МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРА1 щи Главное управление вневедомственной охраны
УТВЕРЖДЕНО Заместителем начальника ГУВО МВД России генерал-майором полиции А В Грищенко 25 декабря 2014 г.
Методические рекомендации для инженерно-технических сотрудников и работников подразделений вневедомственной охраны по настройке антенно-фидерных устройств радиосистем
Р 78.36.041-2014
2014
Методические рекомендации разработаны сотрудниками Федерального казённого учреждения «Научно-исследовательский центр «Охрана» Министерства внутренних дел Российской Федерации А.Р. Фамильновым, И М. Нурмухаметовым, Ю.И. Дроновым, под руководством А.Г. Зайцева и утверждены Главным управлением вневедомственной охраны Министерства внутренних дел Российской Федерации.
Методические рекомендации для инженерно-технических сотрудников и работников подразделений вневедомственной охраны по настройке антенно-фидерных устройств радиосистем. - М.: НИЦ «Охрана», 2014. - 122 с.
В методических рекомендациях рассмотрены теоретические основы распространения радиоволн, основные характеристики, рекомендации по установке и методики для измерения параметров антенно-фидерных трактов.
Методические рекомендации предназначены для инженерно-технических специалистов вневедомственной охраны, занимающихся вопросами организации централизованной охраны объектов, квартир и мест хранения имущества граждан.
ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России выражает признательность всем участвовавшим в данной работе специалистам подразделений вневедомственной охраны за предоставленный материал, участие в обсуждении документа, а также за высказанные замечания и предложения.
ВВЕДЕНЫ
С 1 января 2015 г.
© ФКУ НИЦ «Охрана» МВД России, 2015
Содержание
1. Введение................................................................................5
1.1 Назначение и роль антенно-фидерных устройств........5
1.2 Электромагнитные волны и радиоволны......................7
2. Распространение радиоволн................................................9
2.1 Особенности распространения УКВ..............................9
2.2 Некоторые рекомендации.............................................12
3. Основные характеристики антенн..................................... 17
3.1 Поляризационные свойства..........................................17
3.2 Свойства направленности антенн................................ 18
3.3 Диаграммы направленности антенн............................ 18
3.4 Электрические параметры антенн...............................21
3.4.1 Параметры направленности...................................21
3.4.2 Входное сопротивление антенны..........................22
3.4.3 Коэффициент стоячей волны антенны..................23
3.4.4 Коэффициент усиления антенны...........................25
3.4.5 Коэффициент направленного действия.................25
3.5 Наиболее распространенные типы антенн,
применяемые в радиоканальных системах передачи извещений.............................................................................26
3.5.1 Антенны базовые коллинеарные с
последовательным питанием ANLI A-1000MV1, A-300MV, A-300MU, A-200MU......................................26
3.5.2 Антенны объектовые ненаправленные
GP 3-Е, СХ 164 U, СХ-455............................................... 28
3.5.3 Антенны объектовые направленные Y3VHF,
Y5VHF, Y4UHF(L,H), Y6UHF(L,H), ANT459Y, ANT460LY, SF7/453-468, SF10/440-470.........................30
4. Фидерная линия..................................................................34
4.1 Характеристики коаксиальных кабелей......................37
5. Приборы для измерения параметров антенно-фидерных
трактов и настройки антенн..............................................42
6. Грозозащита антенно-фидерных трактов.........................44
3
7. Коаксиальные соединители, их основные параметры и
способы соединения...........................................................49
7.1 Характеристики соединителей наиболее
распространенных серий.............................................50
7.2 Инструмент для разделки кабелей и монтажа
соединителей.................................................................54
8. Примерный порядок действий при монтаже
и настройке антенно-фидерных устройств......................59
8.1 Выбор места для установки антенны...........................59
8.2 Выбор типа антенны......................................................60
8.3 Выбор и монтаж элементов антенно-фидерной
системы...........................................................................61
8.4 Настройка элементов антенно-фидерной системы .... 62
9. Требования безопасности при установке
антенно-фидерных устройств............................................63
Приложение 1..........................................................................64
Приложение 2..........................................................................66
Приложение 3..........................................................................74
Приложение 4..........................................................................81
Приложение 5..........................................................................95
Приложение 6........................................................................103
Приложение 7........................................................................ 104
Приложение 8........................................................................111
Приложение 9........................................................................113
4
1. Введение
1.1 Назначение и роль ангенно-фидерных устройств
Связь между передатчиками и приемниками информации в любой радиосистеме осуществляется через специальные устройства-антенны посредством передачи и приема радиоволн (РВ), распространяющихся в окружающей среде.
Передающая антенна преобразует высокочастотный ток передатчика в электромагнитное поле, которое излучается антенной и распространяется от нее в виде радиоволн со скоростью, близкой к скорости света (около 300 тыс. км/с), а приемная антенна, которой достигают эти радиоволны, осуществляет обратное преобразование энергии электромагнитного поля в высокочастотный электрический ток приемника.
Большинство передающих и приемных антенн, вт.ч. все приемопередающие, являются обратимыми устройствами, в том смысле, что если антенна хорошо излучает, то она же может и хорошо принимать радиоволны, причем направления наилучшего приема и передачи у нее совпадают.
Обратимость антенн определяется одним из важных принципов, существующих в антенной технике - принципом взаимности
Антенна одинаково эффективна при передаче и при приеме, ее свойства и параметры в обоих случаях остаются одними и теми же. Например, применительно к диаграмме направленности антенны можно утверждать, что она у антенны одна и та же, независимо от режима использования данной антенны. То есть и излучаемая антенной мощность, и принимаемая ею же из окружающего пространства одинаково зависят от углов ориентации этой антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Понятие о принципе взаимности и свойство обратимости антенны полезны и удобны при рассмотрении и изучении ее электрических характеристик и параметров, но, говоря об обратимости, следует иметь в виду, что некоторые конструктивные и электрические требования к приемным и передающим антеннам могут быть различными.
Подключение антенн к приемнику и передатчику или к приемо-передатчику может быть либо непосредственным (как, например, в портативной радиостанции), либо через специальные проводные линии связи - радиочастотные фидерные линии. В последнем случае антенну вместе с фидерной линией часто рассматривают как единое антенно-фидерное устройство (АФУ).
Кроме рассматриваемых в данных рекомендациях антенн, радиочастотных фидеров и соединителей, в состав антенно-фидерного оборудования радиосистем могут входить такие элементы, как полосовые, режекторные или полосно-режекторные фильтры, комбайнеры, изоляторы и циркуляторы, преселекторы, распредпанели, антенные усилители и др. устройства.
Роль антенных (антенно-фидерных) устройств в любой системе радиосвязи очень велика и очевидна. Без них радиосвязь невозможна, а от их правильного выбора, настройки и установки во многом зависят работоспособность системы и качество передачи информации.
При последующем рассмотрении АФУ (прежде всего с целью их правильного, осознанного выбора при заказах оборудования) понадобятся отдельные минимально необходимые сведения и понятия из общей теории электромагнитного поля и распространения радиоволн, а также некоторых других разделов радиотехники и электротехники.
6
1.2 Электромагнитные волны и радиоволны
Электромагнитная волна (ЭМВ) представляет собой распространяющееся в пространстве переменное электромагнитное поле. К ЭМВ относятся: радиоволны, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-лучи и видимый свет. Все эти ЭМВ отличаются друг от друга частотой колебаний (длиной волны) и способом их получения. Среди указанного множества ЭМВ различной природы для радиосвязи в основном используются радиоволны - ЭМВ с длинами волн от долей мм до приблизительно 100 км.
Электромагнитное поле радиоволны в каждой точке пространства в каждый момент времени характеризуется величинами и направлениями двух векторов - двух составляющих ЭМП - вектора напряженности электрического поля (Е) и векто/к/ напряженности магнитного поля (Н), которые всегда взаимно перпендикулярны (ортогональны) и расположены в одной плоскости. Эта плоскость, в свою очередь, перпендикулярна направлению распространения РВ.
РВ могут иметь различные плоскости поляризации и различные формы поверхности фронта волны.
Плоскостью поляризации РВ называется плоскость, проходящая через направление распространения РВ и вектор Е. Основными видами поляризации РВ являются линейная, круговая и эллиптическая. При линейной поляризации РВ оба вектора синхронно изменяются по синусоидальному закону. В зависимости от того, в какой плоскости пространства (вертикальной или горизонтальной) лежит плоскость поляризации РВ, говорят о том, что данная линейно-поляризованная волна имеет вертикальную или горизонтальную поляризацию.
Фронтом волны называется поверхность, которая проходит через точки пространства, где фаза напряженности электрического (или магнитного) поля одна и та же. В зависимости от формы этой поверхности различают
7
плоские, сферические, цилиндрические и другие РВ. Передающую антенну можно считать точечным источником излучения, излучающим сферические волны, но на большом расстоянии от нее (в точке установки принимающей антенны) сравнительно небольшой участок поверхности сферы очень близок к плоскости, и поэтому принимаемую РВ следует считать плоской.
Спектр РВ в зависимости от длин волн (и соответствующих им частот колебаний) разделен на несколько диапазонов. В системах охранной сигнализации, как правило, используются диапазоны:
-метровые волны (МВ) - от Юм до 1 м, или очень высокие частоты (ОВЧ, VHF) - от 30 до 300 МГц;
-дециметровые волны (ДМВ) - от 1м до 1дм, или ультравысокие частоты (yB4,UHF) - от 300 МГц до 3 ГГц.
Примечание: Выраженная в метрах длина волны в свободном пространстве и частота, выраженная в мегагерцах, связаны простой зависимостью: Цм] = 300//" [МГц]. В этой формуле число 300 представляет собой приближенное значение скорости света в пустоте (с=300тысяч километров в секунду).
Необходимость разбиения радиоволн и их частотного спектра на диапазоны и поддиапазоны связана с двумя главными причинами: с характерными для каждого из них, специфическими методами построения всех основных элементов радиоканалов (передатчиков, приемников и антенно-фидерных устройств) и, во-вторых, с существенными различиями в способах и механизмах распространения РВ разных диапазонов и поддиапазонов в пространстве, хотя резкой границы между ними нет.
Связь в вышеуказанных диапазонах осуществляется пространственными волнами, распространяющимися на сравнительно небольшие расстояния в приземном слое атмосферы - в тропосфере.
2. Распространение радиоволн
2.1 Особенности распространения УКВ
Для всех УКВ радиоволн, в том числе для МВ (OB4.VHF) и ДМВ (УВЧ, UHF), в полосах частот которых работают радиосистемы РСПИ и оперативной подвижной связи, ионосферу следует считать прозрачной. Хотя в отдельных случаях, при образовании неоднородностей, областей повышенной ионизации в тропосфере (например, при авариях на АЭС и т.п.) возможны кратковременные и даже длительные отражения, приводящие к сверхдальнему распространению УКВ. Основную роль в процессе распространения УКВ играют пространственные волны.
Дальность распространения пространственных РВ определяется двумя важными физическими явлениями -дифракцией и рефракцией.
Дифракция - это явление огибания радиоволной препятствия (с размерами, меньшими, чем длина волны X) и проникновения волны в область геометрической тени за этим препятствием, в частности - за линией горизонта.
Рефракция - явление постепенного искривления траектории распространения пространственной волны за счет ее преломления в тропосфере (вследствие постепенного изменения плотности слоев тропосферы и, следовательно, коэффициента преломления с высотой).
Дифракция свойственна РВ любой длины, но наиболее она выражена на ДВ и СВ, которые способны распространяться за линию горизонта (за пределы прямой видимости) на сотни километров. Способность КВ к огибанию земной поверхности за счет дифракции гораздо меньше, и еще меньше она для МВ и ДМВ, но все-таки она приводит к некоторому увеличению дальности передачи.
Более существенным фактором, определяющим способность МВ и ДМВ распространяться за пределы геометрической видимости, является рефракция радиоволн в тропосфере.
Как известно, линия видимого (геометрического) горизонта для точки наблюдения, расположенной на высоте h над идеализированной гладкой сферической поверхностью Земли, представляет собой окружность на этой поверхности с радиусом г[км]=3,57л/,'1л' I .
Следовательно, предельно возможное удаление, при котором еще сохраняется прямая оптическая видимость между двумя точками (в нашем случае - между фазовыми центрами антенн) с высотами hi и h2 называемое расстоянием геометрической видимости, равно: R[km]= 3,57 (л/М» I + Vй; I » I )■
Примечание: Коэффициент 3.57 представляет собой корень квадратный из удвоенного среднего радиуса Земли (R0 =6370 км), выраженного в тысячах км:
3,57 « ф2Н0 = л/2 х 6.37 = Vl2 .74
10