Побудова високочастотного тракту базової станції системи радіозв’язку
Як побудувати базову станцію для системи професійного радіозв’язку?
У цій статті ми розглянемо три варіанти компонування обладнання одноканальної базової станції та варіант побудови багатоканальної базової станції.
Ретранслятор з приймальною та передавальною антенами
Найпростіший варіант ВЧ-тракту базової станції з ретранслятором – коли приймач та передавач працюють на дві окремі антени. Розв’язка між приймальним та передаючим трактами забезпечується просторовим рознесенням антен. Методика розрахунку просторового розносу антен розписана в статті: https://horwin.info/statti/metodyka-rozrakhunku-neobkhidnoho-pro/. Це зручніше зробити з дипольними антенами, розмістивши їх на одній щоглі одна над іншою. Або однією колінеарною антеною, що розміщується на верхівці щогли, та однією дипольною, яка розміщується на щоглі нижче. Дипольні антени для радіозв’язку найчастіше вибирають саме через їх зручність розміщення декількох антен на одній щоглі та широкої робочої смуги.
В умовах вирогідності постановки завад від систем РЕБ використання двох антен без дуплексера дозволяє оперативно міняти частоту базової станції, в той час як переналаштування дуплексера потребує наявність приладу і досвіду.
Методи розрахунку необхідного просторового розносу між приймально та передаючою антенами наведено нижче.
Одна антена і дуплексер
Малогабаритні дуплексні фільтри
Часто місце розташування базової станції не дозволяє забезпечити просторове рознесення антен. У цьому випадку використовується одна антена і дуплексний фільтр (дуплексер), що розділяє приймальний і передавальний тракти.
Застосування малогабаритних дуплексерів можливе, коли в системі радіозв’язку використовуються дуплексні пари частот із рознесенням ≥5МГц у діапазоні VHF, та ≥10МГц у діапазоні UHF. При цьому забезпечується поєднання достатньої якості сигналу з невисокою вартістю та компактними розмірами одноканальних та багатоканальних базових станцій.
При меньшому розносі використовуються дуплексні фільтри на об’ємних резонаторах.
Дуплексні фільтри розраховуються на максимальну потужність передавача і відрізняються конструктивно. Частіше виробляються в варіантах до 50 Вт або до 100 і більше Вт.
Розглянемо варіанти побудови ВЧ тракту одноканальної станції
Варіант 1
Одноканальна базова станція потужністю ретранслятора до 50/100Вт та в безпосередній близькості не має інших передавачів. Полосно-режекторний дуплексний фільтр (DF) забезпечує достатній рівень розв’язки приймального тракту сигналу передавача для забезпечення його максимальної чутливості. Невеликий за габаритами, малий рознос частот.
Варіант 2
Та сама одноканальна базова станція потужністю до 50Вт, в безпосередній близькості розташовані антени інших базових станцій, працюючих на сусідніх парах частот. За таких умов однозначно з’являтимуться сторонні перешкоди від інших станцій. Проблему вирішить додатково полосно-режекторний фільтр (PRF). Такий тип фільтра зможе забезпечити у приймальному тракті відповідну максимальну чутливість. При цьому підбираються смуги пропускання та режекції.
Варіант 3
Об’єднання стаціонарних радіостанцій на одну антену.
Ретранслятор базової станції організований на двох мобільних радіостанцій як приймач і передавач. Дві симплексні радіостанції з частотним рознесенням, відповідним параметрам дуплексного фільтра, можуть бути об’єднані у роботі на одну антену. Забезпечуються всі параметри радіостанцій у всіх режимах.
Багатоканальна базова станція зі спільної антенної
У конвенційних та транкінгових системах радіозв’язку найчастіше будуються багатоканальні базові станції. Простим компактним рішенням при побудові двох, трьох та чотириканальних базових станцій транкінгових систем радіозв’язку є застосування стійок АФП (антенно фідерних пристроїв) із гібридними комбайнерами. Це дозволяє використовувати одну антену для незалежної роботи всіх каналів сайту. Таке рішення при побудові тракту АФП можливе у разі виділення дуплексних пар частот із невеликим рознесенням між сусідніми каналами (діапазон рознесення визначається параметрами дуплексного фільтра та мосту додавання комбайнера).
Функціональна схема стійки наведена на малюнку.
Складові частини стойки АФП:
• феритові ізолятори,
• фільтри 2,3 гармонік,
• гібридний комбайнер,
• малогабаритний дуплексний фільтр
• смугово-режекторний фільтр,
• приймальна розподільна панель з компенсуючим малошумним підсилювачем.,
Феритові ізолятори (FI – ferrite isolator) забезпечують розв’язку між передаючими каналами з метою уникнути інтермодуляцій у вихідних каскадах. Інтермодуляційні перешкоди потужного сигналу близького передавача можуть потрапляти на частоти приймальних трактів і значно погіршити якість прийому ретрансляторів. Рекомендується використовувати подвійні ізолятори для забезпечення гарного рівня розв’язування. Даний елемент радіосистеми є одним із найскладніших і найдорожчих складових.
Фільтр 2-ї та3-ї гармонік (FLP filter) для послаблення позасмугових шумів передавачів для приймачів інших діапазонів
Гібридний комбайнер (HC – hibrid combiner) складається з мосту складання та поглинаючого навантаження, забезпечує підсумовування сигналів передавачів з дотриманням фазових співвідношень, що забезпечують розв’язку між каналами. Якісний гібрид – комбайнер з ослабленням 3 дБ та великою розв’язкою. Така розв’язка, разом із розв’язкою феритових ізоляторів, забезпечує потужну і безперебійну роботу передаючих трактів.
Дуплексний фільтр (DF – duplex filter) забезпечує роботу однією антену передавальних і приймальних трактів.
Полосно-режекторний фільтр (PRF – pass-reject filter) забезпечує додаткове придушення сигналів передавачів на вході приймального тракту.
Приймальна розподільча панель (MC – multicoupler) використовується в багатоканальних системах радіозв’язку. Вона посилює сигнал, що приймається, компенсує втрати рівня від інших пристроїв тракту, і розділяє його між прийомними входами ретрансляторів. У цьому забезпечується необхідна розв’язка між входами приймачів.
Конструктивно все обладнання компактно разміщено на 19“ полиці.
На фото нижче зображено стойка ВЧ-тракту 2-х канальної базової станціі
Незалежно від того, чи це одноканальна або багатоканальна базова станція, чи стаціонарна абонентська радіостанція, ВЧ-тракт має вирішальне значення в радіопокритті та якості зв’язку. А це безпосередньо залежить від якості його елементів – дуплексерів (DF), смугово-пропускаючих (PF) та смугово-режекторних фільтрів (PRF), комбайнерів, ізоляторів та ін.. Звісно при цьому повинна бути правильно встановлена антена, якісно змонтовані та гідроізольовані коннектори на коаксіальних кабелях.