АНТЕННО-ФИДЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА 

Фидер-линия передачи, устройство, по которому осуществляется направленное распространение электромагнитных волн от источника (антенны, передатчика) к потребителю (антенне, приемнику).

Антенно-фидерное устройство состоит из антенны и фидерной линии. Антенна осуществляет излучение или прием радиоволн, т. е. обладает свойством обратимости, которое сохраняется независимо от того, используют ее для целей передачи или приема. Так, например, если антенна обладает направленным приемом, то она обладает подобным же направленным излучением.

Фидерная линия соединяет передатчик (или приемник) с антенной и обеспечивает передачу энергии электромагнитных волн, по возможности с наименьшими потерями.

Неискаженная и энергетически наивыгоднейшая передача энергии по фидеру имеет место при согласовании его с нагрузкой, т. е. в режиме бегущих волн. Так, например, реже фидер соединяет передатчик с антенной, то входное сопротивление ее должно быть равно волновому входное сопротивление фидера. Получить чистый режим бегущих волн не всегда удается, поэтому считается допустимым, если коэффициент бегущих волн КБВ=0,6÷0,7.

Фидер не должен принимать и излучать радиоволны. В противном случае будет иметь место «антенный эффект».

Наибольшее применение получили двухпроводные и концентрические (коаксиальные) фидеры

Двухпроводный фидер состоит из двух одинаковых, близко расположенных проводов

Коаксиальная линия состоит из внутреннего провода, расположенного внутри внешнего провода, чаще всего выполненного в виде оплетки из медных проводов. Оплетка используется как экран, поэтому антенный эффект у коаксиальной линии практически отсутствует, чего нельзя сказать об обычной двухпроводной линии. Оба провода коаксиальной линии изолируют один от другого либо цилиндрическими шайбами с отверстием для внутреннего провода, либо путем заполнении пространства между проводами сплошной гибкой изолирующей пластмассой.

Коаксиальный кабель характеризуется следующими основными электрическими показателями: полоса частот (МГц); потери(затухания) передачи в заданной полосе частот (дБ); волновое сопротивление (Ом).

Классификация

По назначению — для систем кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.

По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление кабеля может быть любым), стандартными являются пять значений по российским стандартам и три по международным:

• 50 Ом — наиболее распространённый тип, применяется в разных областях радиоэлектроники. Причиной выбора данного номинала была, прежде всего, возможность передачи радиосигналов c минимальными потерями в кабеле со сплошным полиэтиленовым диэлектриком, а также близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности;
• 75 Ом — распространённый тип: в СССР и России применяется преимущественно со сплошным диэлектриком в телевизионной и видеотехнике. Его массовое применение было обусловлено приемлемым соотношением стоимости и механической прочности при протягивании, так как метраж этого кабеля значителен. При этом потери не имеют решающего значения, так как сигналы большой мощности по таким кабелям обычно не передавались.
  В США используется для кабельных телевизионных сетей — со вспененным диэлектриком. Эти кабели имеют центральную жилу из омеднённой стали, поэтому их стоимость незначительно зависит от диаметра центральной жилы. Поэтому, по предположению авторов, причиной выбора этого номинала в США был компромисс между потерями в кабеле и гибкостью кабеля.
• 93 Ом — применялся в компьютерных сетях стандарта ArcNet.
• 100 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей;
• 150 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей, международными стандартами не предусмотрен;
• 200 Ом — применяется крайне редко, международными стандартами не предусмотрен.

По диаметру изоляции:

• субминиатюрные — до 1 мм;
• миниатюрные — 1,5—2,95 мм;
• среднегабаритные — 3,7—11,5 мм;
• крупногабаритные — более 11,5 мм.

По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля): жёсткие, полужёсткие, гибкие, особогибкие.

По степени экранирования:

• со сплошным экраном
• с экраном из металлической трубки
• с экраном из лужёной оплётки
• с обычным экраном
• с однослойной оплёткой
• с двух- и многослойной оплёткой и с дополнительными экранирующими слоями
• излучающие кабели, имеющие намеренно низкую (и контролируемую) степень экранировки

Затухания (потери) сигнала в коаксиальных кабелях

Затухание в кабеле является величиной, зависимой от диаметров проводников кабеля, физических свойств используемого металла и диэлектрического материала кабеля. Это один из важнейших параметров, с учетом которого необходимо производить расчет эффективности АФУ. Всегда необходимо стремиться к использованию коаксиальных кабелей с как можно меньшими потерями. Потери в кабеле измеряются в децибелах (дБ, dB). Так же, для эффективной передачи сигнала от радиостанции к антенне, необходимо знать такой параметр кабеля, как волновое сопротивление. Наиболее часто используются кабели с волновым сопротивлением 50 Ом.

Международные стандарты:

Назначения кабеля
RG - обозначение радиопроводности, иногда выпускается радиопроводящий кабель (radio guide) с отсутствием маркировки RG;
DG - обозначение назначения для сетей цифрового вещания;
SAT - обозначение назначения для сетей спутникового вещания;
DJ - обозначение назначения для сетей спутникового вещания (произведенный в Китае аналог предыдущего типа кабеля SAT);

Обозначения материала изоляции PVC - ПВХC/U - не выделяющий дыма при горении
FR -пожаробезопасный кабель
FPE -вспененный полиэтилен
XLPE -сшитый полиэтилен
DB -водонепроницаемый

Обозначения экранирования AF - алюминиевая фольга
FEP - экструдируемый тифлон
DF - двухсторонняя алюминиевая фольга

Обозначения центрального проводника
ВС -чистая медь CCA -алюминий, покрытый медью CCS -омедненная сталь SCC -посеребренная медь SCCS -посеребренная омеднённая сталь A/U - многожильный с внутренним проводником ТС -луженая медь

Обозначения гибкости кабеля U - гибкий UF - особо гибкий

При выборе кабеля отталкиваемся от предполагаемой длины трассы. Длины написаны приблизительные.

• До 20 см – RG-174/RG-136 – в реальности такое используют люди, которые понимают, зачем им нужен именно такой кабель. Так что не задерживаемся. 
• RG-58 самый бюджетный вариант, его максимальная длина на диапазоне 70 см (400+ МГц) - метров пять. На диапазоне 2 метра (140+ МГц) - метров десять.

Лучше делай вынос кабелем RG-8x, а ещё лучше RG-213 (рк-50-7-11).

• До 10 метров – RG-8X/5D-FB
• До 25 метров – RG-213/8D-FB
• До 40 метров – 10D-FB/DX-10A

Коэффициент стоячей волны (КСВ)

Одним из самых важных параметров АФУ является коэффициент стоячей волны. Коэффицие́нт стоя́чей волны́ (КСВ, от англ. standing wave ratio, SWR) — отношение наибольшего значения амплитуды напряжённости электрического или магнитного поля стоячей волны в пучностях линии передачи к амплитуде в узлах.

КСВ является мерой согласования нагрузки (например, антенны) с линией передачи (фидером). Значение КСВ в однородной линии передачи без потерь постоянно по всей длине линии передачи и не зависит от её длины.

КСВ влияет на:

• КПД системы «линия передачи(фидер) — антенна»;
• максимальное значение передаваемой по линии мощности;
• режим работы передатчика (при высоком КСВ возможен значительный нагрев передающего тракта радиостанции, что чревато выходом ее из строя).

Для измерения КСВ используются приборы, которые называются КСВ-метры. Они включаются между радиостанцией и фидерной линией.

ВЧ-разъемы

Высокочастотный разъем (ВЧ) состоит из парных узлов, обеспечивающий присоединение кабеля к приемо-передающему устройству, антенне, либо для соединения отдельных участков кабеля.

Представлен он двумя частями:

• штекером (male, plug), именуемым в простонародье «папой»;
• гнездом (female, jack), прозванным «мамой» соответственно.

Штекер имеет контактный штырь, который входит в цилиндрический контакт гнезда. Центральная часть разъема соединяется с жилой кабеля, а внешняя оплетка кабеля соединяется с внешней частью разъема. Некоторые разъемы имеют обратную полярность (например, разъемы с приставкой PR).

Штекеры, обычно, устанавливаются на подключаемых кабелях, а гнезда – на корпусах устройств. При выборе соединяемых кабелей следует учитывать эту разницу. Еще одно отличие между разъемами – это их волновое сопротивление.

Разъемы с волновым сопротивлением 50 Ом имеют более толстый штырь, чем разъемы с волновым сопротивлением 75 Ом.

Существует множество типов и классификаций высокочастотных разъемов.

По типу:

• штекер (вилка, «папа», plug, male);
• гнездо (розетка, «мама», jack, female).

По полярности:

• стандартной (прямой) полярности: «папа» идет со штырем, «мама» – гнездом;
• реверсивной полярности (маркировка RP): «папа» – гнездо, «мама» – штырь.

По конструктиву:

прямые;

угловые.

По типу крепления центрального контакта:

• под пайку (контакт припаивается оловом к центральной жиле кабеля);
• обжимной (контакт надевается на центральный проводник и обжимается).

По типу крепления корпуса (металлической оплетки кабеля к корпусу):

• Прижимные. Область контакта с кабелем оснащена металлической втулкой с резьбой. Она вкручивается в корпус, оказывая давление на прижимную втулку. Преимущество такого разъема – относительная простота установки, отсутствие необходимости в специальных инструментах (только гаечный ключ, канцелярский нож и ножницы). Недостатком такого выбора является средняя надежность соединения.
• Обжимные. В отличие от предыдущего вида, часть разъема, отвечающая за фиксацию оплетки, не имеет резьбы. Крепление фидера обеспечивается за счет обжимной втулки (втулок). Обжим производится с применением специнструмента – кримпера. Обжимные разъемы отличаются хорошей механической прочностью и неплохим электрическим контактом.

По типу подключаемого кабеля:

• F – для кабеля RG-58 или иного диаметром 3 мм;
• /5D – для кабеля 5D-FB/CNT-300/LMR-300 или иного диаметром 6.5-7 мм;
• X – для кабеля RG-213 диаметром 10 мм;
• /8D – для кабеля 8D-FB/CNT-400/LMR-400 или иного диаметром 10-11 мм;
• /10D – для кабеля 10D-FB/CNT-500/LMR-500 или иного диаметром 13 мм.

Они могут иметь резьбовое соединение, байонетное соединение или быть врубными разъемами, которые используются, например, в телевизионных разъемах. Разъемы также могут быть кабельными, приборными, приборно-кабельными или монтируемыми на печатных платах.

Важными характеристиками высокочастотных разъемов являются волновое сопротивление, рабочий частотный диапазон и коэффициент стоячей волны. Конструкция разъемов обычно включает металлические части из бронзовых сплавов, диэлектрические материалы, такие как фторопласт, полиэтилен и полистирол, и покрытие металлических частей слоем серебра или позолоты для улучшения электрических характеристик.

Разновидности ВЧ-разъемов (по сериям)

1. Серия BNC:

Серия BNC (Bayonet Neill-Concelman) – это байонет-разъем, который был создан в первой половине 20-го века и является одним из первых высокочастотных разъемов. Он широко используется в настоящее время. Основная особенность BNC – это механизм защелки, который обеспечивает прочное соединение. Это облегчает частое отключение и подключение, а также обеспечивает надежный контакт с минимальной потерей сигнала (не более 0,3 дБ). Максимальный диаметр кабеля по оболочке составляет 7 мм. Для сетей с волновым сопротивлением 50 Ом максимальная допустимая частота составляет 4 ГГц.

2. Серия TNC:

Серия TNC (Threaded Neill-Concelman) является резьбовым вариантом разъема BNC, разработанным в конце 1950-х годов. Она способна работать на частотах до 11 ГГц. TNC имеет лучший контакт, особенно при наличии значительных вибраций. Диаметр кабеля варьируется от 3 до 10 мм.

3. Серия F:

Серия F – это еще один широко распространенный тип разъемов. Она часто используется в телевизионных сетях. Для крепления кабеля диаметром от 5 до 8 мм используется гайка, которая накручивается на экран (внешний проводник). При этом оголенная центральная жила выполняет роль штекера. Серия F чаще всего применяется на частоте до 2 ГГц. Основные преимущества этой серии – простота использования и низкая стоимость.

4. Серия FME:

Серия FME является уменьшенным аналогом стандарта F. Она была разработана для подключения портативной техники и нашла широкое применение в сотовой связи. Диаметр кабеля по оболочке должен быть от 3 до 5 мм. Серия FME работает в диапазоне частот до 2 ГГц и часто используется с кабелем RG-58.

5. Серия N:

Серия N является одним из самых популярных разъемов, так как она наилучшим образом соответствует требованиям по передаче СВЧ-сигнала. В зависимости от способа монтажа (обжимной, под пайку, прижимной) существуют различные варианты N-разъемов. Они эффективно работают на частотах до 18 ГГц, а диаметр кабеля может быть от 3 до 10 мм.

6. Серия SMA:

Серия SMA (SubMiniature version A) представляет собой субминиатюрный разъем с малыми габаритами. Диаметр кабеля составляет 3-5 мм, а рабочая частота может достигать 18 ГГц. Изначально разработан для использования с волновым сопротивлением 50 Ом. Конструкция из нержавеющей стали включает прочный металлический штекер и резьбовое крепление с шестигранной гайкой.

7. Серия RP-SMA:

Серия RP-SMA (reverse-polarity Sub-Miniature version A) представляет собой обратную полярность разъема SMA. Она широко используется для подключения WiFi-оборудования и совместима с коаксиальным кабелем RG-58. Этот малогабаритный разъем обычно фиксируется при помощи обжима.

8. Серия 7/16:

Серия 7/16 представляет собой современный разъем большого размера. Числа в маркировке указывают на диаметры центральной жилы (7 мм) и оплетки (16 мм). Эти коннекторы применяются для мощного оборудования, особенно на базовых станциях сотовой связи. Они обладают надежным резьбовым соединением и высокой степенью защиты от влаги и пыли. Рабочая частота составляет до 7,5 ГГц для гибких кабелей и до 18 ГГц для полужестких кабелей. Альтернативное обозначение серии – L29.