Расширенный поиск
Цена (руб.):
Выберите категорию:
Производитель:
Новинка:
Спецпредложение:
Результатов на странице:
Закрыть
>GSM СИГНАЛИЗАЦИЯ>УВЕЛИЧЕНИЕ ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ РАДИОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМ.

Увеличение дальности действия радиоканальных систем

 Факторы влияющие на увеличение дальности радиоканальных сигнализаций и ОПС
 

Дальность действия (связи между устройствами) является одной из важнейших характеристик радиосистем охранно-пожарной сигнализации (ОПС). Для надежной работы радиоканальной сигнализации, необходимо, чтобы между элементами была обеспечена устойчивая радиосвязь с достаточным энергетическим запасом.

При установке радиосистемы в помещениях реальная дальность связи может быть значительно меньше заявленной для открытого пространства, ее величина зависит от количества, материала и толщины стен и перегородок. Одним из наиболее эффективных способов повышения дальности действия радиоканальных систем в таком случае является использование иерархической структуры построения системы, когда для связи приемно-контрольного устройства (ПКУ) с удаленным дочерним устройством используются промежуточные звенья в виде радиорасширителей.

Однако при проектировании охранно-пожарной сигнализации дачных поселков, садоводств, гаражных кооперативов зачастую требуется обеспечить радиосвязь с удаленным объектом – например, отдельно стоящим коттеджем. Установка промежуточного радиорасширителя (радиорасширителей) в данной ситуации может быть сопряжена с определенными трудностями (необходимо выбрать такое место, где можно обеспечить электропитание, а также защиту от воровства и вандализма) или экономически нецелесообразна. В таких случаях имеет смысл применять дополнительные способы повышения дальности радиосвязи:

  • использование выносных антенн;
  • использование усилителей радиосигнала.

Применение выносных антенн

 

Использование выносных антенн представляется наиболее оправданным в случае, когда имеет место ослабление сигнала при прохождении через стены здания – например, если ПКУ находится внутри строения и используется штатная антенна. В таком случае внешняя антенна, установленная, например, на крыше, даст значительный выигрыш в дальности, даже если не обладает высоким коэффициентом усиления.

ПКУ радиоканальных систем ОПС имеют возможность подключения (с помощью пятидесятиомного коаксиального кабеля) практически любых внешних антенн.

Условно, все существующие антенны можно разбить на две группы по типу диаграммы направленности: узконаправленные и с круговой диаграммой направленности (ДН).

Направленныеантенны

Основные типы направленных антенн, рекомендуемых для использования в радиоканальных системах ОПС, следующие:

  • волновой канал;
  • зигзагообразные.

Антенна типа «волновой канал» (рис. 1) состоит из ряда параллельных вибраторов, расположенных в одной плоскости. В зависимости от количества вибраторов, усиление может составлять от 7 до 15 dBd.

рис 1-1

Рис. 1. Внешний вид антенны типа «волновой канал»

Диаграмма рис 2

Рис. 2. Диаграмма направленности антенны «волновой канал» в горизонтальной плоскости

Зигзагообразные антенны (рис. 3) состоят из плоского излучателя в форме «восьмерки», расположенного параллельно рефлектору (отражателю), представляющему собой металлическую сетку.

рис 3

Рис. 3. Внешний вид зигзагообразной антенны

Такой рефлектор увеличивает коэффициент усиления антенны, при этом практически полностью подавляя излучение в направлении, противоположном главному лепестку ДН антенны (рис. 4).

рис 4

Рис. 4. Типовая диаграмма направленности зигзагообразной антенны в горизонтальной плоскости

Существуют также модификации таких антенн без рефлектора, отличающиеся несколько меньшим коэффициентом усиления, но при этом имеющие два противоположных друг другу главных лепестка ДН. Также существуют модификации с несколько другой формой излучателя (не ромбовидной, а круглой). Коэффициент усиления зигзагообразных антенн с рефлектором, как правило, составляет 10 dBd.

Антенныскруговойдиаграммойнаправленности

Антенны с круговой ДН (иногда их называют «ненаправленные») обеспечивают одинаковый уровень излучения в любом направлении в горизонтальной плоскости. Основные типы антенн с круговой ДН следующие:

  • штыревые антенны (5/8 l);
  • коллинеарные антенны;
  • антенны типа «Шайба».

Штыревые антенны имеют простейшую конструкцию, состоящую из вертикального штыря, длиной 5/8 длины волны, и нескольких противовесов у основания антенны, лежащих в горизонтальной плоскости. Такая антенна обеспечивает усиление ненамного лучше штатных антенн радиорасширителей. На рисунке 5 показана типовая диаграмма направленности антенны данного типа в трехмерном изображении, с учетом влияния земной поверхности.

рис 5

Рис. 5. Типовая диаграмма направленности антенны 5/8 l

Коллинеарные антенны (рис. 6) фактически, представляют собой несколько (обычно от 2-х до 6-ти) излучателей 5/8 l, расположенных по одной оси.

рис 6

Рис. 6. Внешний вид коллинеарной антенны

В зависимости от количества излучателей коэффициент усиления таких антенн может достигать 8 dBd. Усиление достигается за счет того, что основная часть излучения направляется вдоль земной поверхности. На рисунке 7 показана типовая диаграмма направленности коллинеарной антенны в трехмерном изображении.

рис 7

Рис. 7. Типовая диаграмма направленности коллинеарной антенны

Антенны типа «Шайба» (рис. 8) отличаются тем, что имеют очень низкий профиль (около 50 мм) и при этом обеспечивают усиление около 5 dBi, что ненамного хуже, чем усиление коллинеарной антенны 2*5/8 l, при гораздо меньших габаритах.

рис 8

Рис. 8 Внешний вид антенны «Шайба» и ее диаграмма направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях

Антенны типа «Шайба», работающие в диапазоне 434 МГц, должны крепиться на металлическую поверхность или на специальный металлизированный экран. Крепление может осуществляться с помощью магнита, расположенного в корпусе антенны.

Типичныевариантыиспользованиявыносныхантенн

Направленные антенны имеют больший коэффициент усиления, чем антенны с круговой ДН, однако имеют некоторые ограничения при построении радиосистемы. При использовании направленной антенны все устройства, с которыми требуется обеспечить радиосвязь, должны находиться в направлении главного лепестка ДН антенны, либо в непосредственной близости от самой антенны (рис. 9). В случае, если устройство расположено вне основного лепестка ДН, рабочая дальность радиосвязи с ним может быть значительно меньшей.

рис 9

Рис. 9. Типичный вариант использования направленной антенны

В случае, если необходимо обеспечить радиосвязь в разных направлениях в горизонтальной плоскости (рис. 10), применение направленной антенны неоправданно, и рекомендуется использовать антенну с круговой диаграммой направленности, предпочтительно коллинеарную.

рис 10

Рис. 10. Типичный вариант использования коллинеарной антенны

При построении радиосистемы, следовательно, могут быть использованы антенны обоих типов – см. пример на рисунке 11. В данном случае родительское приемно-контрольное устройство (РР0 – радиорасширитель 0) находится на пульте охраны и имеет радиосвязь только с одним дочерним приемно-контрольным устройством (РР1).

рис 11

Рис. 11. Пример построения радиосистемы с использованием антенн разных типов

РР1 является здесь наиболее «загруженным» узлом радиосистемы и должен обеспечивать связь со многими радиоустройствами, расположенными в разных направлениях. Поэтому к РР1 должна быть подсоединена коллинеарная антенна. Кроме того, антенну данного радиорасширителя следует устанавливать как можно выше (т.к. дальность радиосвязи существенно зависит от высоты установки антенны), поэтому РР1 целесообразно установить в наиболее высоком здании, а антенну установить на крыше на высокой мачте. Для этого радиорасширителя будет наиболее оправдана установка усилителя радиосигнала (см. далее).

РР2 в данном случае имеет радиосвязь с РР1, с одним дочерним устройством, находящимся в том же направлении, что и РР1, а также с дочерним устройством, расположенным в том же здании, что и РР2, так что в этом случае целесообразно использовать направленную антенну.

Для РР3, так же как и для РР1, требуется обеспечить радиосвязь с устройствами, находящимися в разных направлениях, поэтому к нему следует подключить антенну с круговой ДН.

Дополнительноеоборудование, необходимоедляустановкивнешнейантенны

Для установки внешней антенны требуется следующее дополнительное оборудование:

  • коаксиальные кабели;
  • ВЧ-разъемы;
  • сумматор/делитель.

От качества и правильной установки дополнительного оборудования в значительной степени зависит качество радиосвязи. Рассмотрим важнейшие характеристики данного оборудования.

Коаксиальныйкабель

Коаксиальные кабели характеризуются следующими основными потребительскими характеристиками:

  • волновое сопротивление;
  • внешний диаметр изоляции;
  • погонное затухание.

Волновое сопротивление кабеля должно соответствовать волновому сопротивлению устройств, к которым подключается кабель. Поскольку практически все радиосистемы охранно-пожарной сигнализации имеют входное и выходное сопротивление 50 Ом, коаксиальный кабель и антенна должны иметь также волновое сопротивление 50 Ом (1).

Внешний диаметр изоляции определяет тип используемых ВЧ-разъемов. Как правило, большему диаметру изоляции соответствует меньшее погонное затухание. Диаметр внешней оплетки кабеля соответствует определенной спецификации. В частности, спецификациям RG-58, RG-59 и RG-6 соответствует диаметр оплетки соответственно 4,95, 6,15 и 8,4 мм.

Погонное затухание является важнейшей характеристикой коаксиального кабеля. Затухание измеряется в дБ/м и зависит от частоты. Как правило, на частотах до 1 ГГц можно считать, что затухание пропорционально корню из частоты. Таким образом, если, например, для кабеля указано затухание 0,1 дБ/м на частоте 100 МГц, на рабочей частоте 434 МГц затухание будет составлять величину порядка 0,2 дБ/м.

При использовании кабеля с затуханием 0,2 дБ/м мощность радиосигнала будет ослаблена вдвое(2) при длине кабеля 15 м. При использовании кабеля с затуханием 0,1 дБ/м аналогичное уменьшение мощности радиосигнала будет при длине кабеля 30 м.

ВЧ-разъемы

Как правило, на антеннах устанавливаются разъемы типа N-гнездо и TNC-гнездо, т.е. для подключения к ним коаксиальный кабель должен иметь соответственно штекер типа N (рис. 12) или TNC (рис. 13).

рис 12

Рис. 12. Штекер N-type Рис. 13. Штекер TNC

Разъемы также различаются в зависимости от размеров используемого кабеля. При выборе типа штекера следует удостовериться, что данный тип штекера подходит для имеющегося коаксиального кабеля. Обычно для штекеров указываются тип разъема, вид крепления и спецификации совместимых кабелей, например: TNC-штекер, обжим, RG-58, RG-59.

 

Общиерекомендациипоустановкеантенны

 

Обоснованный выбор типа антенны и способа ее установки позволяет добиться технической устойчивости конкретного объекта в процессе его эксплуатации и достижения максимальной дальности в системе. Для стабильной связи между объектом и центральным радиопультом необходимо получить определенный уровень полезного сигнала, как по радио, так и по цифровой составляющим информационного сигнала на входе приемника базовой станции.

Основныевариантыустанавливаемыхобъектовыхантенн:

Вариант 1. Штыревая антенна.

вар 1

Простейший тип антенны – штыревая антенна. Несимметричными (штыревыми) называют антенны, расположенные непосредственно у земли (или металлического экрана) перпендикулярно (реже наклонно) к ее поверхности. Эти антенны применяют, как правило, там, где радиус действия радиосистемы имеет первостепенное значение.

Штыревая антенна представляет собой четвертьволновый отрезок прямого провода или стержня , подключаемого непосредственно к выводу RX/TX. Резонансная длина четвертьволновой штыревой антенны может быть вычислена по формуле:
L (см) = 7500 / частота (МГц)

Длина четвертьволнового отрезка для частоты 433.92 МГц равна 17 см.

Эта формула может служить лишь отправной точкой расчетов, так как антенна может быть короче, если стержень слишком толст или имеет какое-либо покрытие.

Такие антенны очень просты в настройке – достаточно лишь слегка изменить длину провода.
Если антенна устанавливается на удалении от приемного/передающего модуля, для подключения можно использовать кабель с волновым сопротивлением 50 Ом:

 

50 Ом

 

Экранирующая оплетка кабеля должна быть припаяна к «земле» возле антенного вывода модуля.
Штыревую антенну можно, также, изготовить в виде дорожки печатной платы:

 

10-20

 

Длина дорожки должна быть на 10-20% меньше, чем дают расчеты. Насколько меньше – зависит от типа диэлектрика и толщины печатной платы. Если устройство портативное, антенну надо делать чуть короче, чтобы компенсировать влияние рук.
Дорожку антенны проводите на плате на расстоянии не менее 5 мм от остальных цепей.

Рамочные антенны находят применение, в основном, в передатчиках, в особенности, когда критичны размеры и вес конструкции. Рамочные антенны изготавливаются как часть печатной платы. Один конец антенны заземляется, а другой подключается к выводу TX/RX через конденсатор. Конденсатор используется для согласования и настройки антенны:

 

тх

 

Существенным преимуществом рамочных антенн является их слабая чувствительность к влиянию рук и независимость от топологии «земли». По этой причине рамочные антенны широко используются в передатчиках дистанционного открывания ворот, автосигнализациях и т.п.
Конструируя рамочную антенну, старайтесь сделать ее как можно больше, так как маленькая антенна имеет плохое усиление и очень узкую полосу пропускания. Крайне важна правильная настройка антенны. Для настройки часто используются подстроечные или постоянные конденсаторы.

Штыревая антенна, устанавливаемая на объектовом блоке, непосредственно подключается к передатчику, между корпусом передатчика и “землей” протекает примерно такой же по величине ток, что и в антенне. Достоинство такого подключения – простота монтажа, недостаток – дополнительные потери в радиоканале и большая вероятность возникновения помех другим электронным устройствам в широком интервале частот. В связи с этим необходимо обеспечить хорошее заземление корпуса объектового прибора, длина которого не должна превышать 0,1 λ , т.е. при частоте 167.500 кГц это составит около 18 см, в противном случае будет иметь место излучение через заземляющий провод, снижающее энергетику объекта. Далее, при расстоянии между антенной и стеной S равном 5-10 сантиметров, стена (ее материал) и находящиеся рядом металлические предметы, оказывают сильное влияние на нее. При этом увеличивается реактивное сопротивление антенны, в результате чего передатчик при излучении будет потреблять повышенный ток, что, в свою очередь, ведет к снижению его к.п.д. и перегреву выходного каскада.

рис штыревая антенна

Рис. 2. Штыревая антенна

 

Подводя итог, можно сказать, что штыревая антенна имеет наибольшие физические размеры и должна использоваться там, где радиус действия имеет первостепенное значение.
Рамочные антенны из всех рассмотренных имеют самый маленький радиус действия.

Неплохим компромиссом, особенно в тех случаях, когда важны габариты устройства является спиральная антенна. Конструкция должна заключатся в корпус, и может быть сделана весьма компактной. В установке и настройке спиральные антенны сложнее, чем штыревые, так как на них оказывают сильное влияние соседние объекты.

 

спиральная антенна

 

Спиральная антенна изготавливается, как правило, намоткой отрезка стального, медного или латунного провода.

Из-за высокой добротности спиральных антенн их полоса пропускания очень мала, и межвитковое расстояние оказывает на характеристики антенн значительное влияние.

Число витков зависит от диаметра провода, диаметра намотки и межвиткового расстояния. Проще всего необходимое количество витков определять экспериментально, первоначально сделав антенну заведомо большей длины и укорачивая ее до обнаружения резонанса на требуемой частоте. Точная настройка антенны выполняется сжатием или растягиванием спирали.

Для изготовления антенны на частоту 433.92 МГц необходимо намотать 17 витков эмаль-провода диаметром 1 мм на оправке диаметром 5 мм и растянуть катушку так, чтобы ее длина равнялась 30 мм.

Большим недостатком спиральных антенн является их высокая чувствительность к любым предметам, подносимым к антенне, в частности, к рукам, поэтому такие антенны плохо подходят для портативной аппаратуры.

Вариант 2. Выноснаяантенна.

Использование выносной антенны (рисунок 2) на объекте заметно улучшает его энергетику. При использовании кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом потери мощности будут минимальными. При монтаже антенну можно расположить в месте, наиболее благоприятном для ее эффективного излучения, желательно в сторону расположения радиопульта, возможно это позволит уменьшить мощность передатчика до 2-х ватт, что приведет к снижению помех другим электронным устройствам и повышению “живучести объекта” при работе на резервном питании.

Для увеличения дальности радиосвязи большое значение имеет высота установки выносной антенны. В любом случае она должна быть такой, чтобы обеспечить «прямую видимость» между антеннами, причем высота подъема над крышей должна быть не менее 1 м (кроме антенн типа «Шайба»).

Не следует устанавливать антенну ближе, чем в 2–3 м от других антенн или металлических объектов. Если при прокладке кабеля остались лишние метры, то его следует либо укоротить, либо, по крайней мере, выпрямить (например, пустить по периметру помещения), поскольку в скрученном кабеле затухание сигнала может быть несколько выше.

Антенны должны быть установлены с одинаковой поляризацией, причем обязательно вертикальной, в случае, если в радиосистеме используются коллинеарные антенны. Для установки антенны «волновой канал» с вертикальной поляризацией вибраторы (штыри на траверсе) должны располагаться вертикально. При установке зигзагообразной антенны два излучателя должны располагаться по горизонтали, т.е. антенна должна быть установлена широкой частью параллельно земле (рис. 14). Антенны типа «Шайба» имеют вертикальную поляризацию при установке плоской частью параллельно земле.

рис 14

Рис. 14. Иллюстрация правильной установки антенн: и зигзагообразная антенна, и антенна «волновой канал» установлены с вертикальной поляризацией

Применениедвунаправленныхантенныхусилителей

Помимо направленных антенн, для увеличения дальности радиосвязи могут использоваться двунаправленные усилители радиосигнала.

Двунаправленный усилитель имеет в своем составе два усилителя, подключенных навстречу друг другу, а также переключатели, управляемые детектором входного сигнала (рис. 15).

рис 15

Рис. 15. Структурная схема двунаправленного усилителя радиосигнала

 

Общий алгоритм работы таких усилителей следующий. В случае, если на вход 1 усилителя сигнал не поступает, т.е. приемно-контрольное устройство работает на прием, усилитель также работает на прием, т.е. усиливает сигнал с антенны (на приемно-контрольное устройство идет усиленный сигнал со входа 2). Это приводит к улучшению чувствительности приемника и, соответственно, увеличению дальности радиосвязи.

В случае, если на вход 1 начинает поступать сигнал (есть некоторый пороговый уровень мощности), усилитель переходит в режим усиления передачи, на антенну идет усиленный сигнал со входа 1, т.е. от приемно-контрольного устройства.

В случае, если усилитель содержит систему автоматического регулирования уровня (АРУ), уровень выходной мощности практически не зависит от входной мощности(3). Устанавливать усилитель, оборудованный системой АРУ, следует как можно ближе к антенне, поскольку при этом будут максимально скомпенсированы потери в кабеле. Однако, при больших суммарных потерях в кабеле и/или сумматоре есть опасность, что уровень на входе усилителя мощности будет ниже порогового и усилитель не сможет переключиться в режим передачи. В этом случае усилитель следует устанавливать ближе к приемно-контрольному устройству.

Эффективностьразличныхспособовувеличениядальностирадиосвязи

Для оценки эффективности различных способов увеличения рабочей дальности радиосвязи между устройствами радиосистемы охранно-пожарной сигнализации СТРЕЛЕЦ® специалистами компании “Аргус-Спектр” был проведен ряд экспериментов.

Эксперименты проводились в условиях открытой местности, антенны устанавливались на высоте около 5 м над уровнем земли. Использовались направленные антенны с усилением около 10 dBd, а также коллинеарные антенны с усилением 5,5 dBd. В ряде экспериментов был использован также усилитель «Модус-А». Результаты представлены в таблице 1.

По результатам эксперимента можно сделать вывод, что как использование внешних антенн, так и использование двунаправленных усилителей позволяет значительно увеличить рабочую дальность между приемно-контрольным устройством (РР – радиорасширителями). Следует заметить, что рабочая дальность радиосвязи между приемно-контрольным устройством и дочерним устройством в открытом пространстве будет примерно в полтора раза ниже, чем дальность радиосвязи с другим приемно-контрольным устройством со штатной антенной. К примеру, дальность радиосвязи между дочерним устройством и приемно-контрольным устройством (радиорасширителем), оборудованным направленной антенной и усилителем, составит порядка 2,5-3 км. В случае, если дочернее устройство находится в строении, рабочая дальность уменьшится.

Табл. 1. Экспериментально полученная рабочая дальность радиосвязи между устройствами радиосистемы охранно-пожарной сигнализации 

таблица 1

В таблице приведены данные для рабочей дальности радиосвязи, т. е. для дальности с оценкой качества радиосвязи не ниже «4». Максимальная дальность, при которой возможна радиосвязь, может быть заметно выше рабочей дальности (в 1,5–2 раза), однако устанавливать радиорасширители на расстоянии, близком к предельному, не рекомендуется. Следует также учитывать, что в таблице приведены ориентировочные данные. Реальная рабочая дальность может быть несколько ниже или выше в зависимости от рельефа местности, уровня внешних радиошумов и высоты установки антенны.

Таким образом, применение выносных антенн и усилителей радиосигнала позволяет значительно увеличить дальность действия радиосистем охранно-пожарной сигнализации. При использовании этого оборудования необходимо учитывать рельеф местности, высоту установки антенн и соблюдать общие рекомендации по установке.

Какнастроитьрадиоканалвсистемахбезопасности

Работа любого радиоканала проходит в условиях, когда на вход приёмного устройства кроме полезного сигнала всегда воздействуют и внешние помехи. Поэтому для обеспечения качественного функционирования радиоканала необходимо оценить уровень полезного сигнала и помех на входе приёмного устройства расчётным путём и проверить эти данные экспериментально.

Уровень полезного сигнала в точке расположения приёмной антенны аппаратуры ПЦО будет определяться следующим выражением:

Pвыхпр - Lфпрд + Gапрд– Lmp + Gапрм– Lфрпм≥ Nчпрм + 20(дБ) (1)

где Pвыхпрд – выходная мощность (дБ),
Lфпрд – потери в фидере (дБ),
Gапрд – усиление антенны (дБ) соответственно ПРД ОК;
Lтр – потери сигнала на радиотрассе (дБ);
Gапрм – усиление антенны (дБ), – потери в фидере (дБ),
Nчпрм – чувствительность приёмника (дБ) соответственно ПРМ ПЦО;
20 – необходимый запас на затухание сигнала на радиотрассе (дБ).

В свою очередь, потери на трассе можно определить по следующей формуле [2]:

Lmp = 69,55 + 26,16lgfc - 13,82lghпрд – А(hпрм) + (44,9 - 6,55lghпрм)lgS (дБ) (2)

где fc – частота несущей в мегагерцах,
hпрд – высота антенны ПРД ОК (в метрах),
hпрм – высота антенны ПРМ ПЦО (в метрах), S – расстояние между антеннами (в км),
А(hпрм) – поправочный коэффициент для антенны ПРМ ПЦО.

Для больших городов поправочный коэффициент определяется по формуле:

A(hпрм) = 8,29[ lg(1,54hпрм)]2 - 1,1 (дБ) для fc ≤ 300 МГц (3)

A(hпрм) = 3,2[ lg(11,75hпрм)]2 - 4,97 (дБ) для fc ≥ 300 МГц

 

Для небольших городов поправочный коэффициент определяется следующим образом:

A(hпрм) = (1,1lgfc-0,7)hпрм - (1,56lgfc - 0,8) дБ (4)

Для потерь на открытом пространстве Lmроmк можно воспользоваться следующей формулой:

Lmроmк = Lmp - 4,78lg(fc)2 - 18,733(lgfc) - 40,98 (дБ) (5)

 

Для определения качественного функционирования радиоканала необходимо вначале по формуле (2) или (5) определить потери сигнала на радиотрассе для заданного расстояния S между ОК и ПЦО. При этом поправочный коэффициент А(hпрм) считается по формулам (3) или (4) в зависимости от городской застройки для заданной частоты работы системы. После этого по формуле (1) необходимо проверить выполнение условия: если уровень сигнала на входе ПРМ ПЦО превышает значение Nчпрм на 20 дБ, то радиоканал обеспечивает требуемое качество функционирования.

Если данное условие не выполняется, необходимо предпринять меры к снижению потерь сигнала Lтр на радиотрассе: увеличить высоты подъёма антенн ОК и ПЦО, уменьшить потери сигнала в фидерных линиях, применить антенны с большим коэффициентом усиления или, наконец, уменьшить расстояние между объектами.

Выходная мощность передатчика оказывает небольшое влияние на дальность связи. К примеру, если удвоить мощность передатчика с 10 Вт до 20Вт, уровень сигнала в точке приёма увеличится на 3 дБ, а если увеличить мощность в 10 раз (с 10 Вт до 100 Вт), то на 10 дБ.

Радиоканал необходимо планировать таким образом, чтобы мощность передатчика радиостанции была как можно ниже, а увеличение уровня сигнала в точке приёма добиваться за счёт тех предложений, о которых говорилось выше.

Если же увеличения мощности передатчика не удаётся избежать, необходимо принять меры к тому, чтобы увеличение мощности не привело к блокированию рядом расположенных приёмных устройств объекта контроля (или ПЦО), а также увеличению уровня интермодуляционных помех.

Данный алгоритм справедлив и для определения качества функционирования радиоканала в направлении ПРД ПЦО ПРМ ОК.

Все радиотрассы подвержены постоянно изменяющимся внешним факторам. Внешние факторы мало влияют на функционирование радиотрассы, если никакие препятствия не попадают в зоны Френеля. Зоны Френеля – это индукционное поле, возбуждаемое вокруг распространяющегося радиосигнала. Если степень вторжения помех в индукционное поле радиосигнала меняется, изменяется и качество радиотрассы. Чтобы обеспечить надёжность радиотрассы, необходим запас на затухание сигнала. На практике запас на затухание обычно берут в 20 дБ.

После проведения расчётов необходимо экспериментально проверить полученные результаты и при необходимости внести коррективы в схему построения радиоканала системы безопасности.

Аттенюатор предназначен для экспериментальной проверки наличия необходимого запаса на затухание в 20 дБ на данной радиотрассе. Если при включённом аттенюаторе система продолжает работать надёжно, необходимый запас на затухание обеспечен. Если же в системе появляется шум или связь пропадает, необходимо ввести дополнительное усиление.

Алгоритм контроля радиоканала заключается в следующем. На вход ПРД ОК от ГНЧ подаётся сигнал с частотой 1 кГц и амплитудой, обеспечивающей получение номинальной девиации частоты. Как правило, в системах безопасности при организации радиоканала используется частотная модуляция. При использовании других видов модуляции функциональная схема и алгоритм контроля радиоканала остаются такими же.

Низкочастотным вольтметром определяется отношение полезного сигнала на выходе ПРМ ПЦО при номинальной девиации частоты несущей к напряжению помех при снятой модуляции (при подаче немодулированной несущей) по следующей формуле:

 

где Uc и Uп соответственно напряжения сигнала и помехи, В.
Для обеспечения качественной работы радиоканала в системе безопасности необходимо, чтобы на входе ПРМ ПЦО было значение входного сигнала, обеспечивающего значение Uc/Uп на выходе не менее 20дБ. При этом уровень входного сигнала измеряется высокочастотным вольтметром. Если уровень входного сигнала не обеспечивает необходимое значение Uc/Uп на выходе ПРМ ПЦО, необходимо принять меры к снижению потерь сигнала на радиотрассе, рассмотренные выше.

Предложенный алгоритм позволяет настроить радиоканал и обеспечить надёжную работу систем безопасности.

Проектированиеирасчетдальностидействиярадиоустройстввпомещениях

Процесс составления проектно-сметной документации можно разделить на следующие этапы:

• утверждение заказчиком ТЗ;

 

• составление коммерческого предложения или проекта стадии “П” (технико-экономического обоснования - для больших объектов);

 

• утверждение рабочей документации (проекта стадии Т”);

 

• согласование сметной документации;

 

• составление исполнительской документации (рабочей документации с внесенными изменениями).

Техническое задание (ТЗ) составляется по РД 25.952-90 “Системы автоматические пожаротушения, пожарной, охранной и охранно-пожарной сигнализации. Порядок разработки задания на проектирование”. Для небольших объектов затем формируется коммерческое предложение, а для крупных - проект стадии “П”. Уже на этапе проектирования становятся очевидны преимущества радиоканальных систем:

• высокая скорость выполнения монтажных работ;

 

• возможность монтажа оборудования без вывода объекта из эксплуатации;

 

• минимальное вмешательство в интерьер помещений.

Итоговая стоимость реализации проекта на базе беспроводной системы не превышает затрат на оборудование здания традиционными проводными системами, что, учитывая перечисленные выше преимущества радиоканала, объясняет возросшую популярность беспроводных систем сигнализации и оповещения. Рабочая документация является основой для определения тактики работы радиосистемы, ее составление включает в себя следующие шаги:

• размещение охранных и пожарных извещателей и оповещателей на планах объекта с учетом надежного обнаружения признаков вторжения или опасных факторов пожара;

 

• размещение радиорасширителей на планах с учетом дальности действия радиоканала как между самими радиорасширителями, так и между ними и радиоизвещателями;

 

• определение параметров и тактики использования системы (разделы, сигнальные и исполнительные устройства, устройства управления и их взаимосвязь).

На данный момент наиболее непривычным, но не таким уж и сложным процессом является расчет дальности действия радиоканальных устройств или оценка пригодности радиоинтервалов между ними. Если на уже функционирующих объектах в ходе их обследования можно произвести замеры уровней сигналов, то для проектируемых зданий такой возможности не существует. Единственный выход из положения - проведение расчета. Эти вычисления целесообразно производить для оптимального размещения на планах объекта радиоустройств, в частности радиорасширителей - приборов, которые контролируют свои дочерние извещатели, собирают и ретранслируют сообщения от них на пост охраны.
Необходимо отметить, что для радиосистем пожарной сигнализации и оповещения следует руководствоваться требованиями свода правил СП 5.13130.2009, пункт 13.2.3: “Удаленность радиоканальных устройств от приемно-контрольного прибора определяется в соответствии с данными производителя, приведенными в технической документации и подтвержденными в установленном порядке”. То есть эти цифры должны быть приведены в руководстве по эксплуатации на радиосистему и подтверждены при сертификации оборудования.

Очень часто приходится сталкиваться с вопросом “Какова дальность действия того или иного радиоустройства?”. Но о конкретных цифрах можно говорить, лишь разобравшись в природе распространения радиоволн. Итак, каждая пара радиоустройств (например, “извещатель - радиорасширитель”) характеризуется энергетическим потенциалом, который определяется мощностью передающих устройств, чувствительностью приемных трактов и параметрами антенно-фидерных трактов. Этот энергетический потенциал (запас) на радиолинии в итоге определяет вероятность достоверной передачи цифровой информации и выражается в децибелах (дБ). Энергетический потенциал необходим для компенсации ослаблений радиосигнала, которые складываются из:

• ослабления сигнала в свободном пространстве;

 

• ослабления сигнала за счет препятствий на пути распространения радиоволн.

Ослабление сигнала на радиолиниях в свободном пространстве зависит от расстояния между радиоустройствами и носит логарифмический характер. На рис. 1 графически приведена зависимость ослабления сигнала от удаленности радиоустройств для радиочастотных диапазонов 433 и 868 МГц.

 

Ослабление за счет препятствий (строительных конструкций помещений) происходит в результате поглощения ими радиосигнала. Необходимо отметить, что долгое время для расчета ослабления сигнала за счет препятствий использовался механизм, основанный на теории дифракции (огибания) радиоволнами препятствий. Совсем недавно в целях планирования сотовых систем связи был разработан так называемый механизм проникновения радиоволн, который основан на возможности формирования вторичной электромагнитной волны после прохождения сигнала сквозь препятствие.
В итоге для оценки пригодности радиоинтервала сумму указанных ослаблений сигнала (в дБ) необходимо вычесть из заявленного производителем энергетического потенциала между радиоустройствами. Полученный результат и является расчетным энергетическим запасом между радиоустройствами. Его рекомендуемая величина (порядка 20-30 дБ) характеризует стабильную радиосвязь и предназначена для компенсации так называемых быстрых и медленных замираний радиосигнала. К быстрым замираниям, помимо явлений, связанных с самой природой распространения радиоволн, относятся ослабления сигнала, связанные с присутствием и перемещением в помещениях людей, а также многократным переотражением радиоволн внутри этих помещений. Вне помещений присутствуют также медленные замирания, определяемые в основном дневными и сезонными ослаблениями радиосигнала, вызванными рефракцией (искривлением траектории) за счет изменения диэлектрической проницаемости воздуха.
При распространении радиоволн внутри помещений имеется некоторое ограничение, связанное с так называемой предельной толщиной препятствия (стены), при превышении которой уже не происходит формирование вторичной электромагнитной волны. В зависимости от частоты сигнала и материала стен и перегородок предельная толщина составляет:

• бетон - 0,47 м (433 мГц) и 0,24 м (868 мГц);

 

• кирпич - 4,3 м (433 мГц) и 2,18 м (868 мГц).

Таким образом, можно считать, что ослабление радиосигнала в результате прохождения через одну стену при угле падения радиоволн на плоскую поверхность, равном 90°, не зависит от толщины препятствия при условии, что оно меньше предельной толщины и будет составлять значения, приведенные в таблице.
Если электромагнитная волна на поверхность попадает под углом, отличным от 90°, то предельная толщина стены становится несколько меньше, а ослабление сигнала за счет частичного отражения радиоволны - больше. На рис. 2 представлены графики ослабления радиосигнала в зависимости от угла, под которым он попадает на стены или перекрытия, и материалов, из которых они выполнены.

 

Примероценкидальностирадиосвязинаобъекте

Для примера возьмем шесть помещений. В первом из них установлен радиорасширитель, в последнем на расстоянии 48 м от радиорасширителя размещается радиоизвеща-тель (рис. 3).
Между ними имеется пять стен толщиной по 15 см, выполненных из пенобетона. Угол падения волны ф = 20°.

 

Ослабление сигнала в свободном пространстве V0= 58 дБ (рис. 1).
Ослабление сигнала за счет препятствий
Vnp= 5х5дБ = 25дБ (рис.2).
Суммарное ослабление сигнала Vj = 25 + 58 = 83 дБ.
Энергетический потенциал между радиорасширителем и его дочерним извещателем составляет 114 дБм, а между радиорасширителями -117 дБм. В рассмотренном случае энергетический запас на замирание равен 31 дБ (Рс = 114-83), в большинстве случаев этого более чем достаточно для организации надежной радиосвязи.
В целях увеличения дальности радиосвязи целесообразно применение радиорасширителей-маршрутизаторов. Не занимая адресного пространства системы, они позволяют создать более равномерную энергетическую плотность между радиорасширителями и в полной мере реализовать принцип автовыбора маршрута доставки сигналов между компонентами радиосистемы (динамическая маршрутизация).

Определениепараметроврадиосистемы

Последним этапом при разработке рабочей проектной документации является определение параметров радиосистемы - частотных каналов, разделов, сигнальных и исполнительных устройств и устройств управления с указанием их взаимосвязи.
Зачастую в проектной документации приводится только размещение радиоустройств на планах объекта и схемы их подключений, а в пояснительной записке указывают тип оповещения о пожаре и приводят расчет требуемой емкости резервных источников питания. Однако очень важно определить и документально оформить тактику работы радиосистемы! Именно на этапе проектирования должны задаваться и параметры радиорасширителей, как приемно-контрольных устройств радиосистемы:

• общие: параметры функционирования радиорасширителя;

 

• разделы: локальный раздел является основной функциональной единицей для управления и индикации состояния системы;

 

• реле: внешняя реакция на события в разделах;

 

• дочерние устройства: сигнальные, исполнительные и устройства управления, входящие в раздел, и их параметры функционирования;

 

• пользователи: кто и с каким кодом допущен к управлению локальным разделом.

Удобнее всего представить эти параметры в проектной документации в виде таблиц, таким образом облегчив впоследствии проверку конфигурации радиосистемы в будущем.

Таблица 2

 

 

Как показывает практика, приведенная методика оценки пригодности радиоинтервалов для беспроводных систем охранно-пожарной сигнализации и оповещения не вызывает каких-либо трудностей при расчетах. Более того, при внесении каких-либо изменений в планировку функционирующих зданий предложенная методика позволяет спрогнозировать и своевременно спланировать необходимые мероприятия по изменению структуры радиосистемы без проведения серьезных изыскательских работ, для чего иногда достаточно ограничиться перемещением одного или двух радиорасширителей. Понимание специалистами монтажных подразделений этой методики позволяет значительно сократить время при поиске мест оптимального расположения радиоустройств.

В заключение приведем основные рекомендации по монтажу оборудования радиосистем:
– радиорасширители и дочерние устройства следует монтировать по возможности дальше от металлических предметов, металлических дверей, металлизированных оконных проемов, коммуникаций и др.
– следует избегать установки радиоустройств вблизи различных электронных приборов, компьютерной техники, токоведущих кабелей, проводов, для того чтобы исключить влияние помех от функционирующих преобразователей напряжения, микропроцессоров и проч. на качество радиоприема. Рекомендуемое расстояние между радиорасширителями и электронными устройствами – не менее 1–1,5 м
 

Использованные материалы:

1. Александр БАБКИН, доцент кафедры технических систем безопасности и связи Воронежского института МВД России.

2. В. Берсенев, эксперт ЗАО «Фирма «ЮМИРС».

3. Журнал “Системы безопасности” №4, 2009, №2, №3 2010