Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Rola anten w systemach monitorowania alarmów na przykładzie produktów firmy Poynting. Część 2.

Printer Friendly and PDF

Poprzednia część dotyczyła podstaw radiokomunikacji, a zwłaszcza zagadnień związanych z antenami i ich wpływem na eliminację szumów. Antena jest częścią bezprzewodowej instalacji zabezpieczającej i ma decydujący wpływ na działanie całego systemu. Dlaczego więc jej rola jest tak często lekceważona przez użytkowników?

Przyczyn jest kilka. Niewiele z powszechnie używanych urządzeń mobilnych ma widoczną antenę lub złącze do podłączenia anteny zewnętrznej. Przeważnie antena jest ukryta we wnętrzu obudowy i osobom niezorientowanym w temacie może się wydawać, że jej w ogóle nie ma. W dogodnych warunkach eksploatacyjnych, czyli tam, gdzie sygnał ze stacji bazowych sieci komorowej jest silny, na przykład w miastach i wzdłuż ważniejszych tras komunikacyjnych, urządzenia mobilne działają poprawnie, więc użytkownik nabiera przekonania, że żadna antena zewnętrzna nie jest konieczna. Po znacznym oddaleniu się od stacji bazowej okazuje się jednak, że bez dodatkowej anteny urządzenie przestaje poprawnie działać, połączenie nie jest stabilne i nie można na nim polegać.

Fot. 1. Antena Poynting XPOL-2 LTE MIMO zapewnia komunikację internetową LTE małym firmom i obiektom prywatnym (Autor: Frontier Computer Corp. b.v.).

 

W realnych warunkach eksploatacyjnych użycie anteny zewnętrznej radykalnie poprawia jakość i niezawodność działania łącza radiowego. Dotyczy to zarówno obszarów gęsto zabudowanych, gdzie na drodze od nadajnika do odbiornika jest wiele przeszkód materialnych, takich jak wysokie budynki czy urządzenia przemysłowe, jak i obszarów wiejskich, gdzie przeszkód nie ma, ale odległości między nadajnikiem a odbiornikiem są znaczne. Mimo że zastosowanie odpowiednich anten jest ze wszech miar zalecane, często inwestor bądź instalatorzy nie decydują się na nie. Jest wiele czynników wpływających na taką decyzję.

Jednym z nich jest czas i koszt instalacji. W systemach zabezpieczających dba się o to, by centrala alarmowa była zainstalowana w dobrze chronionym miejscu, w zamkniętym pomieszczeniu bez okien, za ciężkimi, metalowymi drzwiami, najlepiej gdzieś w piwnicy. Aby zaoszczędzić czas instalator montuje nadajnik systemu monitorowania w tym samym pomieszczeniu. Takie rozwiązanie można zastosować, gdy stacja monitorowaniu alarmów mieści się dwie ulice dalej i poziom sygnału jest bardzo wysoki, ale przy większych odległościach skuteczność działania takiego systemu będzie niewielka.

Fot. 2. Kierunkowe anteny Poynting LDPA-92 zapewniają połączenie ze stacją BTS na odległość 15 km (Autor: Fergus, Ireland)

 

Często zdarza się, że instalatorzy nie mają wystarczającej wiedzy z dziedziny radiokomunikacji i zdają się na rozwiązania fabryczne. Tymczasem producenci sprzętu koncentrują się jedynie na dostawie dobrze działających urządzeń i nie wypowiadają się na temat doboru anten. Często do zestawu dołączana jest fabryczna antena, montowana wprost na złączu wyjściowym nadajnika, która powinna służyć jedynie do wstępnego uruchomienia systemu, a nie do jego eksploatacji.

Fot. 3. Wielofunkcyjna antena Poynting MIMO-1 zamontowana na ciężarówce. We wspólnej obudowie znajdują się dwie anteny LTE, antena GPS/Glonass oraz dwie anteny Wi-Fi (na pasma 2.4 i 5GHz)

 

Często przy opracowywaniu projektu antena w ogóle nie zostaje uwzględniona. Nikt nie myśli o roli anteny w projekcie komunikacji bezprzewodowej. W rezultacie w kosztorysie nie ma przewidzianych kosztów instalacji dobrych anten.

Osobnym zagadnieniem jest właściwy dobór anten. W różnych warunkach eksploatacyjnych powinny być użyte różne anteny, tak jak w samochodzie opony powinny być dostosowane do warunków drogowych. Nie ma dwóch identycznych przypadków, można jedynie sformułować ogólne zalecenia. W aglomeracji miejskiej, gdzie odległości od stacji bazowych są niewielkie, a na swej drodze sygnał radiowy ulega wielokrotnym odbiciom, można stosować proste anteny dookolne. W terenie otwartym, na przedmieściach i na wsi, gdzie odległości od stacji bazowych są znacznie większe niż w mieście, zdecydowanie lepsze są anteny kierunkowe.

 Fot. 4. Kierunkowe anteny Poynting LDPA-92 umożliwiają połączenie ze stacją BTS na odległość 15 km (Autor: Poynting Europe GmbH)

 

Kolejnym czynnikiem zniechęcającym jest niska trwałość anten dostępnych w handlu detalicznym. Często nie wiadomo, jaki producent wyprodukował dane anteny, nie przeszły one żadnych testów wytrzymałościowych. Ich odporność na niszczące czynniki środowiskowe jest niewielka. Instalator woli umieścić taką antenę w zamkniętym pomieszczeniu niż instalować ją na zewnątrz budynku, gdzie po kilku miesiącach ulegnie zniszczeniu przez wiatr.

Antena kierunkowa lub dookolna

Wiele osób zakłada, że antena kierunkowa o wysokim zysku energetycznym jest zawsze anteną najlepszą, jednak w praktyce nie zawsze tak jest. Antena powinna być dostosowana do warunków pracy.

Jeżeli użytkownik korzysta z więcej niż jednej stacji bazowej, najlepszym rozwiązaniem jest antena dookolna, np. Poynting XPOL-1 lub dwie anteny OMNI-292. Istnieje wiele powodów, dla których lepiej jest mieć dostęp do więcej niż jednej stacji bazowej.

Gdy użytkownik znajduje się na obszarze zabudowanym, sygnał radiowy ulega wielokrotnym odbiciom, a stacje bazowe są rozmieszczone w małych odległościach od siebie, co oznacza, że użytkownik ma dostęp do więcej niż jednej stacji bazowej. Może wtedy wybrać antenę kierunkową, np. Poynting XPOL-2.

Do komunikacji z tylko jedną stacją bazową na obszarze niezurbanizowanym najlepiej wybrać antenę kierunkową o wysokim zysku energetycznym, co poprawi budżet energetyczny łącza radiowego. Jeżeli stacja bazowa znajdująca się najbliżej użytkownika jest mocno obciążona, to zachodzi potrzeba skomunikowania się z dalszą stacją o mniejszej liczbie użytkowników. Najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie anteny kierunkowej.

Operatorzy sieci komórkowych zaczynają dostrzegać potrzeby społeczności z obszarów niezurbanizowanych, tzn. terenów wiejskich czy przedmieść, wymagające inwestowania celem poprawienia jakości mobilnych usług szerokopasmowych. W niektórych krajach europejskich lokalni operatorzy gwarantują swoim abonentom indywidualnym lub biznesowym pewien minimalny poziom usług. Anteny Poynting są wyselekcjonowane przez największego operatora w Norwegii oraz w Danii. Dokładne testy wykazały, że anteny XPOL-2 oraz XPOL-1 oferowane przez firmę Poynting są najbardziej niezawodne i skuteczne.  

Fot. 5. Antena kierunkowa Poynting XPOL-2 LTE MIMO zamontowana w Tunelu Gotthard w Szwajcarii. Antena zapewnia komunikację z naziemną siecią telekomunikacyjną, dzięki czemu w tunelu można wyświetlać reklamy (Autor: Movinglight-design.ch).

 

Postępy w technice antenowej mogą w krótkim czasie i przy stosunkowo niskich kosztach znacznie poprawić łączność i działanie sieci komórkowej. Dzięki zastosowaniu odpowiednio dobranych anten Poynting wzrośnie szybkość pobierania danych.

Podsumowując – aby zapewnić niezawodne działanie systemu, w tym skuteczne monitorowanie alarmów i przekazywanie obrazów z wizyjnego systemu dozorowego z wykorzystaniem łącz 3G/4G bądź – w niedalekiej przyszłości – 5G (np. transmisja obrazów z kamer montowanych na samochodach, autobusach, czy na placach budów), należy zastosować starannie dobrane anteny o jak najwyższej jakości wykonania. Dobrze jest skoncentrować się na wyrobach jednego, renomowanego producenta, gdyż wtedy można liczyć na usługi serwisowe i wsparcie techniczne. Takie warunki są spełnione przez wyroby firmy Poynting z RPA.

Co wyróżnia anteny firmy Poynting?

Asortyment produktów firmy Poynting jest na tyle szeroki, że praktycznie do każdego z chronionych obiektów da się dobrać właściwą antenę. Dotyczy to zarówno anten do sieci komórkowych, jak i anten służących do radiowej transmisji danych związanych z monitoringiem alarmów, a także typowych anten radiokomunikacyjnych. Są to setki wyrobów różniących się zakresami częstotliwości1, charakterystykami promieniowania2, zyskiem energetycznym3, polaryzacją4. Projektantowi czy instalatorowi systemu umożliwia to swobodne dobranie właściwej anteny do warunków pracy.

Jak już wspomniano, wiedza na temat doboru profesjonalnych anten radiokomunikacyjnych nie jest powszechna, jednak firma Poynting wychodzi naprzeciw projektantom i instalatorom, dostarczając dokumentację techniczną oraz służąc poradami w każdym z indywidualnych przypadków.

Problemy z trwałością anten Poynting praktycznie nie istnieją. Technologia produkcji jest na najwyższym światowym poziomie, zaś jakość materiałów nie budzi najmniejszych zastrzeżeń. Złącza antenowe spełniają najwyższe wymagania środowiskowe. Produkty firmy Poynting znajdują zastosowanie zarówno w warunkach lądowych, w instalacjach stacjonarnych i ruchomych (np. XPOL-2, XPOL-1, OMNI-280, PUCK, MIMO-1, MIMO-3), jak i morskich (np. OMNI-291 lub OMNI-402), gdzie niszczący wpływ słonej wody i silnego wiatru nie może być pominięty.

Tyle o jakości produktów firmy Poynting. Wróćmy do zagadnień technicznych. Dlaczego anteny firmy Poynting zapewniają lepszą jakość połączeń radiowych niż inne?

Istotnym, nie omówionym dotychczas zagadnieniem jest szerokopasmowość anten. Monitorowanie alarmów nie ogranicza się do przekazywania sygnałów z centrali alarmowej do stacji bazowej (o czym była mowa w pierwszej części artykułu. Często przekazywane są również obrazy z kamer i sygnały telemetryczne z urządzeń automatyki budynkowej. Taka transmisja odbywa się w szerokim zakresie częstotliwości, często nawet w różnych pasmach5

Innym przykładem transmisji szerokopasmowej jest telefonia komórkowa, w której różne rodzaje modulacji są stosowane w różnych pasmach. Antena, która ma zapewniać jednoczesną transmisję w systemach GSM900, GSM1800, LTE 4G, LTE 5G i Wi-Fi musi zapewniać wymagane parametry robocze w zakresach od 690 MHz do 960 MHz, od 1710 MHz do 2170 MHz, od 2300 MHz do 2700 MHz, od 3400 MHz do 3800 MHz (5G) i od 5000 MHz do 6000 MHz.

Konstrukcja anten spełniających tak wysokie wymagania jest bardzo skomplikowana. W celu osiągnięcia dobrych efektów konieczne jest zaangażowanie wysoko wykwalifikowanego personelu oraz wykorzystanie skomplikowanego wyposażenia. Do testowania profesjonalnych anten konieczne jest używanie tak zwanych komór bezechowych, czyli specjalnych pomieszczeń, w których wytłumione są wszelkie odbicia fal radiowych. Żaden przypadkowy producent anten nie dysponuje takim potencjałem ludzkim ani wyposażeniem. 

Parametry anten Poynting podawane w kartach katalogowych dotyczą pełnych zakresów częstotliwości, w jakich mają one pracować, oraz najtrudniejszych warunków eksploatacyjnych. To odróżnia je od tanich wyrobów przypadkowych firm – w materiałach reklamowych podawane są ich najlepsze parametry (często bez charakterystyki promieniowania dla istotnych częstotliwości), osiągane jedynie w wycinkach zakresów częstotliwości, zaś anteny ulegają rozstrojeniu w ekstremalnych warunkach środowiskowych.

Ostatnim z omawianych zagadnień jest odbiór przestrzennie zbiorczy, czyli sposób na poprawę jakości połączeń radiowych z obiektami ruchomymi. Problem polega na tym, że fale radiowe emitowane przez antenę nadawczą docierają do anteny odbiorczej nie w linii prostej, lecz wieloma przypadkowymi drogami. Jest to szczególnie odczuwalne w terenie zurbanizowanym, gdzie fale ulegają wielokrotnym odbiciom od budynków. Rozpatrzmy przypadek dwóch fal poruszających się dwiema różnymi drogami. Gdy różnica długości tych dróg wyniesie dokładnie połowę długości fali, obie te fale zniosą się wzajemnie, czyli wyzerują, w punkcie odbioru. Innymi słowy wystąpi zanik odbioru. Wystarczy jednak nieznacznie przesunąć jedną z anten, by przywrócić odbiór.

Jeśli odbiornik będzie umieszczony na ruchomym obiekcie, zaniki będą występowały okresowo, w krótkich odstępach czasu. To zjawisko, zwane sztachetowaniem, jest bardzo uciążliwe dla użytkowników systemów radiowych. By mu zapobiec, po stronie odbiorczej można zastosować dwie anteny i dwa niezależne odbiorniki. Prawdopodobieństwo, że zanik fal radiowych nastąpi jednocześnie w obu odbiornikach, jest znikome. Jakość odbioru bardzo się poprawia. Stosowanie dwóch oddzielnych anten nie jest wygodne z przyczyn instalacyjnych. Dogodniejszym rozwiązaniem jest zastosowanie anten dwusystemowych. W takim przypadku we wspólnej obudowie znajdują się dwie anteny.

Firma Poynting ma w swojej ofercie wiele takich anten, dostosowane do różnych zakresów częstotliwości. Każda z nich zawiera dwa układy dipoli różniące się polaryzacją o 90 stopni. W ten sposób ustawione dipole przypominają literę X, dlatego takie anteny są nazywane X-polami. Dipole ustawione prostopadle nie zakłócają się wzajemnie i można je traktować jak układ dwóch niezależnych anten. W przypadku anten kierunkowych o dużym zysku energetycznym stosuje się piętrowe ustawienie wielu zespołów X-poli. Wszystkie te elementy są zamknięte w jednej, wspólnej obudowie chroniącej X-pole przed zniszczeniem przez czynniki środowiskowe. To wyjaśnia, dlaczego anteny firmy Poynting zapewniają lepszą pracę systemów radiokomunikacyjnych niż tanie wyroby przypadkowych producentów.

Jak widać, firma Poynting zadbała o użytkowników bezprzewodowych systemów monitorowania alarmów, a jej asortyment jest bardzo różnorodny. Zainteresowanych szczegółowymi danymi technicznymi odsyłamy do strony https://poynting.tech/ lub prosimy o wysłanie emaila (może być w języku polskim) na adres sales-europe@poynting.tech.

Opracował na podstawie materiałów firmy Poynting

Andrzej Walczyk

 

Przypisy:

  1. Przez zakres częstotliwości rozumie się przedział między górną a dolną częstotliwością graniczną, w którym parametry użytkowe anteny są zachowane.
  2. Przez charakterystykę promieniowania rozumie się trójwymiarową bryłę obrazującą, w jakich kierunkach antena promieniuje silniej, a w jakich słabiej. Często operuje się przekrojami takiej bryły określającymi charakterystykę promieniowania w pionie i w poziomie.
  3. Przez zysk energetyczny rozumie się proporcję między promieniowaniem danej anteny a promieniowaniem umownej anteny izotropowej (czyli anteny promieniującej jednakowo we wszystkich kierunkach). Przeważnie zysk energetyczny anteny wyraża się w decybelach i definiuje dla kierunku najsilniejszego promieniowania.
  4. Przez polaryzację anteny rozumie się położenie wektora pola elektrycznego promieniowanej fali radiowej. Istnieją anteny o polaryzacji pionowej, poziomej, skośnej, eliptycznej. 
  5. Przez pasmo rozumie się umowny zakres częstotliwości, opisywany w pewien konkretny sposób, np. pasmo VHF mieści się w zakresie od 30 MHz do 300 MHz.

 

Zabezpieczenia 5/2019

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony