pasivní retranslace
Na množící se dotazy kolem problematiky pasivní retranslace předkládám několik obecných informací. Problematika je více, než rozsáhlá. Text je zpracován do čtivé formy v otázkách a následných odpovědích. Dodávám však, že jde spíše záležitost laboratorní, než praktickou.
Vyjdeme z trošky historie, abychom měli trochu ucelenější pohled a přehled.
V 19. století žil jeden velice schopný, chytrý matematik a fyzik. Dokázal shrnout všechny poznatky své doby. Tyto poznatky se týkaly jevů fysikálních a matematických. Ve fysikálním směru to byly poznatky o magnetických a elektrických polích. Z pohledu matematického to bylo diferenciální a integrální vyjádření vztahů mezi zmíněnými fysikálními poli a jejich veličinami. Produktem jeho práce bylo několik rovnic, které jsou po tomto fysikovi pojmenovány. Je jich přesně osm. První čtyři jsou tzv. „hlavní“ a zbylé čtyři jsou „odvozené“ - materiálové.
Dodnes je onen pán považován za zakladatele teorie elektromagnetického pole a vědního oboru teoretická elektrotechnika. Jeho jméno jest James Clark Maxwell.
Toliko krátké historie pro úvod. Nenabýváte jistě dojmu, že níže popsané řádky jsou mými „patenty“. Čerpám tedy, jak jste si již jistě povšimli z teorie elektromagnetického pole a z vědního oboru teoretická elektrotechnika.
Nebudeme si zde vysvětlovat vše od základních podstat. Rozbor všech přidružených fysikálních a matematických závislostí, zákonů a teorií je opravdu nad rámec tohoto krátkého pojednání.
Budeme se zabývat směrovou parabolickou anténou zvanou často jako „síto“. Je to anténa, která se používala v České a Slovenské republice pro příjem televizního signálu (MMDS) v kmitočtovém pásmu 2.4 GHz. Jak jsem se doslechl, někteří „nadšenci“ tuto anténu používají nyní k příjmu televizního signálu na kmitočtovém rozsahu 500 MHz až 700 MHz. Používejte, prosím, antény k účelům, ke kterým byly navrženy. Upravíme-li vhodně tuto parabolickou směrovou anténu, pak je možno ji využít i pro přenos dat v pásmu ISM - Industrial Medical Science. Je však nutné vědět vše o provozu na tomto kmitočtu:
www.ctu.cz.
Po úpravě, která je popsána na našem portálu -
www.StarHill.org můžeme přemýšlet nad „pasivní retranslací“.
1) Co je to pasivní retranslace?
Pasivní retranslace je ztrátový systém určený k přenosu dat. S jeho pomocí můžete směrovat signál různými trasami. Podmínkou je však dokonalá přímá viditelnost.
2) Z čeho se skládá pasivní retranslace?
Pasivní retranslace se skládá ze dvou antén (dvou „sít“), která jsou spojena co nejkratším koaxiálním kabelem.
3) Proč ztrátový přenos?
Protože se zde mezi oběmi anténami nepoužívá žádný zesilovač. (Aktivní prvek, příkladně Acces Point).
4) Jak vlastně pasivní retranslace funguje?
Využívá se známého vztahu, že zářič (například bezdrátová síťová karta) - zdroj elektromagnetického záření vyzařuje určitou intenzitou elektromagnetické vlnění, která se zvyšující vzdáleností klesá s druhou mocninou. Příklad: Zářič vyzáří 100 mW výkonu na kmitočtu 2.4 GHz a ve vzdálenosti od zářiče 500 metrů bude dejme tomu výkon poloviční - 50 mW. Umístíte-li do daného stanoviště přijímací anténu, která je naladěna na kmitočtu 2.4 GHz, tak se na ni naindukuje napětí odpovídající elektromagnetickému výkonu právě oněch 50mW. Tato energie se poté pomocí koaxiálního kabelu převádí do druhé antény. Díky tomu, že má anténa povahu kapacitoru, musíme druhou anténu pootočit o 90° vůči první anténě, aby nedošlo k odražení výkonu zpět do antény první. (Změřit vyladění antény můžete také jste-li vlastníkem měřiče poměru stojatých vln - takzvaným PSV metrem, (SWR meter anglicky). Musí umět měřit na daném kmitočtu :-) (Předešlý příklad je smyšlený a je to pouze názorná ukázka, nic jsem nepočítal).
5) Jaký koaxiální kabel mám použít?
Použijte vždy co nejkvalitnější koaxiální kabel (H500, H1000) - parametry vyčtete z katalogových listů výrobců. Snažíme se o dosáhnutí nejmenšího možného útlumu v přenosové soustavě.
6) Jakou délku může mít kabel mezi oběma anténami?
Délka kabelu musí být co nejkratší. (Pro ty znalé: nejnižší ztrátu signálu právě na daném koaxiálním kabelu dosáhnete tehdy, když budete mít délku koaxiálního kabelu v násobcích lambda půl vlnové délky, případně lambda čtvrt. Násobky lambda jedné třetiny jsou nevhodné). Z praktického hlediska: Kabel mějte opravdu co nejkratší.
7) Antény musí být vůči sobě pootočeny?
Ano, musí být vůči sobě pootočeny a to z jednoho prostého důvodu. Parabolická anténa - „síto“ má povahu kapacitní a to díky jejímu konstrukčnímu návrhu, tak při příjmu signálu dochází k posunutí proudu vůči napětí o 90 stupňů. Toto předběhnutí proudu korigujeme tím, že druhé síto pootočíme o 90° vůči sítu prvnímu. To znamená, že první síto bude mít polarizaci horizontální a druhé vertikální. Platí to i naopak. Pomocí konstrukčních úprav, umístění ap. můžeme v jistých případech korigovat elektromagnetické poměry v přenosové soustavě.
8) Proč dochází k posuvu proudu dopředu o 90° vůči napětí?
Jak jsme si již pověděli, vychází to z povahy konstrukce antény. Dipólek, který se schovává v zářiči není nic jiného, nežli dva souběžné kovové hliníkové plíšky od sebe vzdáleny několik milimetrů. Pro pochopení a zjednodušení - jsou podobné klasickému deskovému kondenzátoru se vzduchovým dielektrikem. Maxwell se zabýval samozřejmě definicemi průběhů proudů a napětí v pasivních prvcích. Je známo, že v kondenzátoru se proud předbíhá o 90° oproti napětí. U cívky je to přesně naopak. Právě díky malému dipólku, který se konstrukčně podobá nejvíce vzduchovému kondenzátoru (taky jím skoro je) získává anténa povahu kapacitoru (kondenzátoru). Byl-li by ovšem v anténě kruhový zářič, podobající se spíše cívce bude docházet naopak předbíhání napětí přibližně o 90° vůči proudu. Řešení by bylo ekvivalentní.
9) Proč se nemusím zabývat posuvy napětí a proudů u aktivní retranslace?
Z jednoduchého důvodu. Jde-li jeden koaxiální kabel z antény například do Acces Pointu a druhý kabel taktéž, pak dochází v onom zařízení díky jeho vnitřnímu konstrukčnímu uspořádání k vyrovnání fázového posuvu. Vnitřní konstrukcí rozumíme příkladně velikosti aktivních a pasivních prvků umístěných na desce plošných spojů (běžně SMD). Závisí na tloušťce, délce, šířce, materiálu spojovacích měděných, stříbrných, či pokovených cestiček na plošném spoji. Fázové posuvy se vyruší při správném návrhu plošného spoje a správném teoretickém návrhu a konstrukci celého vysokofrekvenčního zařízení. Vlastníte-li ovšem „šmejd“, pak je každá rada drahá :-) Dobrou radou však je: kupujte, prosím, vždy kvalitní produkty, ušetříte si mnoho trápení a starostí s jejich nefunkčností. Zde narazíme na další vliv - je jím mechanická konstrukce / použitý kmitočet s jistým napětím a proudem se kterým pracujeme. Vše již zmíněné platí u návrhu jakýchkoliv elektronických zařízení. Je zapotřebí dbát na tyto aspekty a mít je vždy na zřeteli.
Závěrem tohoto bodu však dodávám - k uklidnění. Není třeba se nějakým způsobem znepokojovat nad tím, že nevíme, zda-li z výstupu našeho „kvalitního“ bezdrátového zařízení vystupuje elektromagnetické vlnění s fázovým posuvem či nikoliv.
10) Dá se považovat pasivní retranslace za obvod se soustředěnými parametry?
Ano, je to obvod se soustředěnými parametry, který má pochopitelně svůj matematický model díky shrnutí poznatků o elektřině a magnetismu Jamese Clarka Maxwella.
11) Do jaké vzdálenosti je pasivní retranslace použitelná?
Určitě ji nepoužívejte na větší vzdálenost než 1 km - myšleno z jedné strany.
12) Mohu použít několik pasivních retranslací za sebou?
Teoreticky to možné je. Můžete je z teoretického hlediska používat za sebou do nekonečna. V tom případě se na ně můžeme dívat jako na obvod s rozloženými parametry. Zanedbáváme například to, že se nám signál utlumí v koaxiálním kabelu, na konektorových spojích, nehomogenitu přenosového média - „éter“, vakuum, ... Zanedbat se dá reálně i vliv elektromagnetického rušení z dalších zdrojů elektromagnetického vlnění provádíme-li naše pokusy a úvahy v prostředí s nízkou intesitou elektromagnetického smogu, atd. Nadefinovat si můžeme opravdu cokoliv. Musíme brát v ohled pochopitelně opět polarizace antén v pasivních retranslacích umístěných za sebou. Jedno doporučení: hodláte-li umístit dvě pasivní retranslace za sebou, zkraťte vzdálenost ve všech délkách na 500 m. Opět totiž platí pravidla útlumu, jak již bylo zmíněno. Tyto podmínky se mění u ultravysokých kmitočtů, kde se řídíme teoriemi vlnového dualismu - teorie korpuskulárně vlnového dualismu.
13) Účinnost pasivní retranslace je asi „nic moc“...
Její účinnost pro praktické použití nepřesahuje 18 %. Je to hodně málo a mám dojem, že jsem jí mnoho přidal :-) Vzdálenost 1 km platí pro pasivní retranslaci v oblasti elektromagnetického klidu. Použitelná vzdálenost se dramaticky snižuje v oblastech s elektromagnetickým rušením (města, průmyslové rušení,...).
14) Musím antény s pasivní retranslací směrovat přesně?
Přesné směrování je základ celé radiotechniky, chceme-li dosáhnout co nejlepšího spojení. Směrovat musíte pokud možno co nejpřesněji všechny antény a netýká se to pouze pásma ISM. Týká se to například také televizních, satelitních antén atp. Nikdo si asi anténu nenatočí do Země,... :-)
15) Čím vyšší mají antény zisk, tím je potom soustava „účinnější“?
Ano přibližně toto platí. Zde bychom si museli uvést právě již zmíněný matematický model soustavy - spočítat, popřípadě změřit její poměry a parametry. Potom můžeme mluvit také o účinnosti / účinnostech jednotlivých prvků soustavy.
16) Funguje u vás na síti pasivní retranslace?
Ne nepoužíváme ji.
17) Můžu někde vidět pasivní retranslaci?
Ano. Podívejte se na portál našeho projektu -
www.StarHill.org. V sekci fotogalerie uvidíte „časové konzervy“ - obrázky pasivní retranslace.