Шаловливые ручки, или куда пропала мощность.

И так, мы попробуем познакомить беспроводных сетестроителей с культурой строительства БСПД и самой эксплуатации этих самых сетей.

Как мы говорили ранее в ряде наших статей, если вы оператор беспроводных сетей, в вашем штате желательно иметь радиоинженера (радиолюбителя), который ничего не понимает в программном обеспечении, но который понимает, что такое КСВ, АФУ и.т.д.

Не стоит сразу пугаться этих сокращений, достаточно просто выполнять, рекомендации и скорее всего проблем у вас не будет.

Читать теорию не всегда интересно, но от этого никуда не деться, и начинаем с азов.

Что такое КСВ?

Расшифровка, коэффициент стоячей волны (зарубежная аббревиатура SWR), имеет величину от 1,0 до бесконечности.

Коэффициент стоячей волны характеризует степень согласования антенны и фидера (ВЧ кабеля) (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера или антенны). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отраженная энергия ухудшает работу передатчика и может его повредить. КСВ рассчитывается следующим образом: КСВ=(Wпад+Wотр)/(Wпад-Wотр) где Wпад - падающая энергия, Wотр - отраженная энергия. В идеале КСВ=1, значения до 1,5 считаются приемлемым в УКВ диапазоне.

Чем выше КСВ, тем больше в % потеря мощности передатчика. Как правило за основу можно взять такие данные. При КСВ=1,93, 1,7, 1,57 потери мощности составит Рп=10%, 8%, 5%.

Что такое АФУ?

Антенно-фидерное-устройство (АФУ) – или, как еще иначе называют антенно-фидерный тракт. Включает в себя антенну, кабель ВЧ, разьемы ВЧ подключенный к передатчику линией передачи (фидером).

Теперь перейдем на язык более понятливый доморощенным специалистам. И так представьте электрический утюг. У него есть главный элемент это нагревательная спираль, которая питается от напряжения 220 вольт. Спираль имеет какое-то омическое сопротивление. Дальше все просто, по спирали течет ток, она нагревается, НО не перегорает. Причина, согласованности проходящего тока и омического сопротивления спирали. Если вы уменьшите спираль (обрежете) она практически мгновенно сгорит, или сгорит предохранитель, через который течет ток.

Запомнили, как работает утюг? Переносим этот пример на работу нашего радиомодема. У него есть передатчик имеющий, какую то выходную мощность, есть переходной разъем, возможно, наличие проходного ВЧ кабеля, и подключенная антенна.

Не вдаваясь в подробности, прошу взять за правило, величину 50Ом, это омическое сопротивления, выхода передатчика вашего модема, входа используемой вами антенны , и такое же омическое сопротивление должно быть у ВЧ кабеля и разъемах

Если вы игнорируете любое из правил, описанного в предыдущем абзаце, рекомендую начать читать статью сначала.

И так, мы поняли, что выходной каскад нашего радиомодема имеет омическое сопротивление 50Ом, мы знаем, что передатчик имеет выходную мощность, например 200 млват, мы взяли за правило, что подключаемая антенна, должна быть именно 50 Ом, кабель, через который она включается, должен быть то же 50 Ом.

Теперь пробуем это все, собрать в единую мысль. Ваш передатчик выдает какую-то мощность (с примером утюга это источник питания 220вольт) на выходе вашего передатчика должна быть некая нагрузка антенна (с примером утюга это спираль) идеальный вариант, когда вся мощность передатчика попадает в антенну, а антенна излучает ее в эфир, добавляя свой коэффициент излучения (изотропная мощность), с примером утюга, ваша спираль начнет нагреваться и работать. У вас не качественная антенна, энергия попадаемая в антенну возвращается обратно в передатчик, (на приере утюга у вас сгорит предохранитель), а в жизни выходно й каскад вашего радиомодема.

Но конечно у нас такого не бывает скажите вы, мы приведем самые распространенные ошибки, и проблемы которые возникали у вас.

1. Задумывались ли вы, какие антенны вы используете? Уверен, нет, наш опыт проведения проверок операторов показывает, что практически 80% беспроводных операторов использует или самодельные антенны или антенны с плохим качеством изготовления. Мы не будем говорить о таких параметрах, как Ку (коэффициент усиления антенны), ШДН (ширина диаграммы направленности). Мы поговорим о параметре КСВ, кто забыл, может вернуться выше и прочесть заново.

2.И так, КСВ, для надежной работы вашего передатчика, это самый главный параметр, идеально, когда КСВ вашей антенны находится в пределах 1,1-1,5.

Что же будет происходить, если ваша антенна имеет КСВ больше принятого номинала. Мощность, выдаваемая передатчиком, будет поступать на вход вашей антенны, выход передатчика, как правило, всегда согласованный, КСВ 1, если вход вашей антенны КСВ будет (например) 2, то часть мощности (а вернее почти ее половина) вернется обратно в передатчик. Результат, передатчик (выходной каскад) начнет нагреваться. Хорошо если в нем есть защита и он просто выключиться или снизит мощность. Но, если защиты нет, передатчик будет греться до тех пор, пока не выйдет из строя (вспомнили, утюг, спираль, предохранитель).

То же самое будет происходить, если ваша антенна, некачественного изготовления, не “держит” влагу. Влага, попадая в нее, вызовет окисления внутри разъемов, что повлияет на КСВ используемой антенны.

Иной случай, когда на выход передатчика подключают кабель с волновым сопротивлением 75Ом. Очень часто встречаются фрагменты сетей, где, на выход радиомодема, припаивается или через разъем в целях экономии, подключается телевизионный 75 Ом кабель. Не пытайтесь играться с мощностью, повышая ее до бесконечности «вдувая» в АФУ больше мощности, она все равно не дойдет до вашей антенны. В таких случаях, если вы выбрали такой путь подключения вашего радиомодема к антенне, рекомендуем на выходе передатчика и на входе антенны установить переходник из 75Ом в 50 Ом, правда в среднем на таком переходе у вас будет 3% потерь мощности.

Многие наверняка, прочитав статью, отнесутся к ней скептически, это право каждого. Но мы приведем вам пример, одной из причины, выхода из строя передатчиков достаточно известной радиокарты R52-350.

Как устроена радиокарта. Чип Атерос, две сборки (усилители мощности 2 ГГц и 5 ГГц) переключающий ключ между сборками, и обвес (резисторы, конденсаторы, стабилизаторы и.т.д.). Обращаю ваше внимание на выходные каскады. Радиокарта, имеет их два, один работает в диапазоне 2 ГГц, второй в диапазоне 5 ГГц. За счет этого достигается ее универсальность, и возможность работы в стандарте 802.11а, или 802.11б.

Так выглядят выходные сборки усилителей мощности.

The SST12LP15A is a high-power and high-gain power amplifier based on the highly-reliable InGaP/GaAs HBT technology.

The SST12LP15A can be easily configured for high-power applications with superb power-added efficiency while operating over the 2.4-2.5 GHz frequency band. It typically provides 32 dB gain with 26% power-added efficiency @ POUT = 24 dBm for 802.11g and 27% power-added efficiency @ POUT = 25 dBm for 802.11b.

The SST12LP15A has excellent linearity, typically ~4% added EVM at 23 dBm output power which is essential for 54 Mbps 802.11g operation while meeting 802.11g spectrum mask at 25 dBm. This device can be configured for applications with an added EVM of approximately 3.5%, up to 23 dBm over 2.3–2.4 GHz or 2.5–2.6 GHz WiBro/ WiMax frequency bands. SST12LP15A also has widerange (>25 dB), temperature-stable (~1 dB over 85°C), single-ended/differential power detectors which lower users’ cost on power control.

The power amplifier IC also features easy board-level usage along with high-speed power-up/down control. Ultralow reference current (total IREF ~2 mA) makes the SST12LP15A controllable by an on/off switching signal directly from the baseband chip. These features coupled with low operating current make the SST12LP15A ideal for the final stage power amplification in battery-powered 802.11g/b WLAN transmitter applications.

The SST12LP15A is offered in 16-contact VQFN package

The SST11LP12 is a high-power, high-gain power amplifier based on the highly-reliable InGaP/GaAs HBT technology.

The SST11LP12 can be easily configured for high-power, high-efficiency applications with superb power-added efficiency while operating over the entire 802.11a frequency band for U.S., European, and Japanese markets (4.9-5.8 GHz). It typically provides 35 dB gain with 16% poweradded efficiency @ POUT = 23 dBm. The SST11LP12 has excellent linearity, typically ~4% added EVM at 21 dBm output power which is essential for 54 Mbps 802.11a operation while meeting 802.11a spectrum mask at 23+ dBm. SST11LP12 also has wide-range (>20 dB), temperature-stable (~1 dB over 85°C), single-ended/differential power detectors which lower users’ cost on power control.

The power amplifier IC also features easy board-level usage along with high-speed power-up/down control. Ultralow reference current (total IREF < 3 mA) makes the SST11LP12 controllable by an on/off switching signal directly from the baseband chip. These features coupled with low operating current make the SST11LP12 ideal for the final stage power amplification in battery-powered 802.11a WLAN transmitter and access point applications.

The SST11LP12 is offered in 16-contact WQFN package

Кому интересно, вот и сама структурная схема сборок. Сборка работающая в диапазоне радиочастот 2 ГГц.

Сборка работающая в диапазоне радиочастот 5 ГГц.


Графики зависимости выходной мощности от работы в том или ином поддиапазоне.

Далее идет переключающий элемент (полевой ключ), который управляется программно (программным обеспечением, под которым работает радиокарта). Данный ключ необходим для выбора того или иного передатчика (сборки), при помощи этого-же ключа происходит отключение питания той или иной сборки. Например, вы выбрали работу в диапазоне 2 ГГц, значит, переключатель переключит усилитель мощности, который работает в 2 ГГц на антенный выход радиокарты, при этом отключить питание усилителя мощности работающего в диапазоне 5 ГГц, и наоборот.

Примерная схема работы.

Представим такую ситуацию, у вас есть устройство (РЭС “РАПИРА”), которое умеет работать в двух диапазонах, 2 ГГц и 5 ГГц. Вы честно работаете на своем отведенном вам диапазоне 5 ГГц. У вас собранна вся система АФУ под ваш диапазон и все работает прекрасно. До того момента, пока «инженер» не захочет посмотреть, а что там творится в диапазоне 2 ГГц. Что он делает, он входит в систему управление, и переводит диапазон работы из 5 ГГц в 2 ГГц, при этом програмно остается прописанная мощность для диапазона 5 ГГц. И если там была установленна максимальная мощность, то и включенную сборку пойдет команда работы с максимальной мощностью.

Что происходит, естественно, что он практически ничего не “видит”, в диапазоне 2 ГГц, так как АФУ, просто не умеет работать в данном диапазоне. А передатчик(сборка), работающий в диапазоне 2 ГГц, начинает нагреваться. Причина, установленное АФУ, не умеет работать в диапазоне 2 ГГц, КСВ-1,1 АФУ рассчитанное на работу в 5 ГГц, для диапазона 2ГГЦ составит 10, а то и больше.

В результате, выходная сборка усилителя мощности на 2 ГГц перегревается и выходит из строя. Причем, выйти из строя может так, что появляется короткое по шине электропитания. В результате, срабатывает защита блока питания (если она есть) и отключает полностью все устройство. Если защиты в блоке питания нет, может прогореть дорожка питания на самой процесорной плате.

Вот фотографии радиокарточки, на которой совершили такой опыт.

Обратите внимание, на красные кружки, это и есть сборки усилителей мощности, там, где пустое место, сборка просто от разогрева развалилась.

Черная точка, виднеющаяся на теплопроводящей резине защитной крышки, ни что иное, как последствия высокой температуры.

При этом, дополнительно у вас подгорит переключающий ключ радиокарты (он останется работоспособным, но вместо 1Дб потерь, потери которые могут быть там теперь спрогнозировать невозможно).

Что мы имеем, полное нарушения условий эксплуатации оборудования, такое оборудование под гарантийный случай не попадает. А значит, ваш “инженер” вывел из строя дорогое оборудование, и парализовал работу вашей БСПД.

Из опыта скажу, этим недостатком страдают именно комбинированные радиокарты, которые уже имеют на своем борту эти самые выходные сборки (усилителей мощности), двух диапазонов.

Радиокарты с выходной мощностью, до 50 млват, в таком недостатке замечены не были. Но рисковать мы не советуем.

Какие советы мы можем вам предложить. Настаивал настаиваю и буду наставивать, наличие радиоинженера в компании. Категорически запретить заниматься монтажем БСПД системных администраторов. Или только после специального обучения.

Наличие оборудования КИП, для проверки АФУ. Оборудование это достаточно дорогое, и если вы не можете себе это позволить, измеритель КСВ можно изготовить самому, но лучше прибегнуть к помощи, местного радиолюбителя, в каждом городе их много.

Схему КСВметра можно например взять отсюда.

http://www.lan23.ru/wifi/vswr/vswr.html
Или купить готовый.

Стоимость такого прибора может достигать от 1 до 1,8 тысячи долларов.

Вот еще один из примеров измерения КСВ. http://www.imc.org.ua/index3.php?a=lab1

Или использовать в качестве индикатора прибор LFM-700 с измерительной головкой, стоимость такого прибора составит до 4тыс$, но в придачу вы получаете еще и анализатор спектра.

http://www.imc.org.ua/index3.php?a=atcl612a

И самое главное, это культуры строительства и эксплуатации БСПД.
Если у вас возникли вопросы, вы можете обратиться в нашу службу технической поддержки, или задать свой вопрос на нашем форуме http://rubka.net/.
S71291.pdf

S71278.pdf