Ăng-ten sóng di chuyển HF cố định BS 2. HỌ. Vorobiev. Thiết bị và hoạt động của đài phát thanh. Anten sóng di chuyển với phần tử truyền thông tích cực BS2
2.5. ANTENNA CHO ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN VÔ TUYẾN SỬ DỤNG SÓNG VÔ TUYẾN KHÔNG GIAN
Thông tin chung.
Khi đường dây liên lạc vô tuyến hoạt động bằng sóng vô tuyến không gian, sóng điện từ được phát ra so với bề mặt trái đất một góc 7 ... 20°. Bức xạ như vậy được cung cấp bởi các ăng-ten treo nằm ngang có bước sóng thập phân.
Mô hình định hướng trong mặt phẳng thẳng đứng của các ăng-ten này không có bức xạ theo hướng bề mặt trái đất, giúp giảm tổn thất năng lượng trong lòng đất và tăng hiệu quả.
Trên các đường truyền vô tuyến có chiều dài R1 ngắn và R2 dài, bức xạ năng lượng cần có ở các góc lớn và nhỏ tương ứng so với bề mặt trái đất (Hình 2.7).
Các loại ăng-ten phổ biến nhất được lắp đặt tại các đài phát thanh khi hoạt động bằng sóng vô tuyến không gian là: VG - máy rung ngang; IOP -
máy rung phạm vi ngang; VGDSH là máy rung shunt tầm ngang, RGD là hình thoi kép nằm ngang và BS2 là ăng-ten sóng lan truyền với các phần tử truyền thông tích cực. Các loại ăng-ten này, ngoại trừ BS2, được sử dụng cho cả bức xạ và thu sóng điện từ. Các quá trình vật lý xảy ra trong các ăng-ten này, đặc tính kỹ thuật và thiết kế của chúng sẽ được thảo luận dưới đây.
Máy rung ngang đối xứng VG.
Máy rung ngang đối xứng là loại ăng-ten đơn giản và phổ biến nhất (Hình 2.8).
Khi các dao động tần số vô tuyến được áp dụng cho bộ rung từ máy phát, sóng đứng được tạo ra dọc theo dây dẫn và các nút dòng điện/và các điện tích antinode q (điện áp) được tạo ra ở hai đầu của bộ rung.
Một máy rung đối xứng bao gồm hai đoạn dây bằng nhau, mỗi đoạn có chiều dài I, tại các điểm đối xứng trong đó các dòng điện bằng nhau và cùng hướng. Chiều cao của hệ thống treo được chọn có tính đến góc bức xạ của mẫu bức xạ trong mặt phẳng thẳng đứng, cần thiết để đảm bảo cường độ trường quy định tại điểm nhận. Trở kháng đặc tính của máy rung như vậy là 1000 Ohms. Máy rung có biểu tượng
L
VG= ---.
h
Để giảm cảm ứng của dòng điện lớn trong dây 3 đỡ máy rung, thanh cách điện 4 được lắp đặt ở khoảng cách 3 m tính từ các đầu của máy rung. Khoảng cách giữa các cột ăng ten là L=2l+ (5 ... 6) m. Bộ giảm tốc của máy rung 5 là hai dây và được chế tạo theo cách tương tự với dây giống như máy rung (lưỡng kim có đường kính 3 ... 6 mm), với khoảng cách giữa các dây là 300 mm. Máy rung được treo trên chất cách điện 2 và kết nối với máy phát thông qua bộ cấp nguồn hai dây có trở kháng đặc tính 600 Ohms và được sử dụng để hoạt động trên sóng cố định λ 0 = 4l nhưng thực tế được vận hành ở dải sóng 1,6l<λ 4l tức là λmin=1,6l và λmax=4l.
Trong bộ lễ phục. Hình 2.9 biểu diễn các giản đồ bức xạ của một dao động đối xứng trong mặt phẳng nằm ngang, từ đó có thể thấy chúng đều được xác định bởi tỷ số l/λ.
Máy rung phát ra theo cả hai hướng từ trục của nó: bức xạ lớn nhất vuông góc với trục, dọc theo trục bức xạ bằng không. Sơ đồ bức xạ có dạng như hình số tám (xem hình 2.9, a, b).
Một máy rung đối xứng có l = 0,63λ hoặc λ = 1,6l có hiệu suất cao nhất (Hình 2.9, c), có dạng bức xạ sắc nét hơn trong mặt phẳng ngang, mức độ búp bên thấp nên khi hoạt động trên một sóng cố định, nó là thích hợp nhất để sử dụng. Khi l >0,63λ. Khả năng định hướng của ăng-ten bị suy giảm.
Khi sử dụng bộ rung đối xứng làm ăng-ten băng tần, trở kháng sóng của ăng-ten và bộ cấp dữ liệu không thể khớp nhau trên toàn bộ dải sóng hoạt động, điều này làm giảm hệ số sóng lan truyền trong bộ cấp dữ liệu. Sự không nhất quán này ảnh hưởng đến mạch đầu ra của máy phát: chế độ hoạt động của máy phát trở nên không ổn định, công suất phát ra không gian giảm.
Sơ đồ định hướng trong mặt phẳng thẳng đứng của máy rung ngang đối xứng có chiều cao treo /i=A,/4 có một vấu có hướng cực đại vuông góc với bề mặt trái đất (Hình 2.Sh,a). Khi độ cao treo anten tiến gần đến bước sóng hoạt động, góc bức xạ cực đại giảm, bức xạ cực đại bị “ép” xuống bề mặt trái đất, giản đồ bức xạ trong mặt phẳng thẳng đứng tại /r = 0,5l có hai búp bên (Hình 1). . 2.10.6). Tuy nhiên, với /r = A và tỷ lệ AD tăng thêm, số búp sóng bên tăng lên và tính định hướng của ăng-ten VG kém đi.
Máy rung ngang có chiều cao treo h=Q.25X được sử dụng trên các đường liên lạc vô tuyến khoảng cách ngắn (lên tới 250 km) và với /i=0,65X - khoảng cách dài (lên tới 1500 km).
Máy rung IOP phạm vi ngang.
Trong phạm vi sóng decamet, một máy rung đối xứng có lực cản sóng giảm, được gọi là lưỡng cực Nadenenko, được sử dụng rộng rãi (Hình 2.11).
Ăng-ten được treo trên hai cột ở độ cao 13 ... 22 m, cánh tay rung được chế tạo dưới dạng hình trụ có đường kính 1 ... 2 m, dọc theo đó có sáu dây được căng. Ăng-ten sử dụng dây lưỡng kim có đường kính 4 mm. Để thuận tiện cho việc thiết kế ăng-ten, vòng 2 được làm bằng ống đồng hoặc nhôm. Dây dẫn đến các vòng này được hàn hoặc cố định bằng bu lông đặc biệt.
Thiết kế ăng-ten với đường kính của bộ rung tăng lên giúp có thể đạt được trở kháng đặc tính trong phạm vi 200 ... 400 Ohms.
Tại điểm kết nối bộ giảm tốc, do ảnh hưởng lẫn nhau của các bộ rung, một điện dung phân bố tăng lên được hình thành, dẫn đến sự suy giảm khả năng kết hợp trở kháng sóng của bộ rung và sự suy giảm. Để loại bỏ điều này, các đầu của hình trụ được chế tạo dưới dạng hình nón có chiều dài l 1 = 1 m, l 2 = 3 m.
Các mẫu bức xạ của ăng-ten VGD có hình dạng giống như các mẫu bức xạ của ăng-ten VG. Trên các đường dây liên lạc vô tuyến dài tới 400 km, ăng-ten VOP có thể được sử dụng làm đường truyền định hướng.
Ăng-ten được sử dụng khi làm việc với các máy phát có công suất từ 1 ... 5 kW trở lên. Để bao phủ dải sóng từ 13 đến 120 m, một bộ ba ăng-ten VOP được sử dụng. Dải sóng mà ăng-ten có thể được sử dụng hiệu quả được xác định bằng tỷ số 1,6l<λ<4l. Ký hiệu ăng-ten -
L
IOP= --- d.
h
trong đó l là chiều dài của tay rung, m; h là độ cao của anten so với mặt đất, m; d - đường kính vòng rung, m.
Máy rung điện shunt đối xứng.
Bộ rung công suất shunt đối xứng (Hình 2.12) được sử dụng để vận hành
ở tần số cố định bằng tần số cộng hưởng của máy rung, khi 2l=0,47λ. Ăng-ten được làm bằng toàn bộ dây, được kết nối với bộ cấp nguồn hai dây có trở kháng đặc tính 600 Ohms.
Tại điểm giữa của bộ rung, hình thành một antinode dòng điện và một nút điện tích (U = 0), do đó thành phần hoạt động của điện trở đầu vào Rin tại điểm này bằng 0. Tại các điểm cực trị của máy rung B, B1 có một điện tích antinode q và một nút dòng điện I, do đó, với trở kháng sóng của máy rung W = 800 Ohms thì thành phần tích cực của điện trở vào tại các điểm này là Rin = W 2 /R Σ = 800 2 /73.1 = 8750 Ôm. Do đó, trên bộ dao động giữa các điểm B, B1, người ta có thể tìm thấy hai điểm đối xứng A, A 1 trong đó thành phần tác dụng của điện trở vào, với sự lựa chọn khoảng cách l 2 thích hợp, sẽ bằng trở kháng đặc tính của hai điểm đường cấp dây. Nhờ đó, chế độ sóng lan truyền được đảm bảo trong đường cấp nguồn.
Khi chế tạo bộ rung từ dây có đường kính 1,5 ... 5 mm, kết quả phù hợp nhất thu được với các kích thước sau: /, trong đó λ là sóng làm việc cố định.
Giá trị chính xác của độ dài l 1 được chọn bằng cách điều chỉnh nó và đồng thời đo hệ số sóng truyền. Giá trị l1 được chọn tại đó hệ số sóng lan truyền là lớn nhất.
Một máy rung đối xứng song song dây VGDSH (Hình 2.13), do G. Z. Eisenberg và V. D. Kuznetsov đề xuất, được sử dụng làm ăng-ten băng tần. Máy rung được làm bằng sáu dây, một dây giảm hai dây chỉ được kết nối với bốn dây của máy rung và hai dây tạo thành một vòng. Ăng-ten được treo trên hai cột buồm.
Bộ rung đối xứng shunt được vận hành trong dải sóng từ 1,6l đến 6l, mở rộng phạm vi về phía sóng dài hơn. Sự kết hợp tốt giữa trở kháng sóng của máy rung với trở kháng sóng của bộ cấp nguồn được đảm bảo ở dải tần rộng với hệ số sóng lan truyền trong bộ cấp nguồn không kém hơn 0,3.
Đối với đường dây liên lạc vô tuyến dài tới 400 km, ăng ten VGDSH có bức xạ tròn. Để không gây nhiễu đáng kể đến hoạt động của các đường liên lạc vô tuyến khác do khả năng định hướng yếu, nên sử dụng ăng-ten khi làm việc với máy phát có công suất 5 ... 20 kW.
Để bao phủ phạm vi sóng từ 12 đến 150 m, nó được sử dụng
bộ 5 anten VGDSH 6/9* 1.2; VGDSH8/12* 1,5; VGDSH 18/12* 2,4; VGDSH 16/24* 3.0; VGDSH 24/22* 3.5. Trong thiết kế máy rung này, chiều dài của shunt được coi là bằng chiều dài của cánh tay máy rung: l w = l.
Anten VGDSh có chiều dài bộ rung l bằng 6, 8, 12 và 16 m được làm từ sáu dây và anten VGDSh có chiều dài bộ rung l = 24 m được làm từ chín dây để giảm đường kính của bộ rung và duy trì trở kháng sóng ; trong trường hợp này, nguồn điện được cung cấp cho sáu dây. Để sản xuất máy rung, dây lưỡng kim d=4 mm được sử dụng.
Ở những khu vực có hoạt động giông bão gia tăng, phần giữa của shunt ăng ten VGDSh được nối đất tại điểm A bằng dây kim loại d=6 mm (xem Hình 2.13).
Anten hình thoi ngang RG và RGD.
Ăng-ten phạm vi rộng có tính định hướng cao trong phạm vi bước sóng decamet là một ăng-ten hình thoi, các phần tử bức xạ của nó là các dây nằm trong mặt phẳng nằm ngang ở các cạnh của hình thoi. Ăng-ten được treo trên bốn cột và hướng về phía phóng viên có đường chéo hình thoi lớn (Hình 2.14). Nguyên lý hoạt động của ăng-ten dựa trên dòng điện chạy quanh một sợi dây dài. Được biết, mô hình bức xạ của một dây có sóng dòng điện chạy trong bất kỳ mặt phẳng nào đi qua trục của dây đều có hai thùy chính. Những cánh hoa này nằm đối xứng với dây và nghiêng theo hướng chuyển động của sóng dòng điện.
Hãy tưởng tượng các búp bức xạ trên các phần tử A, B, A\, B\ của dây hình thoi (Hình 2.15a). Nếu dây đủ dài thì bức xạ của phần tử A và B đặt ở khoảng cách l sẽ là
ở trong giai đoạn Do đó, bức xạ của các cánh hoa a1 và a2, a3 và a4 được cộng vào, còn bức xạ của các cánh hoa b1 và b2, b3 và b4 bị trừ đi lẫn nhau. Kết quả là mẫu bức xạ tổng của anten hình thoi được hình thành (Hình 2.15.6). Sơ đồ có tính định hướng sắc nét và bức xạ cực đại tập trung theo hướng đường chéo lớn của hình thoi. Tuy nhiên, không có sự bù trừ hoàn toàn lẫn nhau của bức xạ từ các thùy b1 và b2, b3 và b4, và các thùy bên xuất hiện trong mô hình bức xạ. Khoảng 40% năng lượng của máy phát bị lãng phí vào bức xạ từ các thùy bên, do đó hiệu suất của một ăng ten hình thoi đơn không vượt quá 125 ... 150.
Để thu được bức xạ đơn hướng và chế độ sóng truyền trong ăng-ten, điện trở tải (đường hấp thụ) được nối với các dây của góc nhọn của hình thoi đối diện với thiết bị phóng xạ. Một bộ giảm hai dây được kết nối với góc nhọn khác của hình thoi, qua đó các dao động tần số vô tuyến được cung cấp thông qua một bộ cấp ngang từ máy phát. Bộ giảm có trở kháng đặc tính bằng trở kháng đặc tính của ăng ten hình thoi (600 ... 700 Ohms). Hiệu suất của anten là 60 ... 80% - Kích thước chính của anten hình thoi là: chiều dài cạnh hình thoi /, một nửa góc tù F và chiều cao của hệ thống treo h. Mức tín hiệu yêu cầu tại vị trí thu đối với công suất máy phát nhất định phụ thuộc vào góc phát năng lượng, góc phát năng lượng sau đó
được xác định bởi độ cao của hệ thống treo anten h. Tập hợp các tần số hoạt động cho đường truyền vô tuyến xác định bước sóng tối ưu λ 0 và do đó độ dài cạnh của hình thoi l.
Đối với đường dây liên lạc vô tuyến khoảng cách ngắn (600 ... 2000 km), sử dụng ăng ten hình thoi có kích thước l = 1,7λ 0, Ф = 57° và l = 2,8λ 0, Ф = 65°; đối với đường có chiều dài trung bình (2000 ... ... 4000 km) - l = 4λ 0, Ф = 65º; đối với đường dài (4000 ... 6000 km trở lên) l =6λ 0, Ф=70º.
Ký hiệu cho anten hình thoi -
trong đó RG là hình thoi nằm ngang; F - nửa góc tù; a=l/λ 0 -, b-h/λ 0 ; I là độ dài cạnh hình thoi; h là độ cao trung bình của anten so với mặt đất; λ 0 - bước sóng tối ưu.
G. 3. Eisenberg đề xuất một thiết kế ăng-ten cải tiến - ăng-ten RGD hình thoi kép (Hình 2.16). Ăng-ten này là kết nối song song của hai ăng-ten hình thoi đơn. Các đường chéo lớn của các hình thoi được dịch chuyển tương đối với nhau trong mặt phẳng nằm ngang một lượng (0,8 ... 1) Ko- Toàn bộ cấu trúc của tấm ăng ten được treo trên sáu cột buồm. Các giọt ăng-ten được song song hóa, do đó trở kháng đầu vào của ăng-ten trở thành 300 ... 350 Ohms.
Để làm việc với ăng-ten hình thoi đôi, người ta sử dụng các bộ cấp nguồn có trở kháng đặc tính 300 Ohms. Các dây của các góc nhọn của hình thoi đối diện với thiết bị tương ứng được song song cùng pha và nối với một điện trở tải (đường fechral). Việc kết nối song song các hình thoi làm giảm bức xạ anten qua búp bên, tăng hệ số khuếch đại và định hướng lên 1,5 ... 2 lần.
Ký hiệu cho anten hình thoi kép -
Các mẫu bức xạ trong mặt phẳng ngang và dọc của ăng ten hình thoi phụ thuộc vào kích thước hình học của nó.
mương (l, Ф, h). Để đảm bảo đường dây liên lạc vô tuyến hoạt động suốt ngày đêm trong suốt 11 năm hoạt động của mặt trời, một bộ hai hoặc ba ăng ten hình thoi được sử dụng. Trong trường hợp này, mỗi ăng-ten được sử dụng trong một khu vực giới hạn của dải sóng vô tuyến (0,8...2) λ 0, tức là một ăng-ten hoạt động vào ban ngày, ăng-ten kia hoạt động vào ban đêm và anten thứ ba hoạt động trong các giờ trung gian của ngày.
Để duy trì giá trị trở kháng sóng của ăng-ten dọc theo chiều dài của nó, một dây kim cương đơn được thay thế bằng hai dây phân kỳ ở các đỉnh có góc tù (xem Hình 2.16). Các dây ở các góc tù được treo chồng lên nhau ở khoảng cách 2,5 m.
Ăng-ten hình thoi được sử dụng khi làm việc với các máy phát có công suất từ 1 kW trở lên.
Ăng-ten sóng di chuyển với phần tử truyền thông tích cực BS2.
Ăng-ten sóng lan truyền với các phần tử liên lạc tích cực BS2 được sử dụng rộng rãi trong việc thu các đài phát thanh. Đó là một dây thu bốn dây treo ngang, hướng về phía thiết bị phóng tín hiệu và được kết nối thông qua các điện trở với các bộ rung đối xứng nằm ngang (Hình 2.17). Đầu cuối của đường thu ở phía tương ứng được nạp một điện trở Ru, có giá trị bằng trở kháng đặc tính của đường dây, đầu thứ hai được nối thông qua bộ giảm tốc và bộ cấp nguồn tới thiết bị thu. Dây thu cho phép bạn truyền năng lượng từ tất cả các máy rung đến thiết bị nhận, đó là lý do tại sao nó được gọi là dây thu. Số lượng bộ rung và độ dài của chúng được chọn tùy thuộc vào độ dài của đường liên lạc vô tuyến và dải tần được bao phủ bởi ăng-ten. Để cải thiện các đặc tính định hướng, hai hoặc ít hơn ba tấm ăng ten sóng lan truyền được kết nối song song được sử dụng.
Ký hiệu ăng-ten - 
trong đó BS2 là ăng ten sóng lan truyền kép có phần tử ghép tích cực; N là số lượng máy rung đối xứng; l là chiều dài cánh tay của máy rung đối xứng, m; r - điện trở của phần tử ghép, Ohm; l 1 - khoảng cách giữa các máy rung liền kề, m; h - chiều cao treo anten, m.
Hãy xem xét nguyên lý hoạt động của ăng-ten. Sóng điện từ phát ra từ phía bên của vật phóng điện, đi qua các bộ dao động đối xứng 1, 2, 3, ..., 20, 21, cảm ứng lần lượt trong mỗi bộ dao động EMF e1, e2, e 3, ..., e20, e21 . Các EMF này thông qua điện trở ghép R St tạo ra hai sóng dòng điện trong đường thu, một sóng hướng đến điện trở tải Rn, sóng còn lại hướng về thiết bị thu.
Giả sử tốc độ truyền dao động điện từ trong không gian từ máy rung 1 đến máy rung 21 bằng tốc độ truyền của sóng dòng điện trong đường thu từ máy rung 1 đến máy rung 21.
Ban đầu, khi dòng điện i1 từ emf e1 sinh ra trong máy rung 1 bằng dao động điện từ đến máy rung 2 thì emf e2 sẽ xuất hiện trong máy rung thứ hai và dòng điện i1 + i2 + "V sẽ chạy về phía máy rung 3. Khi tổng này của dòng điện tới máy rung 3 thì sẽ sinh ra EMF e3, tiếp theo dòng điện i1 + i2 + i3 sẽ chạy về phía máy rung 4, v.v... Như vậy, các dòng điện hướng về thiết bị thu từ máy rung sẽ được tổng hợp lại và tạo thành một điện áp tín hiệu trong mạch đầu vào của thiết bị này, dọc theo đường thu về phía điện trở tải sẽ bị hấp thụ bởi điện trở này.
Nếu sóng điện từ đến từ phía của máy rung 21 và truyền về phía máy rung 1, thì trong tất cả các máy rung sau 21, EMF sẽ được tạo ra với độ trễ tương ứng với EMF của máy rung 21. Vì vậy, tại điểm kết nối của máy rung 21, dòng điện từ máy rung 20 sẽ có độ trễ thời gian trên đường đi của sóng điện từ từ máy rung 21 đến 20 và trên đường đi của dòng điện dọc theo đường thu từ máy rung 20 đến 21, v.v. Do đó, các dòng điện i21, i20, i19.... i1, từ suất điện động của máy rung sẽ có các pha khác nhau. Do sự dịch pha, dòng điện tạo ra hướng tới mạch đầu vào của thiết bị thu sẽ ở mức tối thiểu. Dòng điện hướng về điện trở tải sẽ bị điện trở này hấp thụ. Do đó, trong mạch đầu vào của thiết bị thu, chúng ta chỉ thu được mức tín hiệu tối đa trong trường hợp có sóng điện từ đến từ bộ rung 1, tức là tạo ra sự thu sóng điện từ một chiều.
Trong điều kiện thực tế, tốc độ sóng dòng điện truyền dọc theo đường thu thấp hơn tốc độ sóng vô tuyến trong không gian tự do. Sự hiện diện của sự khác biệt về tốc độ truyền sóng điện từ và dòng điện đi qua đường thu gây ra sự lệch pha của dòng điện và giảm mức tín hiệu trong mạch đầu vào của thiết bị thu, đồng thời cũng ảnh hưởng đến tính chất định hướng của anten. Tốc độ dòng điện đi qua đường dây thu cũng phụ thuộc vào tải trọng mà máy rung đưa vào đường dây này. Để làm suy yếu hiệu ứng shunt của bộ rung, bộ sau được kết nối với đường thu thông qua các bộ phận ghép - điện trở R CB. Việc sử dụng các phần tử ghép chủ động thay vì phản ứng tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của ăng-ten sóng lan truyền trong dải tần số rộng.
Mẫu bức xạ ăng-ten trong mặt phẳng ngang có mức búp bên thấp và việc thu gần như toàn bộ năng lượng của sóng điện từ tập trung ở búp chính.
Hai ăng-ten điển hình được sử dụng tại các đài phát thanh thu sóng:
được sử dụng trên đường dây thông tin vô tuyến có chiều dài 400 ...
1000 km, hoạt động trong phạm vi 18...135 m và bao gồm hai lưỡi BS nối song song, mỗi lưỡi gồm 14 máy rung có chiều dài cánh tay 11 m, được nối với đường thu thông qua điện trở truyền thông (200 Ohm) với khoảng cách giữa các máy rung liền kề bằng 4,5 m, treo lơ lửng trên mặt đất ở độ cao 11 m trên sáu cột buồm.
Bộ giảm tốc bốn dây có trở kháng đặc tính 170 Ohms được kết nối với các đầu của đường thu ở phía tương ứng. Các bộ giảm tốc ở phía dưới được cố định trên các giá đỡ và kết nối với điện trở tải (170 Ohms) bằng thiết bị chống sét. Các đầu còn lại của đường thu được tải vào các bộ giảm tốc có trở kháng đặc tính 170 Ohms, được kết nối song song ở phía dưới và kết nối với bộ cấp nguồn có trở kháng đặc tính 208 Ohms thông qua máy biến áp khớp hàm mũ 85/200 Ohms.
(Hình 2.19, 2.20) được sử dụng trên đường dây thông tin vô tuyến có chiều dài 2000... 4000 km và hoạt động trong phạm vi 12,5. . . 100 m. Nó bao gồm hai khung vẽ BS / được kết nối song song, mỗi khung chứa 21 máy rung 7 với chiều dài cánh tay là 8 m. Các đường thu 6 có trở kháng sóng là 170 Ohms và ở phía tương ứng, thông qua mức giảm 5, được tải lên điện trở 170 Ohms với công suất 10 W. Các máy rung được kết nối với đường thu thông qua các điện trở có điện trở 200 Ohms. Các khung BS được treo trên sáu cột 8. Các đầu của đường thu của ăng-ten hướng về phía thiết bị thu thông qua việc giảm bớt được thực hiện dưới dạng hai máy biến áp phù hợp 170/200 Ohm (dọc 2) và
hai 200/400 Ohms (ngang 3), được kết nối song song và kết nối với bộ cấp nguồn 4 có trở kháng đặc tính là 208 Ohms. Trong bộ lễ phục. Hình 2.21 cho thấy bộ phận gắn máy rung vào dây chuyền thu gom. Chiều cao treo của khung vẽ, 11,17 và 25 m, được chọn tùy thuộc vào góc nghiêng của thùy chính của mẫu bức xạ trong mặt phẳng thẳng đứng.
Có thể đạt được sự gia tăng đáng kể về hiệu quả của ăng-ten sóng lan truyền bằng cách sử dụng các hệ thống bao gồm hai, ba hoặc nhiều ăng-ten BS2 được lắp đặt lần lượt (2BS2, ZBS2, v.v.). Để đảm bảo rằng điện áp từ ăng-ten ở đầu vào máy thu cùng pha, độ dài của bộ cấp nguồn ăng-ten được chọn và kết nối với đầu vào máy thu thông qua bộ dịch pha tuyến tính. Bằng cách sử dụng bộ dịch pha, bạn có thể thay đổi góc thu tối đa trong giới hạn nhỏ.
Hệ số định hướng của ăng-ten ZBS2 tăng so với ăng-ten BS2 khoảng 3 lần và mức tăng tăng 1,3 lần.
Thông tin liên lạc di động gần đây đã trở nên vững chắc trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta đến mức khó có thể tưởng tượng được xã hội hiện đại nếu không có nó. Giống như nhiều phát minh vĩ đại khác, điện thoại di động đã có ảnh hưởng rất lớn đến cuộc sống của chúng ta và nhiều lĩnh vực khác. Thật khó để nói tương lai sẽ như thế nào nếu không có loại hình giao tiếp thuận tiện này. Có lẽ giống như trong bộ phim "Trở lại tương lai 2", nơi có ô tô bay, ván trượt và nhiều thứ khác, nhưng không có liên lạc di động!
Nhưng hôm nay, trong một báo cáo đặc biệt, sẽ có một câu chuyện không phải về tương lai mà về cách thức hoạt động và cấu trúc của thông tin di động hiện đại.
Để tìm hiểu về hoạt động của truyền thông di động hiện đại ở định dạng 3G/4G, tôi đã tự mời mình đến thăm nhà điều hành liên bang mới Tele2 và dành cả ngày với các kỹ sư của họ, họ đã giải thích cho tôi tất cả sự phức tạp của việc truyền dữ liệu qua điện thoại di động của chúng tôi. những cái điện thoại.
Nhưng trước tiên tôi sẽ kể cho bạn nghe một chút về lịch sử của truyền thông di động.
Các nguyên tắc của truyền thông không dây đã được thử nghiệm cách đây gần 70 năm - chiếc điện thoại vô tuyến di động công cộng đầu tiên xuất hiện vào năm 1946 tại St. Louis, Hoa Kỳ. Ở Liên Xô, nguyên mẫu của điện thoại vô tuyến di động đã được tạo ra vào năm 1957, sau đó các nhà khoa học ở các nước khác đã tạo ra các thiết bị tương tự với các đặc điểm khác nhau và chỉ đến những năm 70 của thế kỷ trước ở Mỹ mới xác định được các nguyên tắc hiện đại của truyền thông di động, sau đó sự phát triển của nó bắt đầu.
Martin Cooper là người phát minh ra nguyên mẫu điện thoại di động Motorola DynaTAC, nặng 1,15 kg và kích thước 22,5 x 12,5 x 3,75 cm
Nếu ở các nước phương Tây vào giữa những năm 90 của thế kỷ trước, thông tin liên lạc di động đã phổ biến và được hầu hết người dân sử dụng, thì ở Nga, nó mới bắt đầu xuất hiện và có sẵn cho mọi người cách đây hơn 10 năm.
Những chiếc điện thoại di động hình cục gạch cồng kềnh hoạt động ở định dạng thế hệ thứ nhất và thứ hai đã trở thành lịch sử, nhường chỗ cho điện thoại thông minh có 3G và 4G, khả năng liên lạc bằng giọng nói tốt hơn và tốc độ Internet cao.
Tại sao kết nối được gọi là di động? Bởi vì lãnh thổ nơi cung cấp thông tin liên lạc được chia thành các ô hoặc ô riêng biệt, ở trung tâm là các trạm cơ sở (BS). Trong mỗi ô, thuê bao nhận được cùng một bộ dịch vụ trong phạm vi ranh giới lãnh thổ nhất định. Điều này có nghĩa là khi di chuyển từ ô này sang ô khác, thuê bao không cảm thấy bị ràng buộc về lãnh thổ và có thể tự do sử dụng các dịch vụ liên lạc.
Điều rất quan trọng là phải có sự kết nối liên tục khi di chuyển. Điều này được đảm bảo nhờ cái gọi là chuyển giao, trong đó kết nối do thuê bao thiết lập dường như được các ô lân cận chọn trong một cuộc đua tiếp sức và thuê bao tiếp tục nói chuyện hoặc truy cập vào mạng xã hội.
Toàn bộ mạng được chia thành hai hệ thống con: hệ thống con trạm gốc và hệ thống con chuyển mạch. Sơ đồ nó trông như thế này:
Ở giữa "ô", như đã đề cập ở trên, có một trạm gốc, thường phục vụ ba "ô". Tín hiệu vô tuyến từ trạm gốc được phát ra qua 3 ăng-ten khu vực, mỗi ăng-ten hướng tới “ô” riêng của nó. Điều xảy ra là một số ăng-ten của một trạm gốc được hướng vào một "ô". Điều này là do mạng di động hoạt động ở nhiều băng tần (900 và 1800 MHz). Ngoài ra, một trạm cơ sở nhất định có thể chứa thiết bị từ nhiều thế hệ truyền thông (2G và 3G).
Nhưng tháp Tele2 BS chỉ có thiết bị thế hệ thứ ba và thứ tư - 3G/4G, do công ty quyết định từ bỏ các định dạng cũ để chuyển sang định dạng mới, giúp tránh gián đoạn liên lạc thoại và cung cấp Internet ổn định hơn. Những người sử dụng mạng xã hội sẽ ủng hộ tôi vì thực tế là ngày nay tốc độ Internet rất quan trọng, 100-200 kb/s không còn đủ như cách đây vài năm nữa.
Vị trí phổ biến nhất cho BS là tháp hoặc cột được xây dựng riêng cho BS. Chắc chắn bạn có thể nhìn thấy các tháp BS màu đỏ và trắng ở đâu đó xa các tòa nhà dân cư (trên cánh đồng, trên đồi) hoặc nơi không có nhà cao tầng gần đó. Giống như cái này, có thể nhìn thấy từ cửa sổ của tôi.
Tuy nhiên, ở các khu vực thành thị rất khó tìm được nơi đặt một công trình kiến trúc đồ sộ. Vì vậy, tại các thành phố lớn, các trạm gốc được đặt trên các tòa nhà. Mỗi trạm thu tín hiệu từ điện thoại di động ở khoảng cách lên tới 35 km.
Đây là những ăng-ten, bản thân thiết bị BS được đặt trên gác mái, hoặc trong thùng chứa trên mái nhà là một cặp tủ sắt.
Một số trạm cơ sở được đặt ở những nơi mà bạn thậm chí không thể đoán được. Ví dụ như trên mái nhà của bãi đậu xe này.
Ăng-ten BS bao gồm một số khu vực, mỗi khu vực nhận/gửi tín hiệu theo hướng riêng của nó. Nếu ăng-ten dọc giao tiếp với điện thoại thì ăng-ten tròn sẽ kết nối BS với bộ điều khiển.
Tùy theo đặc điểm, mỗi khu vực có thể xử lý đồng thời tới 72 cuộc gọi. Một BS có thể bao gồm 6 khu vực và phục vụ tới 432 cuộc gọi, nhưng thường có ít máy phát và khu vực được lắp đặt tại các trạm hơn. Các nhà khai thác di động như Tele2 thích cài đặt thêm BS để cải thiện chất lượng liên lạc. Như tôi đã được biết, thiết bị hiện đại nhất được sử dụng ở đây: trạm gốc Ericsson, mạng lưới truyền tải - Alcatel Lucent.
Từ hệ thống con trạm gốc, tín hiệu được truyền tới hệ thống con chuyển mạch, tại đó kết nối được thiết lập theo hướng mà thuê bao mong muốn. Hệ thống con chuyển mạch có một số cơ sở dữ liệu lưu trữ thông tin thuê bao. Ngoài ra, hệ thống con này chịu trách nhiệm về bảo mật. Nói một cách đơn giản, việc chuyển đổi đã hoàn tất Nó có chức năng tương tự như các nhà điều hành nữ đã từng kết nối bạn với thuê bao bằng chính đôi tay của họ, chỉ có điều bây giờ tất cả điều này diễn ra tự động.
Các thiết bị của trạm cơ sở này được giấu trong chiếc tủ sắt này.
Ngoài các tháp truyền thống, còn có phiên bản di động của trạm gốc đặt trên xe tải. Chúng rất thuận tiện để sử dụng khi có thiên tai hoặc ở những nơi đông người (sân vận động bóng đá, quảng trường trung tâm) trong các ngày lễ, buổi hòa nhạc và các sự kiện khác nhau. Nhưng thật không may, do những vấn đề về pháp luật nên chúng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi.
Để đảm bảo vùng phủ sóng tín hiệu vô tuyến tối ưu ở mặt đất, các trạm gốc được thiết kế theo cách đặc biệt, mặc dù phạm vi hoạt động là 35 km. tín hiệu không mở rộng đến độ cao chuyến bay của máy bay. Tuy nhiên, một số hãng hàng không đã bắt đầu lắp đặt các trạm cơ sở nhỏ trên bo mạch của họ để cung cấp thông tin liên lạc di động bên trong máy bay. BS như vậy được kết nối với mạng di động mặt đất bằng kênh vệ tinh. Hệ thống này được bổ sung bởi bảng điều khiển cho phép phi hành đoàn bật và tắt hệ thống, cũng như một số loại dịch vụ nhất định, chẳng hạn như tắt giọng nói trên các chuyến bay đêm.
Tôi cũng đã đến văn phòng Tele2 để xem các chuyên gia giám sát chất lượng truyền thông di động như thế nào. Nếu cách đây vài năm, một căn phòng như vậy được treo trên trần nhà với các màn hình hiển thị dữ liệu mạng (tải, lỗi mạng, v.v.), thì theo thời gian, nhu cầu về nhiều màn hình như vậy đã không còn nữa.
Công nghệ đã phát triển vượt bậc theo thời gian và một căn phòng nhỏ như vậy với nhiều chuyên gia cũng đủ để giám sát công việc của toàn bộ mạng lưới ở Moscow.
Một số góc nhìn từ văn phòng Tele2.
Tại một cuộc họp của nhân viên công ty, các kế hoạch thu hồi vốn đã được thảo luận) Từ khi bắt đầu xây dựng cho đến ngày nay, Tele2 đã phủ sóng toàn bộ Moscow bằng mạng lưới của mình và đang dần chinh phục khu vực Moscow, ra mắt hơn 100 trạm gốc hàng tuần . Vì tôi hiện đang sống ở khu vực này nên điều đó rất quan trọng đối với tôi. để mạng lưới này đến thị trấn của tôi nhanh nhất có thể.
Kế hoạch của công ty cho năm 2016 bao gồm việc cung cấp thông tin liên lạc tốc độ cao trong tàu điện ngầm ở tất cả các ga; vào đầu năm 2016, thông tin liên lạc Tele2 có mặt tại 11 ga: thông tin liên lạc 3G/4G tại các ga tàu điện ngầm Borisovo, Delovoy Tsentr, Kotelniki và Lermontovsky Prospekt . , “Troparevo”, “Shipilovskaya”, “Zyablikovo”, 3G: “Belorusskaya” (Nhẫn), “Spartak”, “Pyatnitskoe Shosse”, “Zhulebino”.
Như tôi đã nói ở trên, Tele2 đã từ bỏ định dạng GSM để chuyển sang tiêu chuẩn thế hệ thứ ba và thứ tư - 3G/4G. Điều này cho phép bạn cài đặt các trạm gốc 3G/4G với tần số cao hơn (ví dụ: bên trong Đường vành đai Moscow, các BS được đặt cách nhau khoảng 500 mét) để cung cấp liên lạc ổn định hơn và Internet di động tốc độ cao, đó không phải là trường hợp trong các mạng có định dạng trước đó.
Từ văn phòng công ty, tôi cùng với các kỹ sư Nikifor và Vladimir đi đến một trong những điểm họ cần đo tốc độ liên lạc. Nikifor đứng trước một trong những cột buồm nơi lắp đặt thiết bị liên lạc. Nếu để ý kỹ, bạn sẽ nhận thấy xa hơn một chút về phía bên trái một cột buồm khác như vậy, với thiết bị của các nhà khai thác di động khác.
Điều kỳ lạ là các nhà khai thác mạng di động thường cho phép các đối thủ cạnh tranh của họ sử dụng cấu trúc tháp của họ để đặt ăng-ten (tất nhiên là theo điều kiện đôi bên cùng có lợi). Điều này là do việc xây dựng một tòa tháp hoặc cột buồm là một đề xuất tốn kém và việc trao đổi như vậy có thể tiết kiệm rất nhiều tiền!
Trong khi chúng tôi đang đo tốc độ liên lạc, Nikifor đã nhiều lần được các bà và chú đi ngang qua hỏi anh ta có phải là gián điệp không)) “Đúng, chúng tôi đang gây nhiễu Radio Liberty!”
Thiết bị thực sự trông khác thường, từ vẻ ngoài của nó, người ta có thể giả định bất cứ điều gì.
Các chuyên gia của công ty có rất nhiều việc phải làm, vì công ty có hơn 7 nghìn người ở Moscow và khu vực. trạm cơ sở: khoảng 5 nghìn trong số đó. 3G và khoảng 2 nghìn. Các trạm gốc LTE và gần đây số lượng trạm gốc đã tăng thêm khoảng một nghìn.
Chỉ trong ba tháng, 55% tổng số trạm gốc của nhà điều hành mới trong khu vực đã được đưa vào phát sóng ở khu vực Moscow. Hiện tại, công ty cung cấp phạm vi phủ sóng chất lượng cao cho lãnh thổ nơi có hơn 90% dân số Moscow và khu vực Moscow sinh sống.
Nhân tiện, vào tháng 12, mạng 3G của Tele2 đã được công nhận là có chất lượng tốt nhất trong số tất cả các nhà khai thác vốn.
Nhưng tôi quyết định tự mình kiểm tra xem kết nối của Tele2 tốt như thế nào, vì vậy tôi đã mua một thẻ SIM ở trung tâm mua sắm gần nhất trên ga tàu điện ngầm Voykovskaya, với mức cước đơn giản nhất “Rất đen” với giá 299 rúp (400 SMS/phút và 4 GB). Nhân tiện, tôi có mức giá tương tự của Beeline, đắt hơn 100 rúp.
Tôi kiểm tra tốc độ mà không cần đi xa máy tính tiền. Tiếp nhận - 6,13 Mbps, truyền - 2,57 Mbps. Xét rằng tôi đang đứng ở trung tâm của một trung tâm mua sắm thì đây là một kết quả tốt; liên lạc Tele2 xuyên thấu tốt các bức tường của một trung tâm mua sắm lớn.
Tại tàu điện ngầm Tretyakskaya. Thu tín hiệu - 5,82 Mbps, truyền - 3,22 Mbps.
Và trên ga tàu điện ngầm Krasnogvardeyskaya. Tiếp nhận - 6,22 Mbps, truyền - 3,77 Mbps. Tôi đo nó ở lối ra của tàu điện ngầm. Nếu bạn tính đến việc đây là vùng ngoại ô của Moscow thì nó rất tốt. Tôi nghĩ rằng kết nối khá chấp nhận được, chúng tôi có thể tự tin nói rằng nó ổn định, vì Tele2 đã xuất hiện ở Moscow chỉ vài tháng trước.
Ở thủ đô có kết nối Tele2 ổn định, điều này là tốt. Tôi thực sự hy vọng rằng họ sẽ đến khu vực này càng sớm càng tốt và tôi sẽ có thể tận dụng tối đa sự kết nối của họ.
Bây giờ bạn đã biết giao tiếp di động hoạt động như thế nào!
Nếu bạn có sản phẩm hoặc dịch vụ nào đó muốn giới thiệu với độc giả của chúng tôi, hãy viết thư cho tôi - Aslan ( [email được bảo vệ] ) và chúng tôi sẽ đưa ra báo cáo tốt nhất, không chỉ độc giả của cộng đồng mà còn cả trang web http://ikaketosdelano.ru sẽ thấy báo cáo này
Đồng thời đăng ký vào các nhóm của chúng tôi trong Facebook, VKontakte,bạn cùng lớp và trong Google+cộng, nơi sẽ đăng những điều thú vị nhất từ cộng đồng, cùng với những tài liệu không có ở đây và video về cách mọi thứ hoạt động trong thế giới của chúng ta.
Bấm vào biểu tượng và đăng ký!
Đặc biệt, một ăng-ten loại OB-2, với sự hỗ trợ của chất cách điện, có thể được lắp đặt trên khung của ăng-ten loại BS-2 (Hình 7.45) với rất ít công sức và tiền bạc. Trong trường hợp này, các ăng-ten có thể hoạt động độc lập với nhau, là nguồn dự trữ chung. Các anten có sự phân cực tuyến tính trực giao lẫn nhau nên các dây dẫn của vải và dây dẫn của anten BS hầu như không ảnh hưởng đến đặc tính của anten OB. Ăng-ten cho phép thu tín hiệu vô tuyến kép bằng phương pháp phân tập phân cực.
Ăng-ten loại OB có dải bức xạ tương đối rộng, làm giảm khả năng chống nhiễu của chúng. Ăng-ten OB-E không có nhược điểm này.
Hình 7.45. Bố trí ăng-ten OB-2 trên giàn
loại anten BS-2
Loại ăng-ten OB-E
Trong quá trình phát triển, ăng-ten OB-E dự định sẽ được sử dụng tại các trung tâm thu sóng vô tuyến để liên lạc vô tuyến chính nhằm thay thế ăng-ten loại BS-2, 2 BS-2, 3 BS-2, là loại tốt nhất hiện có về mặt hiệu quả. nhưng cồng kềnh, đắt tiền, không đáng tin cậy khi vận hành và tốn nhiều công sức để bảo trì. Ăng-ten OB-E có tỷ lệ hiệu suất/chi phí cao C.
Sơ đồ ăng-ten OB-E được hiển thị trong Hình. 7,46. Nó được đánh dấu OB-E, trong đó L- chiều dài của màng anten; h- chiều cao của lưới treo anten. Trong bộ lễ phục. 7.46 được biểu thị: 1 – bề mặt của “mặt đất”; 2, 8 – dây dẫn đối trọng; 3 – Nguồn EMF (máy phát vô tuyến, GSS); 5 – dây dẫn có sóng lan truyền; 7 – điện trở – tải.
Ăng-ten được đánh dấu OB-E (sóng đơn, sóng truyền), trong đó chữ E biểu thị sự hiện diện của một sóng khác trên dây dẫn, có cấu trúc tương tự như sóng E 0 trong ống dẫn sóng tròn, nếu bạn nhìn vào phần cuối của dây dẫn.
Ăng-ten OB-E có chiều dài L= 300 m; đường kính tương đương của dây dẫn sóng di chuyển d eq = 280 mm; đánh giá điện trở tải R n = 200 Ôm; chiều cao treo h= 3 m, dải tần hoạt động của anten OB-E là Δ f= 3 30 MHz.
Cơm. 7,46. Ăng-ten OB-E
Nghiên cứu đã tiết lộ những khác biệt cơ bản trong nguyên lý hoạt động của ăng-ten OB và OB-E. Họ cho rằng sự phân phối lại năng lượng bức xạ xảy ra trong không gian gần dây của ăng-ten OB-E, dẫn đến việc tạo ra một ăng-ten mới, thiết kế đơn giản và có đường kính rất nhỏ gọn để liên lạc vô tuyến đường dài, đó là một “Ăng-ten còi không có tường nhìn thấy được.”
Và một lần nữa, một số tài liệu giáo dục tổng quát. Lần này chúng ta sẽ nói về các trạm cơ sở. Chúng ta hãy xem xét các khía cạnh kỹ thuật khác nhau về vị trí, thiết kế và phạm vi của chúng, đồng thời xem xét bên trong bộ phận ăng-ten.
Các trạm cơ sở Thông tin chung
Đây là hình dáng của ăng-ten di động được lắp đặt trên nóc các tòa nhà. Các ăng-ten này là một phần tử của trạm gốc (BS), và cụ thể là thiết bị nhận và truyền tín hiệu vô tuyến từ thuê bao này sang thuê bao khác, sau đó qua bộ khuếch đại đến bộ điều khiển trạm gốc và các thiết bị khác. Là bộ phận dễ thấy nhất của BS, chúng được lắp đặt trên cột ăng-ten, mái của các tòa nhà dân cư và công nghiệp, thậm chí cả ống khói. Ngày nay, bạn có thể tìm thấy nhiều lựa chọn kỳ lạ hơn cho việc lắp đặt chúng, ở Nga chúng đã được lắp đặt trên các cột đèn và ở Ai Cập, chúng thậm chí còn được "ngụy trang" thành những cây cọ.
Việc kết nối trạm gốc với mạng của nhà khai thác viễn thông có thể được thực hiện thông qua liên lạc rơle vô tuyến, do đó, bên cạnh ăng-ten “hình chữ nhật” của thiết bị BS, bạn có thể thấy một đĩa chuyển tiếp vô tuyến:
Với sự chuyển đổi sang các tiêu chuẩn hiện đại hơn của thế hệ thứ tư và thứ năm, để đáp ứng yêu cầu của họ, các trạm sẽ cần được kết nối độc quyền thông qua cáp quang. Trong các thiết kế BS hiện đại, cáp quang trở thành phương tiện không thể thiếu để truyền thông tin ngay cả giữa các nút và khối của chính BS. Ví dụ, hình bên dưới thể hiện thiết kế của một trạm gốc hiện đại, trong đó cáp quang được sử dụng để truyền dữ liệu từ ăng-ten RRU (thiết bị điều khiển từ xa) đến chính trạm gốc (hiển thị bằng màu cam).
Thiết bị trạm gốc được đặt trong khuôn viên không phải nhà ở của tòa nhà hoặc được lắp đặt trong các thùng chứa chuyên dụng (gắn vào tường hoặc cột) vì thiết bị hiện đại khá nhỏ gọn và có thể dễ dàng lắp vào bộ phận hệ thống của máy tính chủ. Thông thường, mô-đun vô tuyến được lắp đặt bên cạnh bộ ăng-ten, điều này giúp giảm tổn thất và tiêu tán năng lượng truyền đến ăng-ten. Ba mô-đun vô tuyến đã lắp đặt của thiết bị trạm gốc Flexi Multiradio trông như thế này, được gắn trực tiếp trên cột buồm:
Khu vực dịch vụ trạm cơ sở
Để bắt đầu, cần lưu ý rằng có nhiều loại trạm gốc khác nhau: macro, micro, pico và femtocell. Hãy bắt đầu nhỏ. Và tóm lại, femtocell không phải là trạm gốc. Nó đúng hơn là một Access Point. Thiết bị này ban đầu nhắm đến người dùng gia đình hoặc văn phòng và chủ sở hữu của thiết bị đó là một tổ chức tư nhân hoặc pháp nhân. một người không phải là người điều hành. Sự khác biệt chính giữa các thiết bị như vậy là nó có cấu hình hoàn toàn tự động, từ việc đánh giá các thông số vô tuyến đến kết nối với mạng của nhà điều hành. Femtocell có kích thước của bộ định tuyến gia đình:
Picocell là một BS công suất thấp do nhà điều hành sở hữu và sử dụng IP/Ethernet làm mạng truyền tải. Thường được cài đặt ở những nơi có thể tập trung người dùng cục bộ. Thiết bị này có kích thước tương đương với một chiếc máy tính xách tay nhỏ:
Microcell là phiên bản gần đúng của việc triển khai trạm gốc ở dạng nhỏ gọn, rất phổ biến trong các mạng của nhà điều hành. Nó được phân biệt với một trạm cơ sở “lớn” ở chỗ công suất được thuê bao hỗ trợ giảm và công suất bức xạ thấp hơn. Trọng lượng thường lên tới 50 kg và bán kính phủ sóng vô tuyến lên tới 5 km. Giải pháp này được sử dụng khi không cần dung lượng mạng và nguồn điện cao hoặc khi không thể lắp đặt một trạm lớn:
Và cuối cùng, ô macro là một trạm cơ sở tiêu chuẩn trên cơ sở mạng di động được xây dựng. Nó được đặc trưng bởi công suất ở mức 50 W và bán kính phủ sóng lên tới 100 km (trong giới hạn). Trọng lượng của giá đỡ có thể đạt tới 300 kg.
Vùng phủ sóng của mỗi BS phụ thuộc vào độ cao của phần anten, địa hình và số lượng chướng ngại vật trên đường đến thuê bao. Khi lắp đặt trạm gốc, bán kính phủ sóng không phải lúc nào cũng được đặt lên hàng đầu. Khi số lượng thuê bao tăng lên, thông lượng tối đa của BS có thể không đủ, trong trường hợp đó thông báo “mạng bận” xuất hiện trên màn hình điện thoại. Sau đó, theo thời gian, người vận hành trong khu vực này có thể cố tình giảm phạm vi của trạm gốc và lắp đặt thêm một số trạm ở khu vực có tải lớn nhất.
Khi bạn cần tăng dung lượng mạng và giảm tải cho từng trạm gốc riêng lẻ thì microcell sẽ ra tay giải cứu. Trong một siêu đô thị, vùng phủ sóng vô tuyến của một microcell có thể chỉ là 500 mét.
Trong môi trường thành phố, thật kỳ lạ, có những nơi mà người vận hành cần kết nối cục bộ một khu vực có nhiều phương tiện giao thông (khu vực ga tàu điện ngầm, đường phố trung tâm lớn, v.v.). Trong trường hợp này, microcell và picocell công suất thấp được sử dụng, các bộ ăng-ten của chúng có thể được đặt trên các tòa nhà thấp và trên cột đèn đường. Khi câu hỏi đặt ra về việc tổ chức vùng phủ sóng vô tuyến chất lượng cao bên trong các tòa nhà kín (trung tâm mua sắm và thương mại, đại siêu thị, v.v.), thì các trạm gốc picocell sẽ ra tay giải cứu.
Bên ngoài các thành phố, phạm vi hoạt động của các trạm gốc riêng lẻ được đặt lên hàng đầu, do đó việc lắp đặt từng trạm gốc cách xa thành phố đang trở thành một doanh nghiệp ngày càng tốn kém do nhu cầu xây dựng đường dây điện, đường và tháp trong điều kiện khí hậu và công nghệ khó khăn . Để tăng vùng phủ sóng, nên lắp đặt BS trên các cột cao hơn, sử dụng các bộ phát khu vực định hướng và tần số thấp hơn để ít bị suy giảm hơn.
Vì vậy, ví dụ, ở băng tần 1800 MHz, phạm vi của BS không vượt quá 6-7 km và trong trường hợp sử dụng băng tần 900 MHz, vùng phủ sóng có thể đạt tới 32 km, tất cả các yếu tố khác đều bằng nhau.
Anten trạm gốc. Chúng ta hãy nhìn vào bên trong
Trong thông tin di động, ăng-ten bảng khu vực thường được sử dụng nhiều nhất, có dạng bức xạ có chiều rộng 120, 90, 60 và 30 độ. Theo đó, để tổ chức liên lạc theo mọi hướng (từ 0 đến 360), có thể cần có 3 (chiều rộng mẫu 120 độ) hoặc 6 (chiều rộng mẫu 60 độ). Một ví dụ về tổ chức phủ sóng thống nhất theo mọi hướng được thể hiện trong hình bên dưới:
Và dưới đây là hình ảnh các mẫu bức xạ điển hình theo thang logarit.
Hầu hết các ăng-ten của trạm gốc đều có băng thông rộng, cho phép hoạt động ở một, hai hoặc ba dải tần. Bắt đầu với mạng UMTS, không giống như GSM, ăng-ten của trạm gốc có thể thay đổi vùng phủ sóng vô tuyến tùy thuộc vào tải trên mạng. Một trong những phương pháp kiểm soát công suất bức xạ hiệu quả nhất là kiểm soát góc của ăng-ten, bằng cách này, vùng chiếu xạ của mẫu bức xạ sẽ thay đổi.
Ăng-ten có thể có góc nghiêng cố định hoặc có thể được điều chỉnh từ xa bằng phần mềm đặc biệt nằm trong bộ điều khiển BS và bộ dịch pha tích hợp. Ngoài ra còn có giải pháp cho phép bạn thay đổi vùng dịch vụ từ hệ thống quản lý mạng dữ liệu chung. Bằng cách này, có thể điều chỉnh khu vực phục vụ của toàn bộ khu vực của trạm gốc.
Ăng-ten trạm gốc sử dụng cả điều khiển mô hình cơ và điện. Điều khiển cơ học dễ thực hiện hơn nhưng thường dẫn đến sự biến dạng của mẫu bức xạ do ảnh hưởng của các bộ phận kết cấu. Hầu hết các ăng-ten BS đều có hệ thống điều chỉnh góc nghiêng bằng điện.
Khối ăng-ten hiện đại là một nhóm các phần tử bức xạ của dãy ăng-ten. Khoảng cách giữa các phần tử mảng được chọn theo cách sao cho đạt được mức búp bên thấp nhất của mẫu bức xạ. Độ dài ăng-ten bảng phổ biến nhất là từ 0,7 đến 2,6 mét (đối với bảng ăng-ten đa băng tần). Mức tăng thay đổi từ 12 đến 20 dBi.
Hình bên dưới (trái) cho thấy thiết kế của một trong những tấm ăng-ten phổ biến nhất (nhưng đã lỗi thời).
Ở đây, các bộ phát của bảng ăng-ten là các bộ rung điện đối xứng nửa sóng phía trên màn hình dẫn điện, nằm ở góc 45 độ. Thiết kế này cho phép bạn tạo sơ đồ có chiều rộng thùy chính là 65 hoặc 90 độ. Trong thiết kế này, các bộ ăng-ten kép và thậm chí ba băng tần được sản xuất (mặc dù khá lớn). Ví dụ: bảng ăng-ten ba băng tần của thiết kế này (900, 1800, 2100 MHz) khác với bảng ăng-ten một băng tần, có kích thước và trọng lượng lớn gần gấp đôi, điều này tất nhiên gây khó khăn cho việc bảo trì.
Một công nghệ sản xuất thay thế cho những ăng-ten như vậy liên quan đến việc chế tạo bộ tản nhiệt ăng-ten dạng dải (tấm kim loại hình vuông), như hình trên bên phải.
Và đây là một lựa chọn khác, khi máy rung từ khe nửa sóng được sử dụng làm bộ tản nhiệt. Đường dây điện, khe cắm và màn hình được làm trên một bảng mạch in bằng sợi thủy tinh lá hai mặt:
Có tính đến thực tế hiện đại về sự phát triển của công nghệ không dây, các trạm gốc phải hỗ trợ mạng 2G, 3G và LTE. Và nếu bộ điều khiển của các trạm gốc của các mạng thuộc các thế hệ khác nhau có thể được đặt trong một tủ chuyển mạch mà không làm tăng kích thước tổng thể, thì phần ăng-ten sẽ nảy sinh những khó khăn đáng kể.
Ví dụ, trong các bảng ăng-ten đa băng tần, số lượng đường kết nối đồng trục lên tới 100 mét! Chiều dài cáp đáng kể và số lượng kết nối hàn chắc chắn sẽ dẫn đến tổn thất đường dây và giảm độ lợi:
Để giảm tổn thất điện và giảm điểm hàn, người ta thường chế tạo các đường vi dải, điều này giúp tạo ra các lưỡng cực và hệ thống cấp điện cho toàn bộ ăng-ten chỉ bằng một công nghệ in duy nhất. Công nghệ này dễ sản xuất và đảm bảo tính lặp lại cao của các đặc tính ăng-ten trong quá trình sản xuất hàng loạt.
Anten đa băng tần
Với sự phát triển của mạng truyền thông thế hệ thứ ba và thứ tư, việc hiện đại hóa phần ăng-ten của cả trạm gốc và điện thoại di động là cần thiết. Ăng-ten phải hoạt động ở băng tần bổ sung mới vượt quá 2,2 GHz. Hơn nữa, công việc ở hai và thậm chí ba phạm vi phải được thực hiện đồng thời. Do đó, phần ăng-ten bao gồm các mạch cơ điện khá phức tạp, phải đảm bảo hoạt động tốt trong điều kiện khí hậu khó khăn.
Ví dụ: hãy xem xét thiết kế bộ phát của ăng-ten băng tần kép của trạm cơ sở truyền thông di động Powerwave hoạt động trong dải tần 824-960 MHz và 1710-2170 MHz. Sự xuất hiện của nó được thể hiện trong hình dưới đây:
Máy chiếu xạ băng tần kép này bao gồm hai tấm kim loại. Cái lớn hơn hoạt động ở dải tần 900 MHz thấp hơn; phía trên nó là một tấm có khe phát phát nhỏ hơn. Cả hai ăng-ten đều được kích thích bởi các bộ phát khe và do đó có một đường dây điện duy nhất.
Nếu sử dụng anten lưỡng cực làm bộ phát thì cần lắp đặt một lưỡng cực riêng cho từng dải sóng. Các lưỡng cực riêng lẻ phải có đường dây điện riêng, điều này tất nhiên làm giảm độ tin cậy chung của hệ thống và tăng mức tiêu thụ điện năng. Một ví dụ về thiết kế như vậy là ăng-ten Kathrein có cùng dải tần như đã thảo luận ở trên:
Do đó, các lưỡng cực cho dải tần số thấp hơn dường như nằm bên trong các lưỡng cực của dải tần trên.
Để thực hiện các chế độ hoạt động ba (hoặc nhiều hơn) băng tần, ăng-ten đa lớp được in có hiệu quả công nghệ lớn nhất. Trong các ăng-ten như vậy, mỗi lớp mới hoạt động ở dải tần khá hẹp. Thiết kế “nhiều tầng” này được làm từ các ăng-ten in sẵn với các bộ phát riêng lẻ, mỗi ăng-ten được điều chỉnh theo các tần số riêng trong phạm vi hoạt động. Thiết kế được minh họa trong hình dưới đây:
Giống như bất kỳ ăng-ten đa phần tử nào khác, trong thiết kế này có sự tương tác giữa các phần tử hoạt động ở các dải tần số khác nhau. Tất nhiên, sự tương tác này ảnh hưởng đến tính định hướng và sự phù hợp của ăng-ten, nhưng sự tương tác này có thể được loại bỏ bằng các phương pháp được sử dụng trong ăng-ten mảng pha (ăng-ten mảng pha). Ví dụ, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là thay đổi các thông số thiết kế của các phần tử bằng cách dịch chuyển thiết bị kích thích, cũng như thay đổi kích thước của nguồn cấp dữ liệu và độ dày của lớp ngăn cách điện môi.
Một điểm quan trọng là tất cả các công nghệ không dây hiện đại đều là băng thông rộng và băng thông tần số hoạt động ít nhất là 0,2 GHz. Anten dựa trên các cấu trúc bổ sung, ví dụ điển hình là anten “nơ”, có dải tần hoạt động rộng. Việc phối hợp ăng-ten như vậy với đường truyền được thực hiện bằng cách chọn điểm kích thích và tối ưu hóa cấu hình của nó. Để mở rộng dải tần hoạt động, theo thỏa thuận, “con bướm” được bổ sung trở kháng đầu vào điện dung.
Việc mô hình hóa và tính toán các ăng-ten như vậy được thực hiện trong các gói phần mềm CAD chuyên dụng. Các chương trình hiện đại cho phép bạn mô phỏng ăng-ten trong vỏ mờ khi có tác động của các thành phần cấu trúc khác nhau của hệ thống ăng-ten và do đó cho phép bạn thực hiện phân tích kỹ thuật khá chính xác.
Việc thiết kế ăng-ten đa băng tần được thực hiện theo từng giai đoạn. Đầu tiên, một ăng-ten in vi dải có băng thông rộng được tính toán và thiết kế riêng cho từng dải tần hoạt động. Tiếp theo, các ăng-ten in có phạm vi khác nhau được kết hợp (chồng lên nhau) và hoạt động chung của chúng được kiểm tra, loại bỏ, nếu có thể, các nguyên nhân gây ảnh hưởng lẫn nhau.
Ăng-ten bướm băng thông rộng có thể được sử dụng thành công làm cơ sở cho ăng-ten in ba băng tần. Hình dưới đây cho thấy bốn tùy chọn cấu hình khác nhau.
Các thiết kế ăng-ten trên khác nhau về hình dạng của phần tử phản kháng, được sử dụng để mở rộng dải tần hoạt động theo thỏa thuận. Mỗi lớp của anten ba băng tần như vậy là một bộ phát vi dải có kích thước hình học nhất định. Tần số càng thấp thì kích thước tương đối của bộ phát càng lớn. Mỗi lớp PCB được ngăn cách với lớp kia bằng chất điện môi. Thiết kế trên có thể hoạt động ở băng tần GSM 1900 (1850-1990 MHz) - chấp nhận lớp dưới cùng; WiMAX (2,5 - 2,69 GHz) - nhận lớp giữa; WiMAX (3,3 - 3,5 GHz) - nhận lớp trên. Thiết kế hệ thống ăng-ten này sẽ giúp có thể thu và truyền tín hiệu vô tuyến mà không cần sử dụng thêm thiết bị hoạt động, do đó không làm tăng kích thước tổng thể của bộ ăng-ten.
Và kết luận một chút về sự nguy hiểm của BS
Đôi khi, các trạm gốc của các nhà khai thác di động được lắp đặt trực tiếp trên nóc các tòa nhà dân cư, điều này thực sự khiến một số cư dân của họ mất tinh thần. Các chủ căn hộ ngừng nuôi mèo và tóc bạc bắt đầu xuất hiện nhanh hơn trên đầu bà. Trong khi đó, cư dân của ngôi nhà này hầu như không nhận được trường điện từ từ trạm gốc được lắp đặt, do trạm gốc không bức xạ “đi xuống”. Và nhân tiện, tiêu chuẩn SaNPiN về bức xạ điện từ ở Liên bang Nga thấp hơn nhiều so với các nước phương Tây “phát triển”, và do đó các trạm gốc trong thành phố không bao giờ hoạt động hết công suất. Vì vậy, BS không có hại gì, trừ khi bạn tắm nắng trên mái nhà cách họ vài mét. Thông thường, hàng chục điểm truy cập được lắp đặt trong các căn hộ của cư dân, cũng như lò vi sóng và điện thoại di động (ép vào đầu) có tác động đến bạn lớn hơn nhiều so với một trạm gốc được lắp đặt cách tòa nhà 100 mét bên ngoài.
Đặc điểm thiết kế của anten 3bs-2 và ob-2
Đặc biệt, một ăng-ten loại OB-2, với sự hỗ trợ của chất cách điện, có thể được lắp đặt trên khung của ăng-ten loại BS-2 (Hình 7.45) với rất ít công sức và tiền bạc. Trong trường hợp này, các ăng-ten có thể hoạt động độc lập với nhau, là nguồn dự trữ chung. Các anten có sự phân cực tuyến tính trực giao lẫn nhau nên các dây dẫn của vải và dây dẫn của anten BS hầu như không ảnh hưởng đến đặc tính của anten OB. Ăng-ten cho phép thu tín hiệu vô tuyến kép bằng phương pháp phân tập phân cực.
Ăng-ten loại OB có dải bức xạ tương đối rộng, làm giảm khả năng chống nhiễu của chúng. Ăng-ten OB-E không có nhược điểm này.
Hình 7.45. Bố trí ăng-ten OB-2 trên giàn
loại anten BS-2
Loại ăng-ten OB-E
Trong quá trình phát triển, ăng-ten OB-E dự định sẽ được sử dụng tại các trung tâm thu sóng vô tuyến để liên lạc vô tuyến chính nhằm thay thế ăng-ten loại BS-2, 2 BS-2, 3 BS-2, là loại tốt nhất hiện có về mặt hiệu quả. , nhưng cồng kềnh, đắt tiền, không đáng tin cậy khi vận hành và tốn nhiều công sức để bảo trì.Ăng-ten OB-E có tỷ lệ hiệu quả/chi phí cao C.
Sơ đồ ăng-ten OB-E được hiển thị trong Hình. 7,46. Nó được đánh dấu OB-E, trong đó L- chiều dài của màng anten; h- chiều cao của lưới treo anten. Trong bộ lễ phục. 7.46 được biểu thị: 1 – bề mặt của “mặt đất”; 2, 8 – dây dẫn đối trọng; 3–Nguồn EMF (máy phát vô tuyến, GSS); 5 – dây dẫn có sóng lan truyền; 7 – điện trở – tải.
Ăng-ten được đánh dấu OB-E (sóng đơn, sóng truyền), trong đó chữ E biểu thị sự hiện diện của một sóng khác trên dây dẫn, có cấu trúc tương tự như sóng E 0 trong ống dẫn sóng tròn, nếu bạn nhìn vào phần cuối của dây dẫn.
Ăng-ten OB-E có chiều dài L= 300 m; đường kính tương đương của dây dẫn sóng di chuyển d eq = 280 mm; đánh giá điện trở tải R n = 200 Ôm; chiều cao treo h= 3 m, dải tần hoạt động của anten OB-E là Δ f= 3 30 MHz.
Cơm. 7,46. Ăng-ten OB-E
Nghiên cứu đã tiết lộ những khác biệt cơ bản trong nguyên lý hoạt động của ăng-ten OB và OB-E. Họ cho rằng sự phân phối lại năng lượng bức xạ xảy ra trong không gian gần dây của ăng-ten OB-E, dẫn đến việc tạo ra một ăng-ten mới, thiết kế đơn giản và có đường kính rất nhỏ gọn để liên lạc vô tuyến đường dài, đó là một “Ăng-ten còi không có tường nhìn thấy được.”
Kết quả tính toán RP trong mặt phẳng ngang và dọc và các nghiên cứu thực nghiệm thu được khi sử dụng ruồi bay ngang ở cùng tần số được thể hiện trên Hình 7.47 và Hình 7.48. Điểm thí nghiệm được thể hiện bằng dấu chéo.
Cơm. 7,47. Tính toán và thực nghiệm giản đồ bức xạ của anten OB-E trong mặt phẳng ngang
Cơm. 7,48. Tính toán và thực nghiệm giản đồ bức xạ của anten OB-E trong mặt phẳng thẳng đứng
Từ việc phân tích các mẫu bức xạ cho thấy ăng-ten OB-E có khả năng chống nhiễu cao.
Ăng-ten phức hợp OB-E
Để nhận tín hiệu đến ở các góc khác nhau trong mặt phẳng độ cao, tổ hợp ăng-ten OB-E đã được tạo. Nó bao gồm ba ăng-ten OB-E có độ dài khác nhau L= 60; 120; 240 m, được định hướng theo địa hình theo một góc phương vị chung.
Tổ hợp được thiết kế để thu sóng vô tuyến trong phạm vi 10 m λ 100 m, (3 30 MHz) với sự lan truyền tầng điện ly trên đường truyền khoảng cách xa R > 1000 km. Khuyến nghị lựa chọn ăng-ten thu được đưa ra trong Bảng. 7,22. Các thông số của tầng điện ly không ổn định theo thời gian và không đồng nhất trong không gian, do đó, tại thời điểm thu sóng vô tuyến, người ta quan sát thấy sự không ổn định của các góc pr so với đường chân trời và sự dao động của các mức trường.
Bảng 7.22
| " |
