Антенны производства компании HUBER+SUHNER AG для беспроводных систем связи на транспорте
Автор:
Алексей Гнутов
(gae@nktele.ru)
Источник:
Журнал "Беспроводные технологии", 2009, №3 - 40-43с.
http://www.wireless-e.ru/articles/market/2009_3_40.php
Аннотация
Применение беспроводных систем связи на транспорте позволяет качественно организовать системы управления его движением и повысить привлекательность для пассажиров за счет создания новых, современных услуг связи и предоставле- ния необходимой информации. Реализация подобных систем требует не только учета целого ряда специфичных для транспорта факторов, но и соответствующей компонентной базы. В статье представлен обзор отвечающих всем актуальным для данной продукции требованиям антенн для применения на транспорте про- изводства швейцарской компании HUBER+SUHNER AG (H+S).
Компания H+S предлагает несколько семейств антенн, предназначенных для применения на железнодорожном и городском транспорте (табл. 1). Данные изделия могут использоваться в составе систем, ориентированных на решение служебных задач или реализацию дополнительных сервисов для пассажиров. Например, информирование машиниста и пассажиров о местоположении поезда или времени до следующей остановки, предоставление доступа в Интернет и к сетям мобильной связи, управление движением транспорта, учет пассажиров и времени в пути, организация систем видеонаблюдения и т. д.
Т а б л и ц а 1 . Антенны H+S для транспорта H+S
| Семейство антенн | Применение | |||
| Поезда | Метро | Трамваи | Автобусы | |
| SENCITY@ Rail | + |
+ |
||
| SENCITY@ Rail Excel | + |
+ |
||
| SENCITY@ Avant | + |
+ |
||
Особенностью антенн H+S рассматриваемых семейств является широкополосность. Диапазон рабочих частот в пределах 380–5875 МГц позволяет использовать их в приложениях TETRA, GSM, GSM-R, UMTS, Wi-Fi, WiMAX и других стандартах беспроводной связи. Кроме того, навигационная антенна GPS/ГЛОНАСС, интегрированная в ряд изделий, позволяет принимать сигналы систем спутниковой навигации, что еще более расширяет гамму возможных решений. Выбор конкретного типа антенны осуществляют исходя из предполагаемого формата связи, типа транспортного средства, расположения базовых станций и профиля сооружений на пути следования.
Всенаправленные антенны SENCITY Rail для железнодорожного транспорта
Основу семейства SENCITY Rail в настоящее время составляют широкополосные всенаправленные антенны со встроенной пассивной или активной GPS/ГЛОНАСС-антенной (или без нее). Широкополосные антенны имеют диапазон рабочих частот 870–5875 МГц, линейную вертикальную поляризацию и отличаются высоким коэффициентом усиления (табл. 2). КСВН антенн в диапазоне рабочих частот не превышает 1,5–2,0 единицы. Встроенная навигационная GPS/ГЛОНАСС-антенна имеет правую круговую поляризацию. Коэффициент усиления этой антенны без усилителя — не менее 6 дБи, коэффициент усиления малошумящего усилителя активной антенны — 27+/–2 дБ. Питание усилителя (3,0–5,0 В, 25 мА) подается непосредственно на выход антенны. В качестве интерфейсных соединителей используются разъемы типов N или TNC. Развязка между навигационным и широкополосным выходом составляет не менее 28 дБ во всем диапазоне рабочих частот.
Т а б л и ц а 2 . Характеристики широкополосной антенны
| Диапазон частот, МГц | 870–960 | 1710–2170 | 2400–2700 | 3400–3700 | 5150–5875 |
| Волновое сопротивление, Ом | 50 | ||||
| КСВН* | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 2,0 |
| Поляризация | Линейная, вертикальная | ||||
| Коэффициент усиления, дБи | 6,0 | 8,5 | 9,5 | 9,5 | 8,5 |
| Развязка между выходами, дБ | >30 | >40 | >40 | >37 | >28 |
| Максимальная мощность, Вт | 400 | ||||
Несущим элементом конструкции антенн является массивное металлическое основание. На нем смонтированы широкополосный излучатель сложной формы, модуль GPS, интерфейсные разъемы и защитный кожух (рис. 1а). Форма защитного кожуха выбрана с учетом аэродинамических нагрузок при высоких скоростях движения. На нижней поверхности антенны размещаются интерфейсные разъемы и специальная уплотнительная прокладка (рис. 1б). Габаритные размеры изделия — 260D100D90 мм, масса — 1,2 кг. Диапазон рабочих температур: –40…+85 °С.
Антенны SENCITY Rail были разработаны специально для железнодорожного транспорта и соответствуют стандартам в области безопасности, регламентирующим огнестойкость и токсичность выделяемого дыма (NF F101-16), устойчивость к климатическим воздействиям (EN50155), защиту от короткого замыкания (UIC533, EN50122-1) и электромагнитную совместимость (EN50121-3-2) [1].
Т а б л и ц а 3 . Варианты исполнения антенн SENCITY Rail
| Тип | Обозначение | Замечания | Диапазон частот, МГц |
Коэффициент усиления, дБи |
Поляризация |
| 1399.17.0039 | SWA-0859/360/4/0/V | – | 870–5875 | 6,0–9,5 | вертикальная |
| 1399.17.0043 | SWA-0859/360/4/0/DF | + пассивный GPS |
870–5875 | 6,0–9,5 | вертикальная |
| 1399.17.0044 | SWA-0859/360/4/0/DFRX30 | + активный GPS | 870–5875 | 6,0–9,5 | вертикальная |
| 1399.99.0121 | SWA-0859/360/4/0/ DFRX30_3 |
+ активный GPS/ГЛОНАСС |
806–5935 | 6,0–9,5 | вертикальная |
Применение высокопрочного пластика для изготовления защитного кожуха позволяет надежно защитить антенну от воздействия града и попадания мелких посторонних предметов даже на высокой скорости движения, и в то же время за счет небольшого количества используемого материала минимальны возможные выбросы вредных веществ в случае возгорания. Уплотнительная прокладка на нижней поверхности основания при правильной установке [2] обеспечивает выполнение требований IP68 и гарантирует надежную защиту антенны и оборудования внутри поезда даже от интенсивного воздействия влаги и пыли. Через небольшое дренажное отверстие в основании внутренние объемы антенны и транспортного средства сообщаются друг с другом, что препятствует накоплению конденсата под защитным кожухом (рис. 2) при резком изменении окружающей температуры.
Одним из требований, предъявляемых к антеннам на железнодорожном транспорте, является защита от поражения электрическим током в случае обрыва контактного провода. Для этого широкополосные излучатели антенн SENCITY Rail заземлены на несущие основания. При правильной установке это гарантирует безопасность персонала, пассажиров и оборудования внутри подвижного состава (рис. 3). Особое значение в данном случае имеет качество электрического контакта между антенной и крышей поезда (или специальной заземляющей пластиной, если антенна установлена на пластиковой крыше). Перед монтажом на металлическую крышу необходимо соответствующим образом подготовить ее поверхность [2].
Широкополосные антенны SENCITY Rail можно использовать в системах, работающих сразу в нескольких форматах связи. Это потребует применения соответствующих вспомогательных элементов: фильтров, диплексоров, делителей мощности, дополнительных кабельных сборок и т. д. На рис. 4 представлен вариант одновременного использования антенны для навигации, передачи информации о местонахождении и состоянии подвижного состава диспетчеру, служебной связи на станциях и предоставления дополнительных сервисов для пассажиров. В Российской Федерации антенны SENCITY Rail нашли успешное применение в составе системы мониторинга движения железнодорожного транспорта, организованной с использованием GPS/ГЛОНАСС-навигации и GSM.
В III квартале 2009 года предполагается расширение семейства SENCITY Rail за счет сверхширокополосных антенн 380–5875 МГц и низкопрофильных антенн с диапазоном частот 380–2500 МГц для применения в решениях с жесткими ограничениями по высоте.
Направленные антенны SENCITY Rail Excel для железнодорожного транспорта
Антенны семейства SENCITY Rail Excel сконструированы аналогично SENCITY Rail, но имеют большие размеры (510D85D100 мм) и массу 2,2 кг (рис. 5). Пространство необходимо для размещения направленных излучателей. Диаграммы направленности антенн имеют один или два максимума, ориентированных вдоль большего размера антенны. Диапазоны рабочих частот антенн соответствуют форматам Wi-Fi/WiMAX 2,4; 3,5 и 5 ГГц (табл. 4).
Т а б л и ц а 4 . Варианты исполнения антенн SENCITY Rail Excel
| Тип | Обозначение | Диаграмма направленности |
Диапазон частот, МГц |
Коэффициент усиления, дБи |
Поляризация |
| 1324.17.0089 | SPA-2400/40/15/10/V_3 | направленная | 2400–2650 | 14,5–11,5 | вертикальная |
| 1324.17.0070 | SPA-2400/50/12/10/V | двунаправленная | 2400–2650 | 13,5–10,0 | вертикальная |
| 1336.17.0030 | SPA-3600/50/13/15/V | двунаправленная | 3400–3800 | 13,5 | вертикальная |
| 1356.17.0010 | SPA-5600/45/12/10/V | направленная | 4900–5935 | 12,5 | вертикальная |
| 1356.17.0042 | SPA-5600/45/12/10/V_1 | двунаправленная | 4900–5725 | 12,0–13,0 | вертикальная |
При реализации сплошного покрытия вдоль преимущественно прямого пути следования значительной протяженности применение всенаправленных антенн становится неэффективным, так как в силу малого коэффициента усиления требуется значительное число базовых станций. При использовании направленных антенн с большим коэффициентом усиления плотность размещения базовых станций вдоль пути следования может быть существенно снижена. Антенны SENCITY Rail Excel предназначены как раз для таких решений (рис. 6). Антенны SENCITY Rail и SENCITY Rail Excel в ряде решений могут эффективно дополнять друг друга [4]. На рис. 7 представлен пример одновременного использования направленных (слева) и всенаправленных (справа) антенн.
Антенны для покрытия внутри подвижного состава
В дополнение к семействам SENCITY Rail и SENCITY Rail Excel компания H+S предлагает антенны для выполнения беспроводных межвагонных соединений (рис. 8а, в) и реализации покрытия внутри подвижного состава (рис. 8б).
Ассортимент антенн для покрытия внутри подвижного состава включает изделия с диапазоном рабочих частот от 2,4 до 6,0 ГГц (табл. 5). Конструктивные исполнения антенн предусматривают один из двух способов установки — в потолочные панели или на стенки вагонов. Изделия выполняются из не распространяющих горение и малотоксичных материалов с применением антивандальных технологий. По требованию заказчика антенны могут поставляться с различным цветом защитного покрытия и необходимыми интерфейсными соединителями. Типовым применением для данных антенн является организация сетей доступа Wi-Fi 2,4 и 5 ГГц, WiMAX 2,6 и 3,5 ГГц [5].
Т а б л и ц а 5 . Характеристики антенн для покрытия внутри подвижного состава
| Тип | Обозначение | Диаграмма направленности |
Диапазон частот, МГц |
Коэффициент усиления, дБи |
Поляризация |
| 1324.17.0071 | SOA-2400/360/4/20/V_2 | всенаправленная | 2400–2500 | 4,0 | вертикальная |
| 1324.26.0049 | SPA-2400/75/9/0/V_1 | направленная | 2300–2500 | 8,5 | вертикальная |
| 1356.17.0043 | SOA-5600/360/3/20/V_1 | всенаправленная | 4900–5935 | 7,0 | вертикальная |
| 1356.26.0013 | SPA-5600/60/10/0/V_1 | направленная | 5150–5875 | 9,5 | вертикальная |
Антенны для межвагонных соединений выполняются с применением пластмасс высокой прочности и соответствуют IP65. Данные антенны ориентированы на применение в форматах связи Wi-Fi 2,4 и WiMAX 5 ГГц. Использование беспроводных соединений между вагонами существенно повышает их надежность и упрощает процесс переформирования составов (табл. 6).
Т а б л и ц а 6 . Характеристики антенн для реализации межвагонных соединений
| Тип | Обозначение | Диаграмма направленности |
Диапазон частот, МГц |
Коэффициент усиления, дБи |
Поляризация |
| 1324.17.0077 | SPA-2400/75/9/0/V_2 | направленная | 2400–2500 | 9,0 | вертикальная |
| 1356.17.0054 | SPA-5600/55/8/0/V | направленная | 5150–5875 | 8,5 | вертикальная |
Семейство антенн SENCITY Avant для городского транспорта
Антенны семейства SENCITY Avant (рис. 9) предназначены для применения в составе систем связи, устанавливаемых на составы поездов метрополитена, трамваи, автобусы и троллейбусы. Менее строгие требования в части защиты от поражения электрическим током на данных видах транспорта позволяют отказаться от массивного металлического основания, используемого в антеннах SENCITY Rail (Excel), и тем самым существенно уменьшить габариты и массу изделий. Электрические характеристики и функциональность антенн SENCITY Avant (табл. 7)аналогичны антеннам SENCITY Rail. Это всенаправленные широкополосные антенны с диапазоном рабочих частот от 806 до 5150 МГц с вертикальной поляризацией и возможностью реализации со встроенной активной или пассивной GPS-антенной или без нее. Антенны SENCITY Avant отличаются высоким коэффициентом усиления. Характеристики встроенной навигационной антенны аналогичны используемой в составе SENCITY Rail.
Т а б л и ц а 7 . Характеристики антенн SENCITY Avant
| Тип | Обозначение | Замечания | Диапазон частот, МГц |
Коэффициент усиления, дБи |
Поляризация |
| 1399.17.0099 | SWA-0860/360/4/0/V_2 | 806–5150 | 6,0–9,5 | вертикальная | |
| 1399.17.0100 | SWA-0860/360/4/0/DF_2 | с пассивной GPS | 806–5150 | 6,0–9,5 | вертикальная |
| 1399.17.0101 | SWA-0860/360/4/0/DFRX_2 | с активной GPS | 806–5150 | 6,0–9,5 | вертикальная |
Семейство SENCITY Avant существенно экономичнее антенн для железнодорожного транспорта. Конструкция антенн предусматривает более простой способ установки. По желанию заказчика в качестве интерфейсных разъемов могут использоваться соединители серий быстрого соединения H+S QN и QMA, существенно упрощающие монтаж систем на транспортное средство [6]. Габаритные размеры изделия составляют 250D70D90 мм, масса — 0,51 кг. Диапазон рабочих температур: –40…+85 °С. Антенны SENCITY Avant можно использовать в составе многофункциональных систем связи на городском транспорте, объединяющих служебные функции и дополнительные сервисы для пассажиров. Например, такие системы применяют для определения местоположения различных видов городского транспорта, координации движения и управления светофорами, информирования пассажиров о следующей остановке и времени в пути, передачи служебной информации и т. д. (рис. 10).
Заключение
Антенны производства H+S находят широкое применение в Западной Европе, Северной Америке и России. Ассортимент изделий позволяет реализовывать разнообразные беспроводные решения на подвижном составе железных дорог, судах и различных видах городского транспорта. Традиционным для продукции H+S является высочайшее качество, надежность и наилучшее соответствие условиям применения.
Литература
- Antennas and coaxial cables for Railway, light rail, metro and trolley-bus applications. V. 2.2,H+S AG (предоставляется по запросу).
- Guideline and Instruction Manual Rail. V. 3.0, H+S AG (предоставляется по запросу).
- www.hubersuhner.com
- Railway Products / Каталог 2009. H+S AG.
- Antennas and Coaxial Cables for Railway, Light Rail and Trolley-Buses. H+S AG.
- RF Coaxial Connectors General Catalogue / Каталог 2007/2008. H+S AG.