Доставка оборудования по Москве и Московской области по согласованию с заказчиком

 

Полезная информация:

 

 

 

Основные принципы установки приемной и передающей антенн системы «ВИДЕО-2400».     

Данная информация предназначена не для специалистов-радиоинженеров, а для начинающих монтажников систем беспроводной связи.  Все системы беспроводной радиосвязи работают по одним физическим законам – передачи цифровой или аналоговой информации по радиоканалу связи.  Это системы и сотовой связи, системы беспроводного Интернета, связи между сотовыми телефонами и т.д.  Принцип передачи один и тот же – одна антенна передает, а другая антенна в этот момент времени принимает.  Разные системы могут различаться только по выбранной рабочей радиочастоте, скорости передачи сигналов,  ширине частотной полосы.  Могут в некоторой степени отличаться и приемники в той или иной системе. Отличие может заключаться в минимальном уровне входного сигнала (как правило выражается данный параметр в значениях «дБм»).  Данный уровень минимального входного сигнала приемника называется чувствительностью.  Для узкополосной радиосвязи, в которой ширина частотного канала не превышает 25 кГц считается хорошим приемник с чувствительностью порядка -110…-120 дБм.  Среднее значение чувствительности таким приемников составляет – 105…-110 дБм.  Что такое параметр «чувствительность приемника».  Можно сказать так – это такое значение входного сигнала на входе приемника, при котором уровень полезного сигнала больше чем шумы на столько дБ, при котором данный приемник еще может демодулировать входной сигнал.  При уменьшении входного сигнала соотношение Сигнал /шум на входе приемника становиться таким, что приемник уже не может демодулировать входной сигнал.  Разумеется, что это не совсем точное определение параметра «чувствительности приемника», но для наших рассуждений и пониманий процессов вполне подходит.   Для широкополосных систем связи с шириной частотного канала 30…50 МГц нормальной считается чувствительность приемника на уровне           – 70…. -90 дБм. Для еще более широкополосных систем с полосой канала  свыше 100 мГц – нормальной может считаться чувствительность приемника на уровне – 50 дБм. или даже – 30 дБм.  Параметр «Чувствительность приемника» играет одну из  основных ролей  в расчете длинны радиотракта.  И даже расчетная дистанция радиотракта может быть гораздо меньшей, если  на приемную антенну воздействуют радиочастотные шумы от тех или иных источников их возникновения,  повышенные атмосферные шумы в данном частотном диапазоне, а так же и влияние на входную антенну и вторичных сигналов от передающей антенны, отраженных от тех или иных отражающих поверхностей – стены домов и сооружений,  от поверхности земли, от скальных пород.   В таких случаях при чувствительности приемника – 100 дБм данный приемник с установленной антенной сможет принимать сигнал при входной мощности сигнала на его антенне не – 100 дБм, а – 55 дБм. И это связано с тем, что уровень полезного сигнала должен быть больше на () дБ, чем уровень шумового сигнала на входе приемника.  А данное соотношение задается в параметрах того или иного приемника. Обычно это параметр (превышения уровня полезного сигнала уровня шумов)  составляет + 12… + 16 дБ.  И это справедливо для большинства приемной аппаратуры той или иной системы беспроводной связи.  И если уровень естественных шумов на входе приемной антенны , вызванных влиянием атмосферы, космоса и прочих составляющих являются некой незначительной помехой для приема сигналов приемником при малых расстояний радиотракта, то наличие на входной антенне сигналов вторичных (отраженных) сигналов от передатчика могут создавать достаточно серьезные помехи и в некоторых случаях  прием вообще осуществляться не будет.  Вот этой проблеме и  посвящен данный материал – правильности установки передающей и приемной антенн в системах радиосвязи.  

        На рис. 1 представлена идеальная  направленная антенна.  Лепесток передачи устремлен вперед и ее ширина определяется КНД антенны. Но это только в идеальной антенне.  Такую антенну можно рассматривать и в космосе или при подвеске антенны на очень и очень большой высоте.  В этом случае так называемые боковые лепестки диаграммы направленности антенны не принимаются в расчет, т.к. отражаться сигналу не от чего.  Любая реальная направленная антенна имеет боковые лепестки направленности и зачастую и некий лепесток излучения назад. 

        На рис.2 нарисована некая реальная направленная антенна с боковыми и задним лепестками.  В зависимости от типа антенны, завода изготовителя – боковые и задний лепестки имеют разные значения как по угловым величина, так и по паразитной мощности излучения в это направление.  При установки такой антенны в том или ином оптимальном месте установки антенны и достаточно  дальнем удалением от передающей антенны приемной антенны,  данные боковые лепестки не играют особой роли, кроме того, что часть сигнала передатчика излучается не в нужном для передаче сигнала  направлении.   Но при малых расстояниях между приемной и передающей антеннами  и установке такой передающей антенны на стене здания, данные боковые лепестки начинают играть более-менее значительную роль в системе радиосвязи.

       На рис.3 нарисован вариант неправильной установки передающей антенны на стене здания.  Можно увидеть, что основной сигнал излучается передающей антенной в направлении приемной антенны (основной лепесток диаграммы направленности антенны).  Помимо этого излучаемые волны боковых лепестков передающей антенны, отражаясь от стены, так же устремляются в сторону приемной антенны. Разумеется, что отражаясь паразитные волны несколько меняют свое направление, но вполне возможен вариант, когда на приемную антенну поступит радио волна от основного лепестка и с неким запозданием поступят радио волны  за счет отражения от той или иной поверхности боковых лепестков.  Разумеется, что коэффициент отражения не равен  1  и отраженные паразитные сигналы будут меньше по уровню мощности, но они так же будут влиять на качество радиосвязи. С какой задержкой они поступят? В этом случае задержка будет минимальной, т.к. расстояние установки антенны от стены может составлять несколько десятков сантиметров, а скорость распространения радиоволн достаточно высока.  Но картина этого влияния меняется с увеличением рабочей радиочастоты передачи сигналов.  Дело в том, что чем выше частота, тем короче волна. Например, при рабочей радиочастоте системы 2500 МГц длина волны равна  12 см.  И если антенна установлена  на стене здания, как показано на рисунке, то есть большая вероятность того, что отраженные радиоволны будут складываться на приемной антенны с прямыми радиоволнами основного лепестка в противофазе.  А это означает, что полезный сигнал будет за счет этого уменьшаться, а отношение Сигнал /Шум на приемной антенне будет падать.  Но сложение на приемной антенне сигналов в противофазе возможно, но маловероятно. Большая часть сигналов будет суммироваться с разными фазами. И это сложение будет несколько искажать демодулированный сигнал приемником.

       На рис. 4 показан, как пример, передаваемый сигнал передатчиком (сигнал на входе модуляции передатчика). За счет сложения прямых и отраженных волн на приемной антенны и разности пройденного расстояния прямыми и отраженными волнами выходной демодулированный сигнал на выходе приемника  будет иметь некую «размазанность».

      На рис. 5 условно показан демодулированный «размазанный»  приемником сигнал от передатчика. И хотя время «Т 1»  «дрожания» или «размытости» выходного демодулированного сигнала  достаточно мало, но оно будет присутствовать.  Но за счет сложения на приемной антенны сигналов с разной фазой, то и сама форма демодулированного сигнала будет несколько искаженна и иной.    

      На рис. 6 показана установка передающей антенны при которой на приемную антенну будут поступать сигналы как основные, так и отраженные от близлежащих отражающих поверхностей (стен домов, металлических щитов и т.д.).  Как видно из рисунка, расстояние, которое будет проходить основой сигнал (Vосн.)  от передающей антенны  до приемной антенны будет значительно   меньшим, чем расстояние проходимое вторичными сигналами (Vотр.1; Vотр.2; Vотр.3).  И хотя скорость распространения радиоволн достаточно высока, но учитывая, что длина волны в диапазоне 2400 МГц составляет 12…17 см, то можно представить, что на приемной антенне будут складываться  одни и те же сигналы, но с разной мощностью, фазой и временем поступления относительно основного сигнала Vосн.  И если, при значительном удалении приемной антенны от передающей, значительным удалением отражающих поверхностей для паразитных сигналов (Vотр),   вторичные отраженные сигналы Vотр будут незначительны по своей мощности или равны по мощности  уровню естественных шумов, то при близком расстоянии между приемной и передающей антеннами и в условиях городской застройки  вторичные паразитные сигналы будут поступать на приемную антенну достаточно большой мощности.  Это может привести к тому, что  при таком расположении антенн связь может просто отсутствовать. Не надо забывать и о том, что приемная и передающая антенны могут иметь одинаковые характеристики и одинаковое пространственное расположение боковых лепестков. И приемная антенна будет дополнительно осуществлять «захват» паразитных сигналов принимаемых ею посредством  боковых лепестков ее диаграммы направленности.

      На рис.7 структурно показан принимаемый приемной антенны сигнал с учетом поступления как основного, так и паразитных отраженных сигналов. Мы видим, что на принимаемый основной сигнал в то же самое время происходит наложение паразитных отраженных сигналов. В результате этого выходной демодулированный сигнал может иметь форму далекую от формы сигнала, которая присутствует на модуляционном входе передатчика. 

     На рис. 8 показана правильная установка приемной или передающей антенн. При такой установке и в отсутствии на уровне антенн отражающих поверхностей  вероятность приема   антенной паразитных сигналов  гораздо менее вероятна, чем при расположении приемной или передающей антенн на поверхности стены здания или в том месте, в котором приемную антенну или передающую  антенну окружают  отражающие поверхности.

     На рис. 9 условно показаны сигналы, которые присутствуют на модуляционном входе передатчика.  Допустим, что передатчик передает показанную последовательность сигналов на приемник.   При не оптимальной установке как передающей антенны, так и приемной антенны на приемной антенне будет происходить сложение сигналов, которые поступают с некоторой задержкой относительно друг друга, с разной фазой и с разным уровнем по мощности.

     На рис. 10 условно показан сигнал на выходе приемника, который может получаться при поступлении на входную антенну  полезных и паразитных сигналов. Если сравнить эпюры показанные на рис.9 и рис.10, то они значительно отличаются друг от друга. И демодулированный сигнал на выходе приемника, показанный на рис.10, практически не похож на сигнал, который присутствует на модуляционном входе передатчика.  Низкочастотный видеосигнал, поступающий на модуляционный вход передатчика в своем содержании имеет и аналоговую часть (сам видеосигнал) и цифровую часть (синхроимпульсы). Спектр стандартного видеосигнала лежит в пределах 50 Гц ….6.5 МГц.  И при не правильном расположении приемной и передающей антенн радиотракта  на выходе приемника в лучшем случае можно будет наблюдать небольшие шумы в виде линий на экране монитора, повтор контуров изображения, а зачастую изображение на выходе приемника будет отсутствовать.

    На рис. 11 показано правильное расположение приемной и передающей антенн.  При  таком расположении антенн  поступление на вход приемника полезных и паразитных сигналов минимально, или влияние паразитных (отраженных) сигналов на полезный сигнал сводится к минимуму. Но исключать влияние или попадание на приемник отраженных сигналов нельзя и они все равно будут присутствовать, но их мощность будет минимальна.

    На рис. 12 условно показано  возможное распространение сигналов между антеннами в  условиях городской застройки.  Как уже сказано выше, на приемную антенну в любом случае будут поступать паразитные отраженные сигналы от боковых лепестков передающей антенны.  И если даже приемную и передающую антенны расположить на двух самых высоких постройках, то паразитные сигналы будут поступать на приемную антенну за счет отражения сигналов от земли, вторичного отражения паразитных сигналов  от стен зданий и затем от земли. Но их уровень будет значительно ослаблен.

       Так же паразитными сигналами считаются и отраженные сигналы основного лепестка передающей антенны, которые отражаются как  от поверхности земли, так и от отражающих поверхностей.  Такой эффект хорошо проявляется, если приемная и передающая антенны расположены вдоль  прямой автомобильной дороги.  И хотя антенны подняты на необходимую высоту над поверхностью земли, но отраженные сигналы от поверхности земли и в особенности от асфальта попадают на приемную антенну.   Это происходит потому, что диаграмма направленности основного лепестка антенны имеет угловые характеристики  направленности  как  в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях пространства.  И при определенных дальностях связи радиоволна, отраженная от поверхности земли,  попадает на приемную антенну. Разумеется, что путь, пройденный прямой и отраженной волнами,  разный и, следовательно, отраженная волна будет иметь меньшую по величине мощность и иную фазу, чем прямая волна. Попадание на приемную антенну прямых и отраженных волн создает помеху – это смещенные контуры изображения на видео картинке,  наклонные полосы, линейные искажения изображения.

      Практические советы по борьбе с паразитными помехами в системах беспроводного видеонаблюдения и особенно в городских условиях установки системы связи.

1.      Устанавливать приемную и передающую антенны как показано на рис. 11. Антенная штанга должна быть высотой 2…2.5 метра.  

2.      Получить и изучить диаграммы направленности применяемых антенн для системы связи.

3.      Если нет возможности установки антенн как показано на рис.11, то производить установку антенн на углах стен здания на выносных штангах с учетом оптимизации  возможного влияния отраженных волн  и образно представляя диаграмму антенны возможные плоскости отражения радиоволн (рис.12).

4.      Установив жестко, например, передающую антенну, в то же время жестко не устанавливать приемную антенну. Соединив приемную антенну с антенным усилителем (при длинном кабеле снижения) или с приемником, включить систему и перемещая антенну в пространстве найти оптимальную точку расположения приемной антенны относительно передающей антенны  в которой прием сигналов (изображения) будет наилучшим. В этой точке и закрепись приемную антенну.

5.      Если найденная точка расположения приемной антенны (по п.4) дает наилучшее качество приема видеоизображения, но есть все таки помехи, то уже в данной точке расположения приемной антенны  попытаться  направлять приемную антенну в разную стороны (и вверх в том числе) и снова попытаться найти для приемной антенны наилучшее уже направление для приема сигнала.  Направление приемной антенны в разные направления дает нам изменение соотношения полезного и паразитных сигналов, которые складываются на приемной антенне. И возможет тот вариант, когда уровень принимаемого полезного сигнала таким способом мы уменьшим скажем на 10 дБ, а при этом уровень паразитных сигналом уменьшится на величину  20..30 дБ и соотношение Сигн./Шум  или отношение «Уровень полезного сигнала / Уровень паразитных сигналов»  будет гораздо лучше.  Таким образом выполнив действия по п. 4 и по п.5 можно как бы оптимизировать положение приемной антенны как по самому месту расположения, так и по направлению.

6.      После выполнения действий по п.4. и по п.5 можно попробовать немного изменять направление передачи сигналов передающей антенной  (как и в п.5). Таким образом можно чуть уменьшая уровень полезного сигнала на входе приемной антенны значительно снизить уровень паразитных сигналов на входе приемника.

7.      Любой изготовитель или поставщик той или иной системы беспроводного видеонаблюдения произведет расчет оборудования по дальности связи с применением тех или иных антенн в системе, с учетом длинны кабеля снижения, с учетом чувствительности приемника и мощности передатчика,  с учетом  потерь сигнала на соединительных разъемах и т.д.   Но это не означает, что установив не оптимально и не настроив оптимально данную систему с учетом всего написанного выше, данная система будет нормально работать.  Для оптимизации установки системы и расположению антенн  монтажник должен хорошо понимать  принципы распространения радиоволн, представлять параметры антенн и производить их установку с помощником , имея с ним радиосвязь при настройке расположения в пространстве антенн.

8.      Хотелось бы отметить еще одно важное обстоятельство систем передачи видеоизображения по радиоканалу связи и в особенности в диапазоне частот 2400 МГц.  Данный диапазон широко используется различными беспроводными системами как  Wi-Fi,  системами сбора информации и т.д.  Данный диапазон не является лицензионным, т.е. на использование той или иной аппаратуры не требуется специальное разрешение на выделение и получение фиксированной для того или иного потребителя радиочастоты.  Во многих кафе, ресторанах, гостиницах работают системы беспроводного Интернета.   И все эти системы так же работают на частотах этого диапазона, т.е.  диапазона 2400 МГц.   Вполне возможны варианты, когда тот или иной заказчик получает систему беспроводного видеонаблюдения диапазона 2400 МГц, производит ее установку, производит настройку, а система работает с большими помехами. Это может быть связано с тем, что на выбранном частотном канале уже работает иная система которая и вносит соответствующие помехи.  В этом случае надо использовать  передающую и приемную антенну с  большим КНД,  попробовать переключить систему на другой радиочастотный канал связи,  попробовать переустановить  приемную антенну в другое место, хотя при этом надо будет проложить другой кабель снижения и, возможно, поставить СВЧ – усилители для компенсации  затухания полезного сигнала  в длинном кабеле снижения.  Для упрощения всех этих процедур при установке приемной антенны, лучше всего на место установки приемной антенны  брать сам приемник и монитор и по изображению на мониторе искать или определять оптимальное место расположения приемной антенны, закреплять ее в этом месте, проверять по монитору качество принимаемого изображения, а только потом проводить кабель снижения в помещение видеоконтроля.

9.      Рекомендации по необходимому оборудованию монтажника видеосистемы.

-  Тестер для проверки и диагностики кабелей и иллиния связи на КЗ.

-  Переносной мобильный осциллограф  для контроля сигнала ВИДЕО на входе передатчика,   на выходе приемника и его настройки.

-  При настройке систем видеонаблюдения по радиоканалу связи монтажнику оптимально иметь прибор , содержащий приемник сигнала и монитор для оптимальной установки приемной антенны. Таким прибором могут служить сам приемник и монитор, но более оптимально иметь ручной сканер типа  WCS-99X. Данный прибор может принимать сигналы от беспроводных передатчиков  сигнала видео в диапазоне от 1000 до 2600 МГц , показывать относительный уровень принимаемого сигнала и выводить принимаемое изображение на экран встроенного монитора.   Хотя применение такого прибора оптимально с точки зрения удобств в использовании, но с другой стороны  при значительных дальностях радиотракта данный прибор становится бесполезным. Дело в том, что чувствительность данного прибора в диапазоне 2400 МГц составляет всего – 20 дБм, а чувствительность современных приемников составляет – 75дБм … - 85 дБм.  И при наличии выходного сигнала и нормального изображения с выхода приемника системы, прибор  WCS-99X может показать полное отсутствие входного сигнала.

10.  Монтажным организациям  не следует забывать  расчетные уровни поднятия антенн над уровнем  препятствий для радиосигнала.  Препятствиями для распространения радиосигнала могут служить постройки, деревья, неровности земной поверхности.