При построении систем с несколькими частотными каналами и при использовании дуплексных ретрансляторов (прием и передача на разных частотах) задача правильного расположения антенн существенно усложняется. Вызвано это тем, что приемник ретранслятора или базовой станции подвержен влиянию «своего» передатчика, а в многоканальных системах еще и передатчиков соседних каналов. Помехи приему тем выше, чем меньше разнос между частотами приема и передачи и чем ближе расположены частоты соседних каналов. Уменьшить влияние передатчика на приемник до приемлемых значений можно несколькими способами.
Метод позволяет уменьшить влияние, но не избавляет от него полностью. Недостатки: трудности с получением требуемых номиналов частот (особенно при построении многоканальных систем); ограничения, накладываемые оборудованием (зачастую дуплексный разнос ограничен 20 МГц) и рабочей полосой антенны.
Наиболее простой и дешевый метод снижения помех. Как правило, антенны устанавливаются на возвышении (крыша здания, мачта, естественное возвышение), площадь которого ограничена. Зачастую невозможно расположить антенны на достаточном расстоянии. При разнесении антенн на крышах, нескольких мачтах и т.п. потребуется большое количество дорогостоящего коаксиального кабеля, потери в котором увеличат затухание и в целом усложнят и удорожат конструкцию. Из-за чего стоимость системы может приблизиться, а в некоторых случаях и превысить затраты по сравнению с другими решениями (дуплексные фильтры, комбайнеры, распределительные панели).
Дуплексные фильтры (в просторечии – «дуплексеры») позволяют использовать одну общую антенну для приема и передачи с определенным ослаблением взаимных влияний. В одно-, двухканальных системах дуплексные фильтры могут считаться оптимальным решением. В многоканальных системах обычно применяют более сложные устройства: комбайнеры и распределительные панели. К недостаткам дуплексных фильтров можно отнести необходимость установки отдельной антенны на каждый канал приема/передачи. Теоретически с помощью дуплексных фильтров можно объединить на одну антенну сначала приемник и передатчик, затем два канала и т.д. Но на практике подобный подход применяется редко из-за того, что каждый фильтр ослабляет не только мешающие, но и полезные сигналы. Передающие комбайнеры и приемные распределительные панели применяются в основном в многоканальных системах. Из названия видно, что передающие комбайнеры позволяют объединить выходы нескольких передатчиков в одну антенну, а приемные распределительные панели – одной антенне «обслуживать» несколько приемников. Подобные фильтрующие устройства относятся к категории дорогостоящих, но, к сожалению, без них обычно не удается построить многоканальную систему с удовлетворительными параметрами. Стоимость многовходовых комбайнеров и многоканальных приемных распределительных панелей соизмерима с ценой ретрансляционного оборудования, а из-за высокой трудоемкости их изготовления может потребоваться довольно много времени на исполнение заказа. Обычно многоканальное фильтрующее оборудование изготавливается индивидуально, т.е. на конкретные номиналы и заданный разнос частот.
Вряд ли кто-то станет опровергать утверждение, что чем выше установлена антенна, тем большую зону охвата будет иметь система связи. Но так ли все просто? Любая антенна, установленная на большой высоте, кроме выполнения полезной работы создает еще и помехи другим системам связи, а это, кроме физических проблем, может иметь юридические последствия. Кроме того, более высокая антенна собирает «грязь» с большей территории, создавая более высокий уровень помех на входе приемника. Например, где-то за горизонтом работает мощная станция с близкой или кратной частотой. Потратив немало сил и средств на строительство «Эйфелевой башни», придется приобретать еще и специальное фильтрующее оборудование, чтобы избавиться от нежелательных помех. В свою очередь потери в этих фильтрах настолько ослабят сигнал, что эффективность вашей системы будет такой же, как и при установке антенны на ближайшем сарае.
Для функционирования всех без исключения системах радиосвязи необходимы те или иные антенно-фидерные устройства, от самых простых штырьевых и низкопрофильных антенн, устанавливаемых в радителефонных трубках, до сложных антенных систем базовых станций и ретрансляторов. В отличие от приемных либо передающих радиовещательных и телевизионных антенных устройств, антенны для систем связи являются приемопередающими.
Общая классификация антенн для систем связи представлена на рисунке
Настройка антенн
Не будет открытием утверждение, что после монтажа антенну необходимо настроить. Обычно настройка заключается в согласовании антенны и соединительного кабеля с выходом радиостанции на определенной частоте (частотах). Более научно: настройка антенны в резонанс на заданной частоте. Величина, которая позволяет наглядно оценить качество согласования, называется коэффициентом стоячей волны (КСВ). Как правило, процесс настройки заключается в изменении длины антенны и/или соединительного кабеля в зависимости от рабочей частоты радиостанции. Контроль настройки ведется с помощью специальных измерительных приборов, так называемых измерителей КСВ (в обиходе – «КСВ-меров»). При настройке необходимо стремиться к уменьшению КСВ. В идеальном случае КСВ=1. В реальных условиях можно добиться значения 1.1..1.6, что является приемлемым для работы радиооборудования. При повышении КСВ до 2 и более, эффективность антенны падает, причем при таких значениях возможен выход радиостанции из строя при работе на передачу. К сожалению, КСВ является необходимым, но не достаточным параметром, характеризующим настройку антенны. По КСВ нельзя определить эффективность, диаграмму направленности, коэффициент усиления антенны. Единственное, что гарантирует допустимый КСВ, это то, что ваша радиостанция не выйдет из строя при работе на передачу.
Несколько слов о коаксиальном кабеле
Как в любом проводнике, в кабеле происходят потери сигнала, которые тем больше, чем длиннее кабель, хуже его параметры и выше частота передаваемого сигнала. Потери вносит любой, даже самый дорогой и высококачественный кабель. И если, например, конкретную марку кабеля можно с успехом использовать в низкочастотном участке спектра (КВ, Си-Би, LowBand), то на более высоких частотах он может вносить недопустимые потери. Основным методом борьбы с потерями в кабеле является уменьшение его длины и количества высокочастотных соединений между компонентами системы. Следующим этапом – применение кабеля с более высокими характеристиками. На графике показана зависимость потерь (на 100 футов – 30.5 м) от частоты для некоторых распространенных марок кабеля. Обычно чем больше диаметр кабеля, тем меньшие потери он вносит в передаваемый сигнал. В особо ответственных системах применяют кабель диаметром 28 мм (7/8”), 50 мм (1 5/8”) и более. 20-30 метров такого «толстого» кабеля по стоимости превышает даже самую «навороченную» антенну. А если добавить весьма не малую стоимость специальных разъемов… Нередко кабель выбирается по остаточному принципу. Берется мощная радиостанция, эффективная антенна, подбирается высотное сооружение и… получается система с никуда не годными параметрами. Например, если в системе, работающей на частоте 450 МГц, предполагается установить радиостанцию (ретранслятор) у подножия телевизионной вышки, а антенны необходимо поднять на 100 метровую высоту, то понадобится кабель диаметром не менее 1/2 дюйма (ок. 13 мм). И даже в нем мощность уменьшится примерно на 5 дБ. А это значит, что из 50 Вт выходной мощности передатчика до антенны «доберется» только 16 Вт. То же самое произойдет и с приемным сигналом. Поэтому при длинах кабеля 100 и более метров может оказаться дешевле расположить радиооборудование в непосредственной близости от антенн, обеспечив соответствующую защиту от внешних воздействий (температура, влага). Резюме: с помощью кабеля можно свести на нет достоинства даже самой эффективной антенны. А вот улучшить, к сожалению, нельзя.