Зачем мачтовый усилитель у антенны
Мачтовый усилитель — малошумящий усилитель приёмного тракта, который ставят на мачте рядом с антенной. Он усиливает слабый сигнал абонентских телефонов до того, как тот пройдёт по длинному кабелю к базовой станции. Сигнал передачи станции проходит через усилитель в обратную сторону без усиления — через встроенные фильтры.
Главная задача — вернуть чувствительность, которую съедает фидер. У макростанции с аппаратной внизу кабель до антенны может быть длиной в десятки метров, и его потери на приёме прямо ухудшают способность станции слышать дальних абонентов. Ограничение дальности по линии «абонент — станция» и снимает мачтовый усилитель.
Шум и потери фидера
Любой пассивный элемент с потерями L дБ, стоящий перед приёмником, добавляет к его коэффициенту шума те же L дБ. Если приёмник станции шумит на 3 дБ, а фидер теряет 3 дБ, система в целом шумит на 6 дБ — на 3 дБ хуже, чем могла бы. Каждый такой децибел — это децибел чувствительности.
Если перед фидером поставить усилитель, работает формула Фрииса для каскада: F = F1 + (F2 − 1) / G1, где F1 и G1 — шум-фактор и усиление первого каскада в разах, F2 — шум-фактор всего, что стоит после него. Усиление первого каскада делит вклад фидера и приёмника, поэтому итоговый шум определяет в основном сам усилитель.
Расчёт на данных МУ-900
У КАДАММ МУ-900 в приёмном тракте усиление 12±1 дБ и коэффициент шума 1,8 дБ. Коэффициент шума приёмника станции для расчёта взят условно — 3 дБ; реальное значение берут из документации станции. Дальность оценена при показателе затухания 3,5 — условное значение для городской застройки:
| Потери фидера | Шум без усилителя | Шум с МУ-900 | Выигрыш | Оценка дальности | В обходном режиме |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 дБ | 4 дБ | 2,1 дБ | 1,9 дБ | +14 % | 6 дБ |
| 2 дБ | 5 дБ | 2,2 дБ | 2,8 дБ | +20 % | 7 дБ |
| 3 дБ | 6 дБ | 2,3 дБ | 3,7 дБ | +27 % | 8 дБ |
| 4 дБ | 7 дБ | 2,5 дБ | 4,5 дБ | +35 % | 9 дБ |
| 5 дБ | 8 дБ | 2,7 дБ | 5,3 дБ | +42 % | 10 дБ |
Выводы из таблицы. При потерях фидера около 1 дБ выигрыш меньше 2 дБ, и его часто проще получить без активного устройства на мачте — например, кабелем с меньшими потерями. При 3–5 дБ выигрыш составляет 3,7–5,3 дБ: это ощутимая прибавка к зоне обслуживания на приёме. Последний столбец — что будет, если усилитель останется без питания: к потерям фидера добавятся потери обходного режима.
Во что выигрыш превращается на местности
Выигрыш в чувствительности пересчитывают в дальность через показатель затухания n: r2 / r1 = 10^(ΔдБ / (10·n)). В свободном пространстве n = 2, в городской застройке обычно больше. Прирост дальности растёт медленнее, чем выигрыш в децибелах, а площадь зоны — примерно как квадрат дальности.
Важно понимать ограничение: мачтовый усилитель улучшает только приём. Если зона ограничена мощностью передатчика станции — абонент слышит станцию хуже, чем станция абонента, — усилитель не поможет. Поэтому решение принимают по расчёту обеих линий в проекте.
Пошаговый расчёт при потерях фидера 3 дБ
- Переводим децибелы в разы: коэффициент шума усилителя 1,8 дБ — это 1,514; его усиление 12 дБ — это 15,8.
- Всё, что после усилителя, — фидер 3 дБ и приёмник 3 дБ — вместе дают 6 дБ, то есть 3,98 в разах.
- Вклад этой части делим на усиление: (3,98 − 1) / 15,8 = 0,188.
- Складываем с шумом усилителя: 1,514 + 0,188 = 1,702, или 2,31 дБ.
- Без усилителя было 6 дБ, стало 2,31 дБ: выигрыш 3,69 дБ.
Тот же расчёт показывает, почему усилитель ставят именно у антенны: если между антенной и усилителем окажется кабель с потерями 1 дБ, эти потери добавятся к шуму напрямую, до всякого усиления.
Уровень шума приёмника в дБм
Выигрыш удобно увидеть в абсолютных цифрах. Тепловой шум на входе приёмника при комнатной температуре — около −174 дБм на герц полосы. Для канала шириной 200 кГц это −174 + 10·lg(200 000) = −121 дБм. Коэффициент шума тракта поднимает этот уровень на свою величину:
| Тракт | Коэффициент шума | Уровень шума в канале 200 кГц |
|---|---|---|
| без усилителя, фидер 3 дБ | 6 дБ | −115 дБм |
| с МУ-900, фидер 3 дБ | 2,3 дБ | −118,7 дБм |
| МУ-900 в обходном режиме | 8 дБ | −113 дБм |
Между первой и второй строкой — те же 3,7 дБ выигрыша, что и в таблице расчёта, а обходной режим опускает чувствительность ещё на 2 дБ ниже уровня тракта без усилителя.
Минимальный уровень сигнала, который приёмник различает, отстоит от уровня шума на требуемое отношение сигнал/шум для конкретной технологии. Поэтому все децибелы, на которые снизился шум, напрямую переходят в чувствительность.
Допуск усиления
Усиление МУ-900 указано как 12±1 дБ. Как допуск влияет на шум тракта при потерях фидера 3 дБ:
| Усиление усилителя | Шум тракта |
|---|---|
| 11 дБ | 2,43 дБ |
| 12 дБ | 2,31 дБ |
| 13 дБ | 2,21 дБ |
Разброс — около двух десятых децибела: при усилении порядка 12 дБ шум тракта почти целиком задаёт сам усилитель, а допуск усиления на чувствительность практически не влияет. Важнее другое — слишком большое суммарное усиление перегружает вход станции, поэтому параметры приёмника станции с усилителем согласуют в её настройках.
Тракт передачи: чем приходится платить
Сигнал передачи проходит через фильтры усилителя с потерями не более 0,5 дБ. Если станция отдаёт в фидер 20 Вт, а фидер теряет 3 дБ, без усилителя до антенны дойдёт 10,02 Вт, с усилителем — 8,93 Вт. Разница около 1,1 Вт, это заметно, но обычно окупается выигрышем на приёме.
Допустимая мощность передачи МУ-900 — до 200 Вт средней и до 1000 Вт пиковой. При максимальной средней мощности в усилителе рассеивается до 21,7 Вт, поэтому допустимую мощность нельзя превышать — особенно внимательно, если в фидер сведено несколько несущих и их мощности складываются.
Частоты передачи и приёма у МУ-900 разнесены на 45 МГц: передача 940–950 МГц, приём 895–905 МГц. Фильтры внутри разделяют их, как дуплексер, поэтому усилитель работает только в своём диапазоне. Уровень интермодуляции — ≤−160 дБн, возвратные потери — не хуже 18 дБ (КСВН около 1,29), групповая задержка — не более 45 нс.
Обходной режим
Если питание пропало или усилитель неисправен, он переключается в обходной режим: сигнал идёт мимо усилительного каскада, связь не прерывается, но потери на приёме у МУ-900 составляют до 2 дБ. В этот момент шум тракта становится хуже, чем вовсе без усилителя, и зона на приёме сжимается.
Отсюда практическое правило: состояние усилителя нужно видеть в системе управления. МУ-900 поддерживает контроль по току потребления и управление по AISG 1.1 и 2.0 — это позволяет станции заметить, что с усилителем что-то не так, и не узнавать об этом по жалобам абонентов.
КАДАММ МУ-900 в цифрах
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Тракт передачи | 940–950 МГц; потери ≤0,5 дБ; мощность ≤200 Вт (пик 1000) |
| Тракт приёма | 895–905 МГц; усиление 12±1 дБ; коэффициент шума 1,8 дБ |
| Потери в обходном режиме | ≤2 дБ |
| Возвратные потери | ≥18 дБ |
| Групповая задержка | ≤45 нс |
| Интермодуляция PIM3 | ≤−160 дБн |
| Питание | 10–30 В постоянного тока; 280 мА при 10 В, 110 мА при 30 В |
| Разъёмы | 7-16 розетка, удлинённая шейка |
| Габариты и масса | 273 × 265 × 85,8 мм, 7,8 кг |
| Грозозащита | 3 кА (10/350 мкс) |
| Защита и температура | IP67, −40…+60 °C |
| Монтаж | труба Ø35–125 мм (хомуты в комплекте) / стена |
Исполнение — сдвоенный блок; схему подключения к портам конкретной антенны уточняйте у менеджера при подборе. Карточка с полными характеристиками — КАДАММ МУ-900.
Питание и управление
Усилитель питается напряжением 10–30 В постоянного тока, которое подают по фидеру через инжекторы питания или от порта станции. Потребление МУ-900 — 280 мА при 10 В (около 2,8 Вт) и 110 мА при 30 В (около 3,3 Вт). Инжекторы питания KADAMM рассчитаны на ток до 2,5 А, так что по току запас большой; падение напряжения в фидере и порядок включения разобраны в статье об инжекторе питания.
Пара инжекторов тоже стоит в тракте. У инжекторов KADAMM потери не более 0,3 дБ на каждый, то есть до 0,6 дБ на пару. Инжектор у станции стоит после фидера и добавляет свои потери к «хвосту» каскада — после усилителя это почти не влияет на шум. Инжектор у антенны, если он включён между антенной и усилителем, добавляет потери напрямую; если после усилителя — эффект такой же малый, как у инжектора внизу.
Если на той же мачте есть блоки дистанционного наклона антенн, управление ими идёт по той же шине AISG: МУ-900 поддерживает управление RET по спецификациям 3GPP.
Монтаж
- Ставить как можно ближе к антенне: кабель между антенной и усилителем тоже добавляет шум.
- Крепление — на трубу диаметром 35–125 мм хомутами из комплекта или на стену; масса 7,8 кг.
- Разъёмы 7-16 с удлинённой шейкой — после затяжки загерметизировать.
- Корпус IP67, рабочая температура −40…+60 °C — для установки на открытом воздухе.
- Заземлить корпус и учесть грозозащиту 3 кА (10/350 мкс) в общей схеме защиты площадки.
Когда усилитель нужен, а когда нет
- Нужен: длинный фидер с потерями от 2–3 дБ на частоте приёма, зона ограничена приёмом от абонентов, загородные площадки с большой дальностью.
- Скорее не нужен: радиомодуль стоит на мачте рядом с антенной и фидер короткий, потери около 1 дБ.
- Не поможет: зона ограничена мощностью передачи станции или помехами, а не чувствительностью.
- Нужна осторожность: станция с высоким уровнем внешних помех — усилитель поднимет и их, приёмник рискует перегрузкой.
Типичные ошибки
- Усилитель установлен у станции, а не у антенны — выигрыша почти нет.
- Не согласованы настройки приёмника станции: слишком большое суммарное усиление.
- Нет контроля состояния — усилитель месяцами работает в обходном режиме.
- Не учтено питание: инжектор у антенны отсутствует или стоит не с той стороны.
- Суммарная мощность несущих в фидере выше допустимой для тракта передачи.