Что такое антенно-фидерное устройство
Радиомодуль сам по себе не излучает: его мощность нужно довести до антенны, по дороге отфильтровать, сложить с сигналами других систем, а на приёме — наоборот, отделить слабый сигнал абонента от мощной передачи. Всё, что этим занимается, вместе с антенной и кабелем называют антенно-фидерным устройством, сокращённо АФУ, или антенно-фидерным трактом.
Фидер — это кабель или волновод от оборудования до антенны. Остальные звенья — пассивные СВЧ-компоненты: у них нет собственного питания и усиления, они только перераспределяют мощность. Исключение — мачтовый усилитель, который стоит у антенны и питается по тому же кабелю.
АФУ: расшифровка и что такое фидер
АФУ расшифровывается как антенно-фидерное устройство. В документации встречаются близкие названия — антенно-фидерный тракт (АФТ) и антенно-фидерная система (АФС). Речь об одном: антенна и всё, что передаёт сигнал между ней и радиомодулем.
Фидер — линия передачи, по которой радиосигнал идёт от передатчика к антенне и обратно, от антенны к приёмнику. В сотовой связи и УКВ-радиосвязи это чаще всего коаксиальный кабель. На высоких частотах применяют и волноводы, в любительских и старых системах — симметричную двухпроводную линию.
Фидер и кабель — не синонимы: фидер — это роль линии в тракте, а коаксиальный кабель — самый распространённый способ её выполнить.
Короткий гибкий отрезок кабеля между антенной и основным фидером называют джампером (от англ. jumper). Толстый основной фидер плохо гнётся, поэтому к разъёму антенны его подводят через джампер.
Звенья тракта и что каждое отнимает
Ниже — основные звенья с диапазоном потерь по паспортам изделий KADAMM и числом моделей в разделе каталога:
| Звено | Зачем | Потери или параметр | Раздел | Моделей |
|---|---|---|---|---|
| фильтр полосовой | пропустить свою полосу, подавить чужие | 0,35–4 дБ | Полосовые фильтры | 13 |
| дуплексер | развести приём и передачу на одну антенну | 0,5–2 дБ | Дуплексные фильтры | 7 |
| многополосный сумматор | свести разные диапазоны в один фидер | 0,2–1 дБ | Многополосные сумматоры | 41 |
| гибридный мост | сложить передатчики одной полосы | около 3,1 дБ на выход | Гибридные комбайнеры | 16 |
| точка объединения операторов | подать в одну систему несколько операторов | 5–10,5 дБ | Точки объединения операторов | 4 |
| делитель мощности | разделить сигнал поровну | 0,23–0,9 дБ сверх деления | Делители мощности | 9 |
| направленный ответвитель | отобрать часть мощности в отвод | 0,3–2,4 дБ в магистрали | Направленные ответвители | 17 |
| инжектор питания | подать постоянный ток и AISG по кабелю | 0,3 дБ | Инжекторы и мачтовые усилители | 5 |
| мачтовый усилитель | усилить приём у самой антенны | передача ≤0,5 дБ, приём +12 дБ | Инжекторы и мачтовые усилители | — |
| аттенюатор | ослабить сигнал на заданное число децибел | номиналы 3–40 дБ | Коаксиальные аттенюаторы | 4 |
| согласованная нагрузка | закрыть свободный порт или поглотить мощность | мощность 2–200 Вт | Согласованные нагрузки | 7 |
У делителя и ответвителя основное «ослабление» — это само деление мощности между выходами: на двух выходах делителя по 3 дБ, на отводе ответвителя — номинал связи. В таблице указаны именно дополнительные потери сверх деления. Гибридный мост 2×2 делит мощность пополам, поэтому его потери около 3 дБ на выход: так он складывает два передатчика одной полосы.
Как складываются потери
Потери звеньев в децибелах просто складываются. Возьмём передающий тракт площадки: полосовой фильтр, многополосный сумматор и инжектор питания с лучшими паспортными значениями — 0,35 + 0,2 + 0,3 = 0,85 дБ. До фидера дойдёт около 82 % мощности радиомодуля. Потери самого фидера зависят от типа кабеля, длины и частоты и добавляются к этой сумме.
Отсюда два практических правила. Первое: каждое звено должно быть оправдано — лишний сумматор или фильтр отнимает мощность всегда, а не только когда он нужен. Второе: радиомодуль стараются ставить ближе к антенне, чтобы фидер был короче.
Децибелы в проценты мощности
Чтобы оценить вклад каждого звена, полезно помнить, какую долю мощности оставляют типовые потери:
| Потери | Остаётся мощности |
|---|---|
| 0,3 дБ | 93 % |
| 0,5 дБ | 89 % |
| 1 дБ | 79 % |
| 2 дБ | 63 % |
| 3 дБ | 50 % |
| 6 дБ | 25 % |
| 10 дБ | 10 % |
Половина мощности — это 3 дБ. Поэтому звено с потерями 1 дБ на передаче отнимает около пятой части мощности передатчика, а на приёме настолько же ухудшает чувствительность.
Мощность: средняя и пиковая
Для каждого узла в паспорте две мощности. Средняя — длительная, её ограничивает нагрев. Пиковая — кратковременная, её ограничивает электрическая прочность разъёмов и зазоров. При нескольких несущих в одном тракте пики складываются, поэтому пиковую мощность проверяют отдельно.
Тип разъёма влияет на пиковую мощность: у делителей KADAMM встречаются значения 300 / 1500 Вт, 300 / 800 Вт, 500 / 2000 Вт, и, например, у КАДАММ ДМ-340/2700К исполнение с разъёмом 4.3-10 выдерживает больший пик, чем с N. У инжекторов питания мощность — ≤200 Вт (пик 2000); ≤500 Вт (пик 1500); ≤500 Вт (пик 2000).
Где звенья стоят физически
Часть тракта живёт в аппаратной, часть — на опоре под дождём и солнцем. Это видно по степени защиты оболочки: у полосовых фильтров KADAMM — IP40, IP65, IP67, у дуплексеров — IP65, IP67, для помещений, у инжекторов питания — IP67, у мачтового усилителя — IP67. Узел с защитой IP40 ставят только в помещении или шкафу; на опору — исполнения IP65 и IP67 с загерметизированными разъёмами.
Грозозащита и заземление
Кабель, идущий с вершины опоры, собирает наведённые токи при грозе. Поэтому звенья у антенны рассчитаны на импульсный ток: у инжекторов питания KADAMM — 3 кА (10/350 мкс), 8 кА (8/20 мкс), у мачтового усилителя — 3 кА (10/350 мкс). Это не отменяет заземления кабеля и опоры по проекту: встроенная защита рассчитана на остаток импульса, а не на прямой удар.
Приём и мачтовый усилитель
На передаче потери снижают мощность в эфире, на приёме — чувствительность. Каждый децибел потерь до входа приёмника поднимает его шум на ту же величину, и дальние абоненты перестают слышаться. Особенно это заметно на высоких опорах с длинным фидером.
Мачтовый усилитель ставят у антенны, до фидера: слабый сигнал усиливается раньше, чем кабель его ослабит. У КАДАММ МУ-900 усиление на приёме 12±1 дБ, коэффициент шума 1,8 дБ, потери на передаче ≤0,5 дБ. Питание — 10–30 В DC — приходит по тому же кабелю через инжектор.
Согласование и КСВН
Все звенья рассчитаны на волновое сопротивление 50 Ом. Если где-то оно нарушено — плохой разъём, повреждённый кабель, порт без нагрузки, — часть мощности отражается назад. Отражения от разных звеньев складываются, и КСВН всего тракта получается хуже, чем у любого отдельного узла.
Поэтому неиспользуемые выходы делителей, сумматоров и мостов закрывают согласованными нагрузками. У KADAMM нагрузки выпускаются на мощность 2–200 Вт: для закрытия порта на входе антенны хватает малой мощности, а для поглощающего плеча моста нужна нагрузка, рассчитанная на половину мощности передатчика.
По паспортам KADAMM КСВН отдельных узлов невелик: у делителей мощности — ≤1,25, ≤1,3, у инжекторов питания — ≤1,25. Но в тракте из пяти-шести звеньев с разъёмами и перемычками отражения накапливаются, поэтому итоговый КСВН проверяют измерением от входа до антенны, а не выводят из паспортов.
Интермодуляция: тракт не лучше худшего звена
Когда по тракту идут несколько мощных несущих, неидеальные контакты и материалы порождают паразитные продукты, попадающие в полосы приёма. Уровень интермодуляции тракта определяется самым слабым звеном, поэтому для систем на несколько операторов берут узлы с низким PIM везде. Паспортные значения KADAMM по группам:
| Группа | PIM3 по паспортам |
|---|---|
| гибридные мосты | −160 … −155 дБн |
| многополосные сумматоры | −160 … −150 дБн |
| полосовые фильтры | −160 … −150 дБн |
| дуплексеры | −153 … −105 дБн |
| инжекторы питания | −160 дБн |
| точки объединения операторов | −155 … −150 дБн |
| аттенюаторы | −160 … −105 дБн |
Нижние значения в таблице дают два случая. У дуплексеров это КАДАММ ДУ-1800 в исполнении для помещений: −105 дБн против −150…−153 дБн у остальных. У аттенюаторов — серии без нормы низкого PIM, поэтому в линейку входят и отдельные исполнения с низким PIM. В тракт с мощными несущими ставят только узлы с низким PIM: разница в полсотни децибел между звеньями сводит на нет качество всех остальных.
Разъёмы
В тракте встречаются три основных типа коаксиальных разъёмов: N, 4.3-10 и 7-16. N компактен и распространён, 7-16 держит большую мощность, 4.3-10 даёт хороший PIM при меньших размерах. Число серий пассивных узлов KADAMM, где есть исполнение с каждым разъёмом: 4.3-10 — 81, 7-16 — 45, N — 40. Лучше, когда весь тракт на одном типе разъёма: каждый переходник — лишнее соединение, потери и риск интермодуляции.
Три типовых тракта
Площадка сотовой связи
- радиомодули на опоре или в аппаратной;
- многополосные сумматоры, если диапазонов больше, чем портов у антенны;
- инжекторы питания для блоков RET и мачтовых усилителей;
- секторные антенны и нагрузки на свободные порты.
Ретранслятор УКВ
- дуплексер, если приём и передача идут через одну антенну;
- гибридный мост или комбайнер для нескольких передатчиков;
- коллинеарная или дипольная антенна на мачте.
Система внутри здания
- точка объединения операторов или сумматор на входе;
- делители и ответвители, распределяющие мощность по этажам;
- потолочные и настенные антенны, аттенюаторы для выравнивания уровней.
Как собрать тракт в проекте
- Составить список систем и полос: от этого зависят сумматоры и фильтры.
- Нарисовать схему от каждого радиомодуля до каждой антенны и посчитать потери по звеньям.
- Проверить мощность: у каждого узла допустимая средняя и пиковая мощность должна перекрывать сумму несущих.
- Выбрать узлы с нужным PIM для многооператорных трактов.
- Свести разъёмы к одному типу и закрыть все свободные порты нагрузками.
- После монтажа измерить КСВН и интермодуляцию всего тракта.
Типичные ошибки при сборке тракта
- Открытые порты делителей и мостов: отражения портят КСВН всей линии.
- Переходники между типами разъёмов на каждом шаге.
- Узел для помещения на опоре без защиты от влаги.
- Проверка только средней мощности при нескольких несущих.
- Обычный аттенюатор в тракте с мощными несущими вместо исполнения с низким PIM.
- Лишние звенья «на будущее», которые отнимают мощность уже сейчас.
Что измеряют на готовом тракте
После монтажа тракт проверяют целиком, а не по узлам: КСВН или возвратные потери от входа до антенны, интермодуляцию при двух несущих и вносимые потери до каждой антенны. Результаты сравнивают с расчётом: большое расхождение почти всегда указывает на разъём, перемычку или незакрытый порт.
Вопросы об АФУ и фидере
Как расшифровывается АФУ?
Антенно-фидерное устройство: антенна, фидер и пассивные узлы тракта между радиомодулем и эфиром.
Что такое фидер в радиосвязи?
Линия передачи между передатчиком или приёмником и антенной. Обычно это коаксиальный кабель, на высоких частотах — волновод.
Чем фидер отличается от кабеля?
Фидер — назначение линии: передавать сигнал к антенне. Кабель — конструкция, которой это назначение чаще всего выполняют.
Как называется отрезок кабеля от антенны к основному фидеру?
Джампер. Это короткий гибкий кабель, который соединяет разъём антенны с толстым и жёстким основным фидером.
Каталог АФУ KADAMM
В каталоге антенно-фидерных устройств KADAMM 278 позиций в антенных разделах и пассивные компоненты для всего тракта — от фильтров до нагрузок. Сертификаты и декларации — по запросу.