Разработка пассивного переизлучателя для мобильной связи стандарта GSM 900

2 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ.

В данном дипломном проекте поставлена задача разработать пассивный переизлучатель для мобильной связи стандарта GSM 900. Это устройство предназначено для приема сигнала связи вне здания и переизлучения его в помещении, а также наоборот. Основные электрические характеристики, которым должен удовлетворять переизлучатель, приведены в техническом задании.

В настоящее время для переизлучения сигнала в сложных условиях приема используют активные переизлучатели с радиусом действия до 2 км. Такие переизлучатели достаточно дороги ( от 900$ и выше ), что делает их установку в зонах с малой интенсивностью трафика экономически нецелесообразной.

Существует также проблема совмещения мобильных телефонов различных фирм с наружной антенной, так как не существует единого стандарта подключения. То есть разными фирмами применяются различного вида разъемы. При применении переизлучателя данная проблема отпадает. Так же количество пользователей становится физически не ограниченным, что делает систему предпочтительней перед наружной антенной. Например, в офисе может оказаться сразу несколько человек имеющих мобильные телефоны. Они смогут позвонить одновременно, не прибегая к неудобной процедуре подключения к наружной антенне.

Направленная антенна определяется несколькими параметрами, а именно:

 рабочий диапазон

 коэффициент усиления

 импеданс антенны ( волновое сопротивление )

 КСВ ( коэффициент стоячей волны )

Частота, на которой работает  телефон, должна попадать в рабочий диапазон выбираемой антенны, коэффициент усиления определяет дальность радиосвязи ( чем больше номинал К.У., тем дальше связь ), импеданс антенны должен быть равен 50 Ом, а коэффициент стоячей волны – не превышать 2-х.

Антенну следует крепить так, чтобы вибраторы стояли вертикально. В условиях прямой видимости между базой радиотелефона и его трубкой ориентировать направленную антенну нужно так, чтобы направляющие трубы ( бумы ) были нацелены в область местонахождения трубки радиотелефона или в сторону ближайшей базовой станции ( соты ), при использовании сотового телефона. Если мы не знаем, где находится ближайшая базовая станция сотовой связи, то направление на нее можно найти следующим способом: подключив сотовый телефон к антенне с помощью кабеля и антенного адаптера и, ориентируя антенну в различных направлениях, нужно добиться максимальных показаний индикатора уровня сигнала. При этом надо  не забывать убирать руки от антенны при каждом измерении, которое должно длиться не менее 10-20 секунд.

На частотах более 300 МГц радиоволны распространяются практически по прямой ( применимы законы геометрической оптики ). В реальных условиях редко осуществляется прямая видимость. На пути распространения радиолуча как правило, оказывается лес, строения и другие предметы. Падая на стены домов, радиолуч частично проходит через них, испытывая ослабление, в основном же отражается. Так же радиолуч испытывает преломления ( эффект дифракции ), особенно сильные на углах зданий и других железобетонных конструкций. Чем  более насыщена стена железной арматурой тем больше радиолуч отражается от нее, и тем большее преломление испытывает на ее углах. Эффект преломления можно использовать для увеличения дальности радиосвязи. Так водная поверхность ( озеро, пруд ), расположенная между базой и трубкой может значительно увеличить дальность радиосвязи за счет преломления радиолуча.

Максимальная эффективность антенны достигается при ее высоком подвесе над поверхностью земли, потому что при этом увеличивается расстояние прямой видимости. Высота подвеса антенны ограничена длинной кабеля, так как в нем существует затухание. Даже при наличии хорошего кабеля, не рекомендуется использовать его длину более 30 м.

Если прямой видимости нет, ориентировать антенну следует,  учитывая переотражения радиолуча при его распространении. При этом оптимальная ориентация в конкретных условиях может быть найдена только экспериментально и может очень сильно отличаться от направления по прямой между базой и трубкой радиотелефона ( см. рис. 1 ), вплоть до противоположного направления.

Рис. 1.

Практически все сотовые телефоны ( за редким исключением ) имеют гнезда для подключения внешней антенны с входным сопротивлением 50 Ом, что заставляет производителей наружных антенн применять дорогой кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. В разрабатываемом устройстве можно применить кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, его характеристики гораздо выше и стоит он в 1,5 раза дешевле. Технические характеристики коаксиальных кабелей приведены в таблице 1.

Все перечисленные положительные факторы, а также то не мало важное обстоятельство, что данный переизлучатель не имеет аналогов на рынке, делает данный технический проект экономически обоснованным и выгодным.

Таблица 1. Высококачественные ТВ коаксиальные кабели с торговой маркой CAVEL ( Италия ).

Таблица 2. Антенны диапазона 900 МГц для сотовых телефонов стандарта GSM.