Особенности развертывания антенно-фидерных устройств в системах охранной сигнализации

Ильдар НУРМУХАМЕТОВ Начальник сектора отдела ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России  подполковник полиции Юрий ДРОНОВ Старший научный сотрудник отдела ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России

В последнее время достаточно сильно расширился спектр оборудования технических средств охраны, представленных на отечественном рынке. С внедрением новых технологий передачи информации для качественного обслуживания этих средств, технические специалисты должны постоянно повышать свой профессиональный уровень. В данной статье, предназначенной для инженерно-технических специалистов, занимающихся установкой и эксплуатацией технических средств охраны, поднимаются вопросы, относящиеся к особенностям развертывания антенно-фидерных устройств радиосистем передачи извещений. С чего начинается развертывание радиоканальных систем? Конечно, с планирования. Сначала необходимо изучить технические характеристики и особенности предполагаемой к внедрению системы, получить в разрешительных органах номиналы частот для работы радиосистемы, определить места размещения ретрансляционного и пультового оборудования. Для оценки предполагаемой зоны действия радиосистемы, определения мест размещения ретрансляционного и пультового оборудования, а также для последующего анализа и поиска неисправностей при эксплуатации системы настоятельно рекомендуется использование карт.   Прогнозирование возможности осуществления радиосвязи   Помимо бумажных карт с указанием рельефа местности, можно порекомендовать использование бесплатных интернет-сервисов по проверке профилей трасс, например, LinkTest (http://www.linktest.ru/) или аналогичных, позволяющих оценить возможность организации радиосвязи между двумя точками с учетом кривизны земли и рельефа местности. Данные сервисы облегчают работу по анализу наличия препятствий на пути распространения радиоволн, помогают подобрать высоту установки антенн для обеспечения прямой видимости между ними, выбрать места установки дополнительных ретрансляторов и т.п.   Анализ возможности обеспечения прямой видимости между антеннами с учетом высоты их установки   Антенны. Часто можно услышать мнение: «Хорошая антенна лучше самого хорошего усилителя». Качество настройки антенно-фидерных устройств является одним из важных факторов, влияющим на надежность работы радиосистемы. От того, насколько правильно выполнены элементы антенно-фидерного тракта, в значительной степени зависит качество работы всей системы. Антенны характеризуются множеством различных параметров. В настоящее время для детального изучения предмета существует достаточное количество специализированной литературы. В частности, желающим ознакомиться подробнее, можно рекомендовать книги «Энциклопедия антенн» К. Ротхаммеля и «Антенны. Настройка и согласование» И.Н. Григорова. Антенны, используемые в системах охранной сигнализации, являются обратимыми устройствами. То есть они одинаково эффективны при передаче и при приеме, их свойства и параметры в обоих случаях остаются одними и теми же. Например, применительно к диаграмме направленности антенны можно утверждать, что она у антенны постоянна, независимо от режима ее использования. При продаже антенны комплектуются паспортом или этикеткой, в которых указываются варианты установки, диапазон рабочих частот, полоса пропускания по уровню КСВ=1.5, КСВ на резонансной частоте, усиление, диаграмма направленности, ширина ДН по уровню -3 dB, входное сопротивление, тип антенны, поляризация, карта настройки (обрезки элементов антенны), допустимая мощность. Часто применяемые антенны для радиосистем охранной сигнализации обладают, как правило, вертикальной поляризацией, входным сопротивлением 50 Ом, диапазоном рабочих частот в несколько десятков МГц. Усиление антенны связано со свойствами ее направленности, достигаемой ее конструктивными особенностями. При выборе антенн следует обратить внимание на то, что коэффициент усиления антенны может приводиться в различных единицах: dBi (дБи) или в dBd (дБд). В единицах dBi измеряется усиление антенны по отношению к изотропному излучателю, представляющему воображаемую идеальную точечную всенаправленную антенну с КПД равным 100%. Если в паспорте антенны единица измерения усиления антенны не оговорена специально, значит, приведенный коэффициент усиления указан в этой системе измерений. В единицах dBd измеряется усиление антенны по отношению к полуволновому вибратору, размещенному в свободном пространстве. Коэффициент направленного действия, измеряемый в dBd, всегда меньше коэффициента направленного действия, измеряемого в dBi, на фиксированную величину, равную 2,15 дБ. Антенны поставляются настроенными на определенную рабочую частоту, однако перестройка на другие частоты в определенном диапазоне не требует специального оборудования и осуществляется путем укорочения указанных элементов до необходимого размера в соответствии с инструкцией. Одним из основных параметров любой антенны, характеризующим качество ее согласования с нагрузкой (с фидерной линией) является КСВ, который обычно приводится в паспорте антенны. Иногда в паспортах указывается обратная величина, называемая коэффициентом бегущей волны. КБВ=1/КСВ. Эти коэффициенты определяют соотношение между входным сопротивлением антенны при резонансе и волновым сопротивлением фидерной линии. Иными словами, при КСВ=1 мощность, подведенная от передатчика к антенне, полностью была излучена в эфир. Режим полного согласования антенны с фидерной линией называется режимом бегущей волны.   Потери сигнала при изменении КСВ По формуле КСВ определяется как отношение суммы напряжений прямой и отраженной волны к их разнице. Таким образом, в идеальном случае (т.е. при полном согласовании) КСВ=КБВ=1 величина. КСВ антенны всегда больше или равна единице и, соответственно, КБВ антенны всегда меньше или равен единице. Согласование антенны с фидером считается удовлетворительным, если КСВ < 2,0, и признается хорошим при КСВ < 1,5. Учет этого параметра важен не только при развертывании радиосистемы, но и при осуществлении контроля технического состояния антенно-фидерного устройства и проверки его исправности в процессе эксплуатации. В ряде случаев для того, чтобы убедиться в исправности антенно-фидерного устройства, не демонтируя антенно-мачтовое сооружение, достаточно измерить КСВ на нижнем конце фидера и сравнить его со значением этого коэффициента, измеренным в той же точке тракта еще при развертывании радиосистемы и зафиксированным в технической документации. В тоже время необходимо учитывать, что при измерении КСВ на коаксиальных кабелях, обладающих высоким затуханием, могут возникать ситуации, когда уровень отраженного сигнала достаточно сильно ослабевает из-за потерь в кабеле, и используемый измерительный инструмент показывает КСВ, близкий к единице. В данном случае необходимо настройку антенно-фидерного устройства производить с измерениями на обоих концах кабеля. Целесообразно, когда это возможно, производить замену радиочастотного кабеля на низкочастотные линии связи. Возьмем, к примеру, ситуацию, когда вам необходимо установить антенну на крыше высотного здания и провести сигнал к оборудованию центральной станции на первом этаже. В этом случае, если позволяет оборудование используемой системы, было бы эффективнее установить радиочастотную часть оборудования системы в защищенные чердачные помещения, а передачу информации на центральную станцию вниз осуществлять по витой паре с использованием преобразователей интерфейсов типа RS-232/RS-485. При данной реализации снижаются потери в фидерной линии, длина низкочастотной линии связи может достигать до 1200 м, кроме того, следует отметить, что прокладка подобных низкочастотных линий связи с достаточным резервом заложена на этапе строительства новых зданий. Зачастую на рынке предлагаются так называемые «электрически укороченные» антенны с использованием емкостных или индуктивных элементов. Их применение целесообразно при необходимости снижения габаритных размеров, пусть и в ущерб эффективности, при сильных сигналах. В иных случаях следует отдавать предпочтение полноразмерным антеннам. К важнейшим характеристикам антенн для развертывания систем охранной сигнализации следует отнести пространственную и частотную избирательность. Пространственная избирательность антенн достигается использованием так называемых «направленных» антенн, частотная – за счет обеспечения более узкой полосы пропускания антенно-фидерного тракта. Следует понимать, что избирательность антенн существенно ниже избирательности входного тракта приемных устройств, однако использование данной характеристики улучшает качество работы системы. Для повышения частотной избирательности антенно-фидерных устройств центральной станции рекомендуется применение фильтров, в том числе и на объемных резонаторах, обладающих высокой добротностью. Объединение данных фильтров позволяет достичь полосы пропускания до 200 КГц при затухании за полосой не менее 35 дБ. Относительно узкая полоса пропускания таких фильтров способствует их эффективному использованию в борьбе с различного рода помехами и, соответственно, увеличению дальности действия радиосистемы. Примером наиболее благоприятного места для развертывания антенн центральной станции или ретранслятора может служить крыша высотного дома. Установку радиочастотного оборудования системы предпочтительнее производить в лифтовых комнатах или защищенных чердачных помещениях. Здесь всегда есть электропитание, и температура редко опускается ниже -10-20 °С. При выборе мест для установки антенн следует учитывать факторы, которые могут привести к неблагоприятному воздействию. В первую очередь, к таким факторам следует отнести наличие антенн других радиопередающих средств. В случае, когда для развертывания антенны наиболее выгодные места уже заняты другими радиопередающими устройствами, необходимо использовать пространственное разнесение антенн по вертикали и/или по горизонтали. «Разнос» антенн в вертикальной плоскости на 4-5 м дает уменьшение взаимного влияния антенн порядка 30-40 дБ, в горизонтальной плоскости на 15-20 м – порядка 20-30 дБ. Также к факторам неблагоприятного воздействия следует отнести влияние близлежащих предметов. Любые металлические предметы (мачты, провода, арматура и пр.), находящиеся в непосредственной близости от антенны, приведут к искажению диаграммы направленности. Для устранения этих нежелательных эффектов необходимо, чтобы в месте установки антенны на расстоянии не менее длины волны не было никаких металлических вертикальных предметов или они находились ниже уровня противовесов. В процессе эксплуатации подлежат коррозии даже антенны из алюминиевых сплавов. К примеру, из личного опыта, антенны, установленные на трубе ТЭЦ, рассыпались в труху через 8-10 месяцев эксплуатации. Поэтому, для качественной работы антенно-фидерных устройств системы необходимо ежегодное проведение регламентных работ по техническому обслуживанию.   Фидерная линия. Фидерная линия представляет собой электрическую цепь с распределенными параметрами, и поэтому она характеризуется своими удельными значениями сопротивления, индуктивности, емкости и проводимости изоляции, приходящимися на единицу длины линии. При прохождении сигнала по линии он испытывает ослабление, называемое затуханием, которое определяется по разнице амплитуды напряжения в начале линии до величины в конце. В качестве меры затухания линии принято выраженное в децибелах (дБ) отношение напряжений, токов или мощностей сигнала. В отечественной и зарубежной справочной литературе параметры затухания (удельные затухания) линий часто приводятся в значениях дБ/100 м или dB/100 ft (в децибелах на 100 футов). В качестве фидерных линий в системах охранной сигнализации чаще всего применяют коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Настоятельно рекомендуется не использовать коаксиальные кабели с неизвестными параметрами, а также кабели, находившиеся длительное время в эксплуатации или в условиях ненадлежащего хранения. Существует прямая зависимость между толщиной коаксиального кабеля и величиной затухания сигнала. При уменьшении диаметра кабеля уровень затухание в нем возрастает. На очень тонких кабелях затухание сигнала на используемых частотах может достигать до 4 дБ на погонный метр. Для снижения потерь в протяженных фидерных линиях следует использовать при монтаже в качестве магистрали коаксиальные кабели с меньшим затуханием, а для подключения оборудования – более удобные при монтаже небольшие отрезки коаксиальных кабелей, подключенные к магистрали через специализированные переходники. В данном случае, конечно, возникают процессы, связанные с неоднородностью кабельных линий, однако их влияние достаточно незначительно. Наиболее распространенными ошибками при монтаже подобных фидерных линий являются неправильные соединения отрезков коаксиального кабеля, его разгерметизация, бухтование и нарушение однородности кабеля на перегибах. Желательно использовать целостный кабель, однако иногда возникают ситуации, когда в процессе эксплуатации приходится объединять кабель из отрезков. В данном случае, как указывалось ранее, рекомендуется объединение кусков кабеля с помощью стандартных разъемов-переходников. Такой способ, естественно, ухудшает качество линии, однако является меньшим из зол. При осуществлении пайки необходимо использовать методы соединения высокочастотных кабелей, описанные в специальной литературе. Герметизация кабеля имеет большое значение. Если вам не жалко новой бухты кабеля, можете провести следующий эксперимент: в ведро, наполненное водой, бросьте бухту со снятыми наконечниками на кабеле и посмотрите через некоторое время, сколько воды останется в ведре. Потом будет полезно снять оплетку с коаксиального кабеля посередине бухты и убедиться в наличии влаги. По длине кабеля удалить эту влагу вряд ли возможно. Коаксиальный кабель будет безнадежно испорчен. Для обеспечения защиты от разгерметизации кабеля, который будет использоваться в условиях воздействия внешнего климата, крайне желательно в местах его соединения на разъемах использовать герметизирующие составы. Зачастую возникает ситуация, когда на центральной станции недостаточно четко определено место установки приемного оборудования и при монтаже антенно-фидерного тракта остается запас коаксиального кабеля, свернутого в бухту. При этом необходимо учитывать, что бухтование приводит к изменению волнового сопротивления кабеля за счет внесения паразитных емкостных и индуктивных составляющих и, как следствие - к рассогласованию антенно-фидерного тракта. При монтаже фидерных линий необходимо принимать во внимание, что коаксиальные кабели разделяются по степени жесткости (гибкие, полугибкие, полужесткие и жесткие). Показатель жесткости определяет, в частности, такой важный эксплуатационный параметр как минимально допустимый радиус однократного и многократного изгиба кабеля, который необходимо учитывать при монтаже соединителей, вводах в оконечные устройства, прокладке и эксплуатации кабеля на всех участках, во избежание ухудшения его электрических параметров, возникающих из-за перегибов и смятий, вплоть до приведения фидерной линии в полную негодность. Если допустимый радиус изгиба кабеля неизвестен, следует следить, чтобы при монтаже он не оказался меньше 5-10 внешних диаметров кабеля. В противном случае антенный конец кабеля следует оснащать не прямым, а уголковым разъемом. При различных способах монтажа разъемов на коаксиальные кабели все они должны обеспечивать надежное соединение обоих проводников кабеля с соответствующими частями разъема и исключать короткое замыкание между проводниками, в том числе при последующей эксплуатации фидера. Для правильной разделки коаксиальных кабелей и монтажа разъемов необходимо использовать специализированный инструмент. Применение для этих целей неспециализированного инструмента малоэффективно, а при выполнении некоторых операций – недопустимо. Например, произвести качественную опрессовку центрального «пина» и втулки «crimp plug» любого обжимного разъема при помощи обычных слесарных плоскогубцев или другого кустарного приспособления практически невозможно. Для этого применяются сравнительно недорогие специальные устройства: стрипперы (инструмент для удаления изоляции или разделки кабелей) и кримперы (инструмент для соединения проводов и разъемов с помощью опрессовки).   Молниезащита. Высоко расположенные антенны потенциально более подвержены опасности воздействия грозовых разрядов и поэтому, как правило, оборудуются молниезащитой. Если высотное сооружение оборудовано молниеотводом с правильно смонтированной и регулярно контролируемой системой защитного заземления, то в определенной степени защищенными от воздействия грозовых разрядов принято считать те объекты, которые располагаются в некоторой зоне ниже молниеотвода. Эта зона ограничивается поверхностью конуса с вершиной в верхней точке молниеотвода и с образующей этого конуса, наклоненной под углом 450 к земле. Для обеспечения молниезащиты необходимо, чтобы концы внешнего проводника (экрана) коаксиальной фидерной линии должны были соединены с антенной мачтой и с шиной заземления. Для развертывания радиосистемы на центральной станции в целях защиты персонала, настоятельно рекомендуется применение специальных устройств грозозащиты в комбинации с хорошей системой заземления.   Грозоразрядники с газонаполненным элементом   Заключение. В окончании статьи позволим себе напомнить о необходимости соблюдения требований техники безопасности при выполнении работ по монтажу и обслуживаний антенно-фидерных устройств. Надеемся, что данная статья будет полезной при развертывании радиосистем охранной сигнализации.

Источник: http://daily.sec.ru/2014/10/22/Osobennosti-razvertivaniya-antenno-fidernih-ustroystv-v-sistemah-ohrannoy-signalizatsii.html

Комментарии

Добавить комметарий к новости

Ваше имя:
E-mail:
Текст комментария:
Код с картинки: