Системы связи

 
История и миссия компании
Лицензии и Сертификаты
Отзывы заказчиков
Публикации в СМИ
Фотогалерея
Вакансии

Адрес: 127055, Москва,
ул.Сущевская, д.9, стр.4

Тел: (495) 744-1070
Факс: (499) 972-4200

Email:
 info@rkk.ru


Схема проезда в офис
ООО 'Фирма РКК'
и Радиомузей РКК


 

Rambler's Top100

Яндекс




Антенно-фидерные устройства для базовых станций сотовой и подвижной связи

Алехин Ю.Н., Лазарева Е.В., ООО "Фирма РКК",
 (журнал «Мобильные системы» № 3 - 2002г.)

Сотовая и подвижная радиотелефонная связь сегодня стала неотъемлемым атрибутом нашей повседневной жизни. Из года в год неуклонно растет число абонентов сотовых компаний-операторов, а также пользователей ведомственных сетей подвижной связи. Успешно сосуществуют и развиваются различные стандарты сотовой связи 1-го и 2-го поколений: NMT-450, AMPS, NMT-900, TACS, GSM-900, CDMA, D-AMPS, GDC, GSM-1800, DECT и ряд других. На очереди развитие и внедрение в жизнь стандарта сотовой связи 3-го поколения - UMTS (IMP-2000). В области транкинговой связи аналогичная ситуация. Наряду с уже существующими стандартами SmarTrunk, Smartnet, LTR, MPT-1327, идет процесс становления и развития цифровых систем: TETRA, APCO 25 и др. Вопросы построения и функционирования, особенности и преимущества различных систем связи широко и подробно освещаются во многих периодических изданиях, материалах различных конференций и симпозиумов, в специальных публикациях. Однако очень редко можно встретить информацию об одной из важнейших составляющих любой системы мобильной связи, как сотовой так и подвижной, - о комплексе антенно-фидерных устройств (АФУ ), обеспечивающих работу базовой станции и всей системы связи в целом. Очевидно, что без эффективного, надежного и качественного комплекса АФУ любая система связи не сможет успешно выполнять свои функции.

Цель настоящей статьи - скромная попытка хотя бы частично восполнить существующий пробел и дать краткий обзор АФУ зарубежных производителей, широко используемых на практике в нашей стране. При написании данной статьи использован трехлетний опыт работы фирмы РКК по поставкам этого оборудования более, чем 90 компаниям-операторам сотовой и подвижной связи практически из всех регионов страны.

Несмотря на все разнообразие конкретных схем АФУ, они обязательно содержат одинаковые элементы, выполняющие определенные функции. В качестве примера на рис.1 показана одна из возможных структурных схем антенной системы базовой станции мобильной связи с указанием всех типичных АФУ. Кратко рассмотрим все составляющие указанной структурной схемы, исключая базовую станцию, которая не входит в комплекс АФУ.

Рис. 1

1. Базовая станция

2. Направленная панельная антенна

3. Всенаправленная антенна

4. Делитель мощности

5. Грозоразрядник

6. Заземлитель

7. Главный фидер

8. Кабельная вставка

9. Коаксиальный разъем

Антенны

На российском рынке оборудования мобильной связи можно встретить базовые антенны многих зарубежных компаний-производителей, например: ANDREW, ANTENEX, ALLGON, CUSHCRAFT, DECIBELL, СELWAVE, TELEWAVE, HUBER&SUHNER и др. Но как показывает практика, повышенным спросом пользуются антенны известной германской компании KATHREIN. Эти антенны характеризуются высокой надежностью, механической прочностью, долговечностью (реальный срок эксплуатации антенн составляет не менее 15 лет) а также постоянством электрических характеристик в течение всего срока службы. Они успешно работают в условиях повышенной влажности, перепада температур (-55...+60о), обледенения, сильных ветровых нагрузок. Правильный выбор материалов конструкции антенн и оптимальное число внутренних соединений позволили снизить уровень интермодуляционных искажений до -150 dB. Антенны KATHREIN выпускаются практически для всех перечисленных стандартов мобильной связи в двух основных модификациях: всенаправленные антенны (Omni) и направленные антенны (Panel).

В [1, рис. 1] показана всенаправленная коллинеарная антенна, представляющая собой цепочку полуволновых вибраторов, расположенных внутри трубки из фибергласа. Общее число моделей всенаправленных антенн достигает 40. Диапазон изменения коэффициентов усиления антенн составляет 2...11 dBi, а подводимой мощности 60...500 Вт. Как правило, вибраторы в антенне запитываются синфазно, но в ряде случаев с запаздыванием по фазе, что обеспечивает наклон луча в вертикальной плоскости для оптимизации зоны покрытия.

Рис. 2а

Рис. 2б

Группа панельных антенн [1, рис. 2] наиболее многочисленна. Антенна представляет собой совокупность вибраторов, расположенных над металлическим экраном и объединенных с помощью системы миниатюрных коаксиальных кабелей, размещенной по другую сторону экрана. Прочный фибергласовый кожух герметично укрывает антенну от воздействий внешней среды. В зависимости от типа, антенна имеет один, два, четыре или шесть внешних разъемов, что фактически указывает на число независимых антенн, размещенных в одном корпусе. Такое конструктивное решение позволяет экономить места на антенной мачте, а также финансовые ресурсы компаний-операторов. Общее число моделей панельных антенн достигает 200. Модели различаются шириной луча в горизонтальной плоскости (65, 90, 105 или 120о), коэффициентом усиления (6,5... 18,5 dBi), а также величиной подводимой мощности (100...500 Вт). В ряде моделей предусмотрен электрический наклон луча (фиксированный или регулируемый), обеспечиваемый соответствующей схемой питания. В отличие от всенаправленных антенн, в панельных антеннах наклон луча можно обеспечить и механическим путем, используя специальный узел наклона. Однако электрический наклон луча более предпочтителен, поскольку при этом не искажается изначальная форма диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Кроме того отпадает необходимость в дополнительном приобретении механических узлов наклона.

Среди последних разработок KATHREIN, особое место занимают панельные антенны с двойной наклонной поляризацией (ХPol, XXPol - антенны). Эти антенны в настоящее время завоевывают лидирующее положение и на российском рынке. Как отмечалось выше, подобные антенны состоят из двух, четырех или шести независимых дипольных систем. На основе таких антенн разработаны и предлагаются потребителям многополосные антенны (Multi-band) и многодиапазонные антенны: двухдиапазонные (Dual-band) на частоты 900/1800 МГЦ, и трехдиапазонные (Triple-band) на частоты 900/1800/2000 Мгц. Причем в каждом из диапазонов предусмотрен автономный электрически регулируемый угол наклона луча.

Обзор направленных антенн будет не полным, если мы не упомянем об антеннах специального назначения - логопериодических (LogPer) и параболических панельных (ParPanel) c экраном параболической формы. Эти антенны, показанные на рис. 2а,б, соответственно, характеризуются малой шириной луча в обеих плоскостях и используются для организации связи вдоль железных дорог, автомагистралей, ущелий, протяженных городских кварталов и т.п.

Подытоживая краткий обзор антенн KATHREIN для базовых станций мобильной связи, отметим, что они сертифицированы в системе сертификации "Электросвязь" (сертификат соответствия №ОС/1-АФ-46), а более детально антенны рассмотрены в наших публикациях [1,2].

Делители мощности

Делители мощности предназначены для распределения мощности между несколькими антеннами в сложных антенных системах для создания диаграмм направленности требуемой формы в зависимости от поставленной задачи. Они могут быть также использованы для формирования разветвленных кабельных сетей как внутри, так и вне помещений. Компания KATHREIN предлагает модели делителей на все требуемые частотные диапазоны, на уровни подводимой мощности от 100 до 1000 Вт. Делители выпускаются с равным делением на 2/3/4 канала (splitter) и неравным делением на 2 канала (tapper) с потерями на деление 6/10/15 dB. Варианты делителей мощности представлены в [2, рис. 6]. Коаксиальная конструкция делителей и совершенная технология производства обеспечивают уровень собственных потерь не более 0,05 dB, а герметичный корпус позволяет использовать их в сложных погодных условиях при температурах +55...-60оС. Оптимальная форма и малые габариты делителей обеспечивают легкий монтаж и подключение.

Радиочастотные коаксиальные кабели

Ни одна система подвижной связи не может обойтись без коаксиального кабеля. Российским операторам мобильной связи известна кабельная продукция ряда зарубежных производителей, например: ANDREW, EUPEN, RFS, NK Cables. 

Рис. 3

По своим электрофизическим свойствам, техническим характеристикам и геометрическим размерам кабели указанных производителей практически одинаковы. Поэтому решающим факторами при выборе того или иного производителя являются, как правило, сроки поставок и ценовые показатели. Кратко рассмотрим некоторые особенности радиочастотных коаксиальных кабелей на примере продукции финской компании NK Cables. На рис.3 представлена гамма коаксиальных кабелей NK Cables, которую можно условно разбить на три основных группы: кабели общего применения, особо гибкие и излучающие.

Кабели общего применения (маркировка RF) обеспечивают трансляцию радиочастотного сигнала от базовой станции к антенне и обратно. Высота расположения антенн, величина передаваемой мощности и допустимый уровень потерь сигнала диктуют необходимый диаметр кабеля: 3/8", 1/2", 5/8", 7/8", 1 1/4", 1 5/8" и 2 1/4". Кабели характеризуются низким затуханием за счет использования в них вспененного полиэтилена высокой плотности (маркировка HD) и постоянством волнового сопротивления (50 Ом) в широком диапазоне частот. Стойкая к механическим воздействиям внешняя оболочка надежно защищает кабель от неблагоприятных внешних условий. По требованию заказчика оболочка может быть изготовлена в негорючем варианте c незначительным дымообразованием. Внутренний проводник кабеля выполнен из медного провода, медной трубки или алюминиевого провода, покрытого медью. Внешний проводник представляет собой медную гофрированную трубку, либо медную ленту, свернутую в спираль. Снаружи внутренний и изнутри внешний проводники покрыты тонкой полиэтиленовой пленкой, а пространство между проводниками заполнено вспененным полиэтиленом со степенью расширения до 80%. Такая многослойная конструкция дополнительно обеспечивает повышенную влагостойкость. Кабели NK Cables способны работать в диапазоне температур -60...+70оС при минимальной температуре монтажа -20оС и являются единственными, прошедшими в России тестирование при указанной предельной минусовой температуре.

Особо гибкие кабели (маркировка RFF) используются в кабельных вставках, соединяющих основной фидер с антенной, либо с активным оборудованием. Диаметр кабеля также стандартизован: 1/4", 3/8", 1/2", 7/8". В отличие от кабелей общего назначения, в данных кабелях применяется вспененный полиэтилен низкой плотности (маркировка LD), а внешний проводник выполнен из спиралевидной гофры с меньшим шагом. Такое техническое решение позволяет существенно уменьшить минимальный радиус многократного изгиба кабеля и повысить его гибкость. Некоторым недостатком особо гибких кабелей является повышенный, по сравнению с кабелями первой группы, коэффициент затухания.

Излучающие кабели с диаметрами 1/2", 7/8", 1 1/4", 1 5/8" (маркировка RFX) предназначены для организации связи в туннелях, метро, шахтах и внутри экранированных помещений. Конструктивно они представляют собой кабели общего назначения, в которых во внешнем проводнике методом фрезерования снята фаска. Образующиеся при этом отверстия излучают электромагнитную энергию перпендикулярно оси кабеля. Излучающий кабель, в зависимости от его диаметра и размера отверстий, имеет различные значения продольного затухания и поперечных потерь на излучение.

В заключение этого раздела отметим, что кабели NK Cables общего применения и особо гибкие сертифицированы в системе сертификации "Электросвязь" (сертификат соответствия №ОС/1-КБ-165).

Коаксиальные разъемы

Рис. 4а

Качество мобильной связи неразрывно связано с качеством всех используемых компонентов, в том числе и таких широко распространенных, как коаксиальные разъемы. Из числа производителей разъемов на российском рынке представлены компании AMPHENOL, RFS-Cablewave, EUPEN, SPINNER, TERACOM, WISI. Наиболее популярными и применяемыми считаются разъемы производства компаний SPINNER и WISI (Германия), а также TERACOM (Швеция), общий вид которых представлен на рис.4а-в, соответственно. Эти компании производят практически полную гамму разъемов (типа N; 7/16 DIN и др.) на все диаметры кабелей общего применения, особо гибких и излучающих. Кроме кабельных разъемов, поставляются панельные разъемы, используемые в различной аппаратуре, а также коаксиальные адаптеры для перехода с одного типа разъема на другой. Разъемы этих компаний характеризуются низким переходным сопротивлением контактов (менее 0,001 Ом), низким уровнем интермодуляционных составляющих (- 156 dB), высокой степенью согласования с кабелем (КСВН не более 1,03), многократностью использования (до10000 свинчиваний). Компания SPINNER по желанию заказчика поставляет также разъемы с особыми требованиями по интермодуляции на определенную частоту с предоставлением паспорта испытаний. Разъемы указанных компаний различаются по конструкции, методу сборки и установки их на кабель, а герметизация их обеспечивается различными способами. Так, герметизация разъемов SPINNER обеспечивается специальным силиконовым компаундом, который закачивается внутрь разъема в пространство между внешней частью разъема и внешним проводником кабеля, WISI - компаундом, либо термоусадочной трубкой. Разъемы TERACOM не требуют специальной защиты. Кроме того, дополнительные кольца в конструкциях этих разъемов обеспечивают их работоспособность даже при повреждении оболочки кабеля. Для облегчения процесса сборки и установки разъема на кабель к каждому разъему при поставке прилагается подробная инструкция.

Рис. 4б

Рис. 4в

Кабельные вставки

Как известно, кабельные вставки применяются для соединения основного фидера с антенной, либо с базовой станцией. Кроме того, вставки демпфируют механические колебания, возникающие под действием погодных факторов, и тем самым снимают механическую нагрузку с разъемов на антенне, главном фидере и базовой станции. Компании SPINNER и TERACOM поставляют готовые кабельные вставки длиной 1,2 и 3 метра из особо гибкого кабеля диаметром 1/2"с любыми прямыми или угловыми разъемами на концах. Изготовление вставок в заводских условиях позволяет обеспечить паяное соединение разъема и кабеля, что существенно повышает электрические и механические характеристики вставки, а также герметичность разъемов. В качестве примера на рис.5 показаны кабельные вставки NK Cables, а в центре рисунка крупным планом изображена конструкция соединения кабеля с разъемом. 

Рис. 5

Как видно, наряду с паяным соединением, в разъеме присутствуют резиновые кольца, отмеченные красным цветом, дополнительно улучшающие герметичность соединения. Кабельные вставки указанных производителей отличаются низким уровнем потерь на отражение и интермодуляции. По желанию заказчика могут быть изготовлены вставки требуемой длины, в том числе и из кабелей общего применения нужного диаметра.

Грозоразрядники

Рис. 6а

Грозоразрядники необходимы для защиты активного оборудования от разряда молнии. Российским операторам хорошо известны устройства грозозащиты таких компаний, как POLYPHASER, TERACOM и SPINNER. Варианты разрядников этих компаний показаны на рис.6а-в и существенно различаются как по конструкции, так и по принципу действия. Так, в разряднике POLYPHASER установлены диодные вставки, закорачивающие линию при определенных значениях наведенного напряжения. Принцип действия разрядника TERACOM основан на использовании шунтирующего по постоянному току отрезка коаксиальной линии в четверть длины рабочей волны. Разрядники SPINNER представлены в двух модификациях. Первая имеет отрезок шунтирующей линии, а вторая содержит газовую капсулу с инертным газом, который ионизируется под действием импульса высокого напряжения. Все указанные типы разрядников имеют ряд моделей, отличающихся рабочим диапазоном частот, уровнем пропускаемой мощности, предельными величинами пробивного напряжения и тока разряда. Разрядники имеют низкие собственные потери (менее 0,2 dB) и широкий диапазон рабочих температур (-40...+50оС. Они обладают постоянством эксплуатационных характеристик в заданном частотном диапазоне, имеют прочный герметичный корпус, обеспечивающий защиту от влияния внешней среды, сохраняют работоспособность при многократном воздействии грозовых разрядов. Кроме указанных типов, на практике применяются также разрядники с раздельными цепями по высокой частоте и постоянному току, которые используются в случае дистанционного управления питанием активного оборудования по центральному проводнику коаксиала.

Рис. 6б

Рис. 6в

Заземлители кабеля

Заземлитель применяется для снятия наведенного статического потенциала с внешнего проводника кабеля, а также для обеспечения эффективной работы грозоразрядника, конструкция которого не предусматривает наличие отдельного заземляющего проводника. Именно тандем: заземлитель - грозоразрядник наиболее эффективно защищает базовое оборудование от электрических разрядов и статики. Наибольшую популярность на российском рынке приобрели заземлители компаний TERACOM (рис.7) и МTS. Заземлители выпускаются на все диаметры кабелей. Они характеризуются высокой надежностью, легкостью установки, возможностью повторного использования, не нуждаются в дополнительной защите от атмосферных воздействий.

Рис. 7

Подытоживая обзор антенно-фидерных устройств для систем мобильной связи, нельзя не сказать об узлах, обеспечивающих крепление кабеля на несущую конструкцию мачты. Компания FIMO предлагает широкий ассортимент крепежа для кабелей всех типов и размеров на уголок, плоскость или пруток. Арсенал крепежа завершает семейство проходных панелей и вкладышей для ввода кабелей в помещение с активным оборудованием.

В заключение отметим, что авторы в рамках данной статьи не ставили себе целью подробное и детальное описание всех представленных антенно-фидерных устройств. Более подробные консультации, а также информацию по вопросам поставок этого оборудования можно получить, непосредственно обратившись на фирму РКК.

Литература

  1. Громов В.Б., Алехин Ю.Н., Антенны сотовой связи: новая продукция KATHREIN, Мобильные системы, №3, 2000г.
  2. Алехин Ю.Н., Жучков Ю.А., Лазарева Е.В., Базовые антенны KATHREIN для систем связи третьего поколения стандарта UMTS, Мобильные системы, №3, 2001г

Версия для печати  |  На уровень вверх

О компании | Новости | Каталог продукции | Услуги | Партнеры и поставщики | Контакты | Карта сайта