения. Это стало возможным благодаря переносу на платформу Microsoft.NET системообразующего ПО «ИВК Юпитер V.5» и созданию шлюзов для подключения к среде «ИВК Юпитер» картографического ПО и систем глобального позиционирования. Программное обеспечение «ИВК Юпитер» – системообразующий элемент АИС, отвечающий за реализацию комплекса общесистемных функций в территориально-распределенных гетерогенных информационных системах. В ядро версии «ИВК Юпитер» для КПК встроены интегрированные в транспортную магистраль этого ПО серверы интернет-протоколов (HTTP, SMTP и POP3). Это позволяет использовать стандартные браузер и клиент электронной почты как для доступа к информации внутри КПК и ресурсам Интернет и Интранет, так и к защищенным информационным хранилищам, находящимся в других узлах сети «ИВК Юпитер». В результате у предприятия появляется возможность организовать выход КПК в Интернет через защищенную корпоративную сеть. Таким образом, в информационной системе предприятия КПК становится полноценным элементом, достаточно функциональным и защищенным для работы в составе территориально-распределенных приложений, критически важных для организации. http://ivk.ru Главная страница / Архитектура отрасли |