Антенные комбайнеры
Одна из проблем, с которыми постоянно приходится сталкиваться при планировании систем подвижной радиосвязи (как транковых, так и обычных с несколькими ретрансляторами) является выбор оптимальной конфигурации антенной системы и принятие решения о необходимости использования того или иного антенного комбайнера. Так как зачастую тот или иной вариант выбора антенного комбайнера способен повлиять на выбор ретрансляторов (или усилителей мощности) системы, полезно заранее определиться с особенностями места установки антенн будущей системы и принять предварительное решение об использовании того или иного типа антенного комбайнера. Данный документ посвящен рассмотрению некоторых наиболее широко распространенных способов совместной установки нескольких радиопередающих устройств.
Использование системы из нескольких передающих антенн
Данное решение достаточно часто применяется при небольшом количестве каналов (2-3) и наличии возможности установки нескольких антенн с достаточным разносом. При использовании индивидуальной антенны для каждого передатчика наиболее часто в качестве передающих используются дипольные антенны, установленные на одной мачте и разнесенные по вертикали, так как кроме помимо чисто конструктивных преимуществ и компактности данный способ монтажа обеспечивает лучшую развязку между передающими антеннами. Кроме того, верхушка мачты остается свободной, и может быть использована для установки штыревой приемной антенны, что может оказаться удобным в том случае, когда в системе используется одна приемная антенна и приемно-распределительная панель.
Одной из основных проблем, связанных с установкой нескольких близкорасположенных передающих антенн являются интермодуляционные помехи, которые возникают при смешении нескольких сигналов или их гармоник в различных комбинациях на нелинейных элементах (транзисторах, коммутационных диодах) выходных цепей передатчиков. Составляющими помехи могут стать как сигнал, излучаемый данным передатчиком, так и сигналы, наведенные на передающую антенну близкорасположенными передатчиками. Выявление источника подобных помех часто сопряжено со значительными трудностями, так как собственный сигнал "виновника" может никак не прослушиваться в помехе, и кроме того возможна генерация помехи даже при отключенном от сети передатчике.
Наиболее эффективной мерой борьбы с подобными явлениями является использование ферритового изолятора, который кроме этого дополнительно защищает выход передатчика от повреждения при недопустимо высоком значении КСВ, причиной которого может стать повреждение антенны или фидера, либо нарушение контакта в разъемных соединениях. При установке нескольких передающих антенн в непосредственной близости и большой мощности передатчиков данную меру можно считать обязательной, так как на практике практически невозможно достичь достаточной развязки между антеннами при разумных расстояниях между ними.
При применении изоляторов необходимо помнить, что феррит, примененный в них, также не является идеально
линейным материалом, что при боль-ших мощностях приводит к повышению уровня гармоник (особенно
второй гармоники) на выходе изолятора. Установка малогабаритного и недорогого фильтра на выходе
изолятора полностью решает эту проблему.
Многими фирмами выпускаются специальные панели для подавления интермодуляционных помех, включающие в себя одинарный или двойной изолятор, фильтр гармоник (либо полосовой фильтр на частоту передатчика).
Другим методом, применяемым обычно при малых мощностях передатчиков, малом числе каналов и значительном разносе между передающими частотами (более 200-300 килогерц в диапазонах VHF/UHF), является установка узкополосных полосовых фильтров на выходах передатчиков. Эти фильтры ослабляют как сигналы близкорасположенных передатчиков, так и интермодуляционные составляющие, которые все же образуются в выходном сигнале передатчиков. Аналогичных результатов можно достичь при использовании полосовых или комбинированных дуплексных фильтров. Несмотря на кажущуюся простоту и относительную дешевизну данного решения, его все же не стоит рекомендовать для использования специалистам, не имеющим достаточного опыта в установке подобных систем и поиске источников радиопомех.
Феррит-фильтровые передающие комбайнеры
Данный тип антенных комбайнеров является одним из наиболее широко употребляемых при разносе между частотами передатчиков более 200-300 килогерц (некоторые фирмы-производители разрабатывают подобные комбайнеры на заказ под разносы от 100 килогерц).
Комбайнеры данного типа имеют модульную конструкцию. Комбайнер состоит из необходимого количества панелей, каждая из которых содержит последовательно соединенные ферритовый изолятор и узкополосный высокодобротный полосовой фильтр, настроенный на частоту передатчика соответствующего канала. Выходы полосовых фильтров объединяются при помощи коаксиальных линий.
Одним (и немаловажным) достоинством подобного комбайнера являются весьма небольшие потери мощности при сложении. Он также обеспечивает хорошую взаимную изоляцию выходов передатчиков. Узкополосные полосовые фильтры удаляют из выходного сигнала передатчика большую часть шума и внеполосных излучений, что делает его еще более привлекательным для установки систем в местах, где уже имеется большое количество радиосредств.
Еще одним положительным свойством данного типа комбайнеров является их сравнительно легкая расширяемость. При необходимости расширения системы необходимо просто дополнительно заказать необходимое количество панелей, настроенных на необходимые частоты, а также (при необходимости) некоторые монтажные компоненты.
Но, несмотря на впечатляющий список преимуществ, данному типу комбайнеров свойственны несколько существенных недостатков.
Одним из них, наиболее часто приводящим к невозможности использования данного типа
комбайнеров в составе системы связи, является ограничение на минимальный разнос между
передающими частотами. В том случае, если для первоначальной конфигурации системы был заказан
и установлен комбайнер, рассчитанный на разнос между передающими частотами не менее 300 килогерц,
а затем были получены дополнительные частотные выделения отстоящие от используемых частот
менее чем на эту величину, то возможность дальнейшего использования имеющегося
комбайнера будет находиться как минимум под вопросом. В данном случае возможны, разумеется,
некоторые варианты технического решения подобной проблемы, но все же стоит
порекомендовать перед тем, как заказывать комбайнер подобного типа провести тщательное
планирование дальнейшего развития системы.
Другим недостатком, хотя и менее существенным, является наличие большого количества резонансных элементов, которые имеют тенденцию расстраиваться при перевозке. Нередки случаи, когда комбайнер, настроенный на заводе на определенные частоты после длительной транспортировки требует дополнительной подстройки.
Ферритовые гибридные передающие комбайнеры
Ферритовые гибридные комбайнеры занимают особое место среди других типов передающих комбайнеров. Их уникальная особенность в том, что они способны работать при практически любом разумном разносе между передающими частотами (что делает их единственным практически применимым вариантом для систем с разносом между частотами передачи менее 100 килогерц), не содержат никаких резонансных элементов, требующих настройки пользователем (разумеется если он был заказан у производителя или настроен дилером на необходимый частотный участок), широкополосны, исключительно надежны и просты в обслуживании. При применении ферритовых гибридных комбайнеров практически полностью исключена возможность возникновения помех интермодуляционной природы. Единственным действительно серьезным недостатком данного типа комбайнеров являются очень значительные потери мощности передатчиков при сложении, что зачастую вынуждает применять дополнительные усилители мощности и принимать дополнительные меры для охлаждения комбайнеров данного типа.
Основными "кирпичиками", из которых
компонуются ферритовые гибридные комбайнеры, являются сумматоры, блок-схема которых
изображена на рисунке.
Каждый сумматор состоит из двух ферритовых изоляторов (чаще двойных), двух гармониковых фильтров, моста сложения и эквивалента нагрузки, рассчитанного не менее чем на полную мощность самого мощного из подключенных передатчиков. Изоляторы служат для развязки выходов передатчиков и предотвращения проникновения на выход передатчика посторонних сигналов, могущих привести к появлению интермодуляционных помех. Сигналы второй и более высоких гармоник, образующиеся в изоляторах, фильтруются в гармониковых фильтрах. После гармониковых фильтров сигналы передатчиков подаются на мост сложения, который суммирует их, обеспечивая развязку не менее 35-40 дб между входными портами. Один из выходных портов является выходом сумматора. На нагрузке, подключенной ко второму выходному порту моста сложения будет рассеиваться половина суммарной мощности подключенных передатчиков, что зачастую требует ее дополнительного охлаждения.
Каждый описанный выше сумматор является двухвходовым комбайнером. В случае необходимости, сумматоры могут каскадироваться для получения необходимого количества входов. При этом следует учитывать, что каждая последующая ступень сложения также будет рассеивать в качестве тепла половину подведенной к ней мощности.
Уже из рассмотрения структурной схемы становится понятно, что каждая ступень сложения рассеивает в качестве тепла половину подведенной мощности, а также то, что ферритовый гибридный комбайнер может быть реализован на число входов, равное степени двойки (т.е. 2, 4, 8, 16, 32…) Дальнейшее продолжение этого ряда бессмысленно, так как при большем числе входов до выхода комбайнера дойдет лишь ничтожная часть ВЧ мощности, а сам комбайнер превратится в черезвычайно дорогостоящее сооружение для отопления помещения… ;-).
И все же, несмотря на описанное выше, данный тип комбайнеров является одним из наиболее часто применяемых для построения систем связи, так как транзисторные усилители мощности на 100 и более ватт уже давно не являются дефицитными и непомерно дорогими, и, кроме того наличие на входе каждого канала комбайнера ферритового изолятора практически исключает их выход из строя при практически любых проблемах, могущих возникнуть в антенной системе.