АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВЯЗИ В МЕСТАХ С ТРУДНОДОСТУПНЫМ ПРОХОЖДЕНИЕМ РАДИОВОЛН

March 1, 2013 by admin Комментировать »

Подцубный в. А., Корбут В. Н. Национальный технический университет Украины «КПИ», радиотехнический факультет Проспект Победы, 37, КПИ-РТФ, Киев, 03056, Украина Тел. 380-44-454-94-25

Аннотация – Рассмотрены вопросы построения пассивных радиоудлинителей сотовых систем связи. Приведены конструкции антенно-фидерных устройств и даны их основные характеристики.

I.                                       Введение

457,5   Дециметровые волны (ДЦВ), в диапазоне которых работают сотовые системы связи ΝΜΤ (453МГц, 463-467,5 МГц), GSM-900 (890-915 МГц, 935-960 МГц) И GSM-1800 (1755-1765 МГц, 1850- 1860 МГц), СИЛЬНО затухают при прохождении сквозь радионепрозрачные препятствия, например, железобетонные стены зданий. Это создаёт ряд неудобств ДЛЯ пользователей мобильной связью, поскольку даже в больших мегаполисах с развернутой сетью мобильной СВЯЗИ И плотным покрытием сотами существуют ЗОНЫ, в которых связь либо не устойчива, либо отсутствует вообще.

В некоторых зданиях после прохождения вызова (срабатывание звонка телефона), приходится искать место с достаточным для проведения сеанса связи уровнем сигнала. Это неудобно, а в ряде случаев и невозможно.

Отсутствие связи объясняется тем, что при почти одинаковой чувствительности приёмников базовой станции (БС) и мобильной станции (МС), мощности ИХ передатчиков существенно отличаются. В БС она значительно больше чем в МС. Поэтому, уровень сигнала от БС после прохождения сквозь радио- непрозрачное препятствие (стену здания) в большинстве случаев достаточен для приема МС. В то же время слабый выходной сигнал МС прошедший СКВОЗЬ радионепрозрачное препятствие ослабевает настолько, ЧТО его уровень оказывается недостаточным ДЛЯ обеспечения устойчивой связи с БС. Поэтому ДЛЯ обеспечения устойчивой связи приходиться искать такое место в здании, в котором сигнал, излучаемый МС И отраженный в направлении БС, будет минимально ослаблен, например, возле окна.

В зонах с гарантированным покрытием существуют также места, в которых даже изменением местоположения И перемещением МС добиться связи с БС не удается. К ним относятся железобетонные подвалы, в которых часто располагаются различные учреждения, конторы, мастерские, офисы и кафе.

Отсутствие мобильной связи в таких учреждениях может существенно повлиять на их работу и популярность, ЧТО неизбежно приведет к нежелательным убыткам. Решения проблемы обеспечения уверенной СВЯЗИ осуществляется ретрансляторами- репитерами (РР) соответствующего частотного диапазона, которые СОСТОЯТ из двунаправленного усилителя И двух антенн – внутренней и внешней.

Использование РР для многих пользователей мобильных телефонов, в которых связь неустойчива, не всегда приемлемо по финансовым соображениям, поскольку СТОИМОСТЬ РР составляет от 500 до 700 $. Обеспечить связь небольшой группе пользователей во МНОГИХ случаях можно при помощи пассивных радио-удлинителей (ПРУ). Известные ПРУ [1] содержат внешнюю, направленную, высокоподнятую и слабонаправленную в горизонтальной плоскости, внутреннюю антенны, соединенные между собой коаксиальным кабелем. Такое решение ограничивает пользователей в выборе оператора мобильной связи, так как не позволяет одновременно работать с несколькими операторами из-за узкой диаграммы направленности высокоподнятой антенны.

II.                              Основная часть

Разработано несколько конструкций ПРУ, в которых использованы две антенны с круговой диаграммой направленности. Это антенны от радиостанции «Алтай», доработанные для диапазона волн стандарта GSM-900 а также коаксиальные антенны типа Sleeve antenna [2]. Антенны между собой соединялись коаксиальными кабелями типа BELDEN НЮОО, 5D-FB PEEG, Н155, RG-6/U и RG-58.

Требуемые величины коэффициента усиления (КУ) антенн и допустимые потери в фидере определялись расчетным путем. Сначала определялась эффективность использования соответствующего типа антенны и кабеля, а затем проводились экспериментальные исследования конструкций ПРУ.

Первая конструкция ПРУ состояла из двух ненаправленных антенн кругового излучения от автомобильной радиостанции «Алтай» с коэффициентом усиления (КУ) 3 дБ, которые представляют собой несимметричные штыревые вибраторы, специально укороченные для работы в диапазоне волн используемых системой СВЯЗИ GSM-900. В качестве фидера выбран коаксиальный кабель 5D-FB PEEG длиною 5 м, имеющий коэффициент затухания (КЗ) в заданном диапазоне частот 0,2 дБ/м (рис.1).

Одна ИЗ антенн была помещена в подвал, где МС фиксировала полное отсутствие связи с БС, а вторая

–   наружу здания, где на индикаторе сотового телефона наблюдался близкий к максимальному сигнал. После монтажа ПРУ в подвале появилась связь с БС. Индикатор уровня сигнала телефона показал

4   метки.

2   Экспериментально установлено, что устойчивая связь МС с БС обеспечивается на расстоянии 1,5 м ОТ внутренней антенны.

Рис. 1. Пассивный радиоудлинитель Fig. 1. Passive radio extender

Результаты близкие к вышеуказанным получили при испытаниях второй конструкции ПРУ, в которой использованы как внутренняя так и внешняя антенны коаксиального типа Sleeve antenna, подробное описание и расчет которых приведены в [2] на стр. 109.

Эффективность ПРУ с коаксиальными антеннами полностью зависит от типа применяемого кабеля. Наилучшие результаты получены при соединении антенн кабелями типа BELDEN НЮОО, 5D-FB PEEG, Н155. Дешевые кабели типа RG-6/U и RG-58, оказались практически непригодными для использования в ПРУ.

Замена внутренней штыревой антенны на антенну сверхширокополосную, логопериодическую, вибраторную (патент Украины № 1) типа ЛПА-900, разработанную на радиотехническом факультете НТУУ «КПИ», которая располагалась в углу помещения, позволила достичь зоны устойчивой связи в направлении максимального излучения антенны до 3 м (уровень сигнала на индикаторе телефона – 5 меток). Преимуществом антенны является высокий КУ (10,5дБ) и отсутствие дополнительных устройств симметрирования и согласования, функцию которых выполняет конструкция антенны.

Антенна типа ЛПА-900 была также испытана в качестве внешней антенны ПРУ. Ее применение увеличило уровень сигнала БС в помещении и улучшило устойчивость связи, однако связь при этом обеспечивалась лишь только с той БС, в сторону которой была направлена антенна.

В экспериментах использовались две одновременно работающие МС типа Nokia 1100 и Motorola SLVR с карточками разных операторов.

III.                                  Заключение

1.          Использование ПРУ позволяет обеспечить уверенную связь мобильной и базовой станций в радионепрозрачном помещении на расстоянии до

3   метров от внутренней антенны, размещенной в помещении.

2.          Простота конструкции и низкая стоимость коаксиальных антенн позволяет рекомендовать их для массового применения.

IV.                           Список литературы

[1] Корсак в. Ф., Максименко Ю. Я, Микрюков А. С., Олейник В. Ф. Об использовании пассивных радиоудлинителей в сотовых системах связи. Материалы

10 Международной Крымской конференции «СВЧ – техника и телекоммуникационные технологии».- Севастополь, 2001. с. 253-254.

[2] К. Ротхаммель. Антенны. Том 2 – Минск:, Из-во «Наш город», 2001 – 414 с.

ANTENNA ASSEMBLY FOR PROVISION THE COMMUNICATION IN THE REGIONS DIFFICULT TO ACCESS

Korbut V. N., Poddubny V. A.

National Technical University of Ukraine «ΚΡΙ», Radio Department 37 Peremoga Ave, KPI – RTF, Kiev, 03056, Ukraine Tel. 380-44-454-94-25

Annotation – Considered in this paper are the problems of design of subscriber’s passive antenna for cellular communication systems. Antennas assembly design and its basic specification were considered.

I.                                         Introduction

stable communication realization is performed by means of rebroadcasting transmitters (RT). They consist of two- directional amplifier and two antennas – internal and external. Using RT by mobile phones subscribers is not acceptable for economic reasons. They cost from 500 up to 700 USD. For small group of users communication can be provided by means of passive rebroadcasting antenna (RA).

II.                                        Main Part

Some kinds of RA design have been developed. They used two antennas with circular pattern. These were antennas of radio station «Altay», redesigned for the band GSM-900 and coaxial antennas of Sleeve type. Antennas were connected with each other using coaxial cables BELDEN H1000, 5D-FB PEEG, H155, RG-6/U and RG-58.

First design of RA consists of two antennas with circular pattern with the gain 3dB from radio station «Altay». Antennas were connected with each other using coaxial cable 5D-FB PEEG 5 meters long. This design provided stable communication of subscriber’s station with base station on the distance 1.5 -2m from internal antenna.

Efficiency of RA on the base of coaxial antennas is completely determined by the type of cable used. The best results were obtained using cables BELDEN H1000, 5D-FB PEEG, H155.

Using of logo periodical antenna ЛПА-900 as internal one has increased the size of stable communication zone up to 3 m. Antenna ЛПА-900 has been tested as an external antenna of RA. That has increased level of signal from the base station indoors and improved stability of communication. Communication was provided only in the direction of antenna main lobe.

III.                                       Conclusion

1.        Using RA provides stable communication of subscribers and base stations indoor (radiopaque) at the distance up to 3 m from internal antenna, situated indoors.

2.        Simplicity and low cost of coaxial antennas makes it possible to apply them widely.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты