Системы сложения мощности передатчиков

При построении многоканальных систем УКВ радиосвязи, как правило, нет возможности установить антенны для каждого передатчика отдельно. Во-первых - просто для этого не хватит места, во-вторых - система связи будет очень дорогой. Кроме этого такая система при передаче рождает огромное количество интермодуляционных помех. На помощь приходят комбайнерные системы (или по-другому - системы сложения мощности), предназначенные для сложения мощности нескольких передатчиков на одну антенну.

Существуют два типа комбайнерных систем - гибридные и резонаторные. Независимо от типа они вносят определенные потери в передающий сигнал. Однако это может быть скомпенсировано повышением мощности передатчиков и применением антенны с большим усилением.

Гибридные комбайнерные системы

Наиболее простыми являются гибридные комбайнерные системы (с использованием обычных сумматоров). Их преимущество заключается в том, что они позволяют использовать любой частотный разнос между каналами. Однако, при использовании гибридных систем, приходиться терять как минимум 50% мощности на каждом двухканальном мосте сложения. Получается, что если мы складываем два канала, к антенне мы можем подвести только 50% мощности от каждого канала, если складываем 4 канала, то к антенне мы можем подвести только 25% мощности от каждого канала, если складываем 8 каналов, то к антенне мы можем подвести только 12.5% мощности от каждого канала.

И это лишь с учетом потерь на сумматорах. Добавив к этому потери на ферритовых изоляторах, фильтрах и ВЧ соединениях ситуация усугубиться. Практически, используя 8-канальный гибридный комбайнер и передатчики мощностью по 100 Вт, на антенном выходе будет не более 6-7 Вт от каждого канала. Добавим затухание в фидере между комбайнерной системой и антенной и получим мощность около 4 Вт. Именно поэтому, при использовании гибридных комбайнеров максимальное число каналов не превышает 8-ми.

Резонаторные комбайнерные системы

Резонаторные комбайнерные системы (по-другому их также называют фильтровыми или cavity комбайнерами) имеют меньшее затухание сигнала. При этом, чем больше расстояние по частоте будет между соседними каналами, тем меньше будет вносимое комбайнерной системой затухание. Однако резонаторные комбайнеры не могут быть использованы при частотном разносе между каналами менее 50-300 кГц (в зависимости от диапазона и конструктивного исполнения).

С помощью резонаторных комбайнерных систем можно строить системы связи с числом каналов от 3-х и более (вплоть до 15-20). Но и для них есть пределы по максимальному числу каналов. В реальной жизни, при падении мощности, подводимой к антенне до уровня 4-6 Вт от каждого канала, принимается решение о необходимости установки второй комбайнерной системы и соответственно второго фидера и второй антенной системы. Это связано с необходимостью поддержки баланса между мощностью портативных радиостанций (4-5 Вт) и излучаемой мощности передатчиков центрального оборудования. Если в вашей системе связи работают абоненты, использующие автомобильные радиостанции, то желательно чтобы уровень мощности на выходе комбайнерной системы от каждого канала был не ниже 15-20 Вт.

Традиционно, практически все они строятся по принципу "звезда", однако это налагает некоторые неудобства при их расширении.

Совершенно другой запатентованный способ соединения резонаторов (T-Pass®) использует компания TX RX Systems, который максимально облегчает расширение комбайнерной системы. При добавлении очередного канала, какая либо модификация существующей части комбайнерной системы совершенно не требуется.

Принцип работы такого комбайнера, несмотря на кажущуюся сложность, очень простой. На схеме обозначены назначения выводов нижнего резонатора. (1) - входной разъем стандартной заземленной полосовой петли, (2) и (3) - вход и выход проходной петли, (S) - короткозамыкатель. Для остальных резонаторов, которые могут добавляться постепенно по мере необходимости, необходимо обеспечить лишь одно условие - чтобы вход (2) по ВЧ сигналу оказался короткозамкнутым. Этого можно достичь, если сумма длин всех отрезков коаксиальных соединителей, идущих вплоть до короткозамыкателя, с учетом длин проходных петель, будет равна целому числу длин полуволн относительно частоты добавленного канала.

Составные части систем сложения мощности

В состав всех современных систем сложения мощности входят ферритовые изоляторы, приемный усилитель-распределитель и полосовые фильтры на прием и передачу.

Неотъемлемой составной частью каждой комбайнерной системы являются ферритовые изоляторы (или по-другому вентили). Их использование сводит к минимуму интермодуляционные помехи, которые возникают в эфире при одновременной работе нескольких передатчиков. Они ставятся в разрыв между передатчиком и системой сложения мощности и пропускают сигнал от передатчика к системе сложения мощности, блокируя сигналы от других передатчиков в обратную сторону.

Приемный усилитель-распределитель обеспечивает разделение сигнала, принятого антенной, по всем приемникам, входящих в состав радиосистемы. Так как структура приемного распределителя очень похожа на гибридный комбайнер, только работает в обратную сторону, то и вносимое им затухание возрастает с ростом числа каналов (в идеале 2 канала - 3 дБ, 4 канала - 6 дБ, 8 каналов 9 дБ, и т.д.). Для компенсации внесенного приемным распределителем затухания перед ним включают малошумящий усилитель (МШУ), коэффициент усиления которого должен скомпенсировать затухание, вносимое приемным распределителем. МШУ представляет собой высоколинейный однокаскадный малошумящий усилитель с Кус от 10 до 20 дБ в зависимости от модели. Во избежание перегрузки входных цепей приемников для ограничения усиления МШУ используются аттенюаторы различных номиналов.

В большинстве случаев для упрощения монтажа и уменьшения стоимости радиосистемы используется одна антенная система для приема и передачи. Для этого в состав комбайнерной системы включается полосовой антенно-разделительный фильтр. Такое решение при небольшом количестве каналов (до 6-ти) не ухудшает характеристик радиосистемы. При большем количестве каналов или при недостаточном разносе частот приема и передачи желательно использовать раздельные приемную и передающую антенны, для чего в состав комбайнерной системы включаются два раздельных полосовых фильтра на прием и передачу.

В зависимости от числа каналов, разноса частот между ними и других факторов в проектируемых многоканальных радиосистемах мы используем комбайнерные системы различного типа и различных производителей. Как правило, это резонаторные системы T-Pass® компании TX RX Systems, а иногда это резонаторные и гибридные системы компаний EMR и Telewave.

Вернуться к разделу "Комплектующие для систем радиосвязи"