Публикуется в электронном виде на правах учебного курсового проекта.

Локальные распределенные сети сверхвысокочастотного (СВЧ) радиодоступа (UHFRLAN)

СВЧ-радиоволны (UHF: англ.: Ultra High Friquency - Сверхвысокие частоты) являются наиболее эффективными для передачи радиосигнала. Практически все СВЧ-диапазоны регламентированы и требуют лицензии. Тем не менее, существуют распределенные радиосети, работающие без лицензирования. Как это удается делать? Дело в том, что в любом диапазоне существует определенный уровень шумов и перекрестных помех. Радиосигнал, не превышающий уровня эфирных шумов не требует лицензирования, потому что технически невозможно осуществить контроль за регламентом, так как такой сигнал как-бы "не существует". В любом СВЧ-диапазоне существуют "окна" то есть полосы частот, с относительно низким уровнем шумов. Если используется качественная чувствительная аппаратура, появляется возможность работать с очень малой мощностью.

Обычно в UHFRLAN-сетях мощность передатчиков не превышает 1 мкВт, что почти в миллион раз меньше мощности мобильного телефона. Скорость передачи данных - самая высокая.



Бытовая упаковка может быть использована в качестве СВЧ-антенны: пачка для сигарет по технологии их упаковки выстлана изнутри алюмениевой фольгой, образуя классический коробчатый СВЧ-волновод. Если на матрицу положить одну или несколько таких пачек, с ее помощью можно будет принимать сигнал СВЧ-передатчика. Матрица принимает СВЧ-сигнал за счет емкостной связи с волноводом, поэтому ничего никуда подключать не нужно - достаточно положить упаковку на матрицу, а матрицу подключить к компьютеру.

Понятно, что гармонические помехи, создаваемые процессором компьютера и забивающие сигнал даже у обычного ФМ-приемника, если его разместить рядом с системным блоком будут мешать работе матрицы также забивая полезный принимаемый СВЧ-сигнал. Однако, компьютер "работает в эфире" отнюдь не неприрывно, оставляя кратковременные пустые "окна", а лавинные шумы на полупроводниках снижаются методом удаления матрицы на возможно большее расстояние от компьютера, для чего используются IrDA-адаптеры.

Однако и вдалеке от компьютера СВЧ-матрице мешают гармонические помехи но уже от IrDA-адаптера и собственных внутренних схем интерфейса, поэтому протокол обмена по IrDA-портам идет с временной дискретизацией: долю времени матрица "слушает" радиоэфир и записывает во встроенную "флэш"-память кусок принятого радиосигнала, а другую долю времени быстро передает записанное через IrDA-порт в компьютер, который может быть установлен как в другой комнате, так и даже в другом доме, если используются промежуточные межпротокольные репитеры.

Главной характеристикой СВЧ-антенн является "добротность" (обозначается латинской буквой Q). Чем выше добротность, тем на большем расстоянии антенна позволит принимать сигнал СВЧ-передатчика.

Даже если сигареты находятся внутри упаковки, они не мешают работе, так как изготовлены из диэлектрических материалов: бумаги, ваты и табака, которые не проводят электрический ток, а следовательно не поглощают СВЧ-сигнал. Встречаются отдельные фанаты таких антенн, у которых целый угол в комнате заставлен нераспакованными коробками с блоками сигарет, сверху на которых спокойно лежат и работают матрицы.

Чувствительность антенной системы с матрицей, общая площадь использованного алюмиениевого покрытия в которой в любом виде (фольга, металлизированная бумага, метализированная или тонированная полупрозрачная пленка) составляет 1 квадратный метр такова, что позволяет принимать в полосе радиочастот: 5.6...11.2 Гигагерц (ГГц) сигнал передатчика с мощностью всего 0.1 мкВт на расстоянии до 1...1.5 км. Для сравнения: портативная рация работающая в полосе частот 144...146 МГц с мощностью 0.1 Вт (100 мВт)) позволяет связываться примерно на таком же расстоянии.



На этом фото показано как в качестве СВЧ-антенны используется пустая алюминиевая банка от энергитического напитка. Точно также в качестве СВЧ-антенн можно использовать пустые банки от пива. У некоторых завсегдатаев таких сетей дома целые стены бывают заставлены пустыми пивными банками, образуя просто огромную антенну, рядом с которой матрица работает замечатально.



Подойдет и пластиковый, металлизированный алюминием пакет от чая. СВЧ-радиоволнам все равно от чего отражаться - был бы металл!



Матрица лежит поверх пачки компакт-дисков, на поверхность которых нанесено тонкое алюминиевое покрытие, благодаря которому они отражают СВЧ-волну также хорошо, как зеркала отражают свет.



Подлинное удивление вызвало увеличение уровня шумов в наушниках, подключенных к компьютеру при приближении матрицы к стопке фотографий, причем шум становится тем больше, чем больше фотографий в стопке. Естественно предположить, что в качестве своеобразной антенной системы здесь выступает набор из миллионов кристаллов восстановленного в процессе химической проявки из галогенидов металлического серебра. Учитывая размеры частиц серебра и "групп" образованных из них в желатиновом связующем слое на поверхности фотобумаги можно примерно оценить длины принимаемых радиоволн, а по ним вычислить частоты такой необычной и практически "нанотехнологической" антенной СВЧ-системы.

Самый лучший эффект дают черно-белые фотографии, отпечатанные много лет назад на фотобумаге произведенной еще в СССР, а также черно-белые рентгеновские медицинские фотопленки ("ребра", и их используют чаще всего), а также простые черно-белые 35-мм и 6х9 см фотопленки и стеклянные черно-белые фотопластинки для картографии, геодезии и аэрофотосъемки (хотя их достать намного сложнее).

Стоит отметить, что в качестве антенной системы можно использовать и антенны, представляющие собой стеклянные банки, наполненные алюминиевой стружкой (порошком), посеченным медным тонким обмоточным проводом (ПЭВ) и даже художественные кисточки, покрытые методом вакуумного напыления тонким слоем алюминия или золота, что формирует на них очень тонкие металлические трубки.

В одном из студенческих исследований (хотя студенты крайне неохотно рассказывают об этих экспериментах, а часто просто говорят что они ими не занимались) которые проводились в МГУ им. Ломоносова в качестве основы для антенной системы на "нанотрубках" использовались монокристаллы химического элемента ванадия - "ванадиевые вискеры": после выращивания тонких как нити кристаллов на них в вакуумном посте напылялся тонкий слой золота, а затем вся образовавшаяся при этом "золотая губка" помещалась в смесь химических реагентов, которые вымывали ванадий, оставляя пустые золотые трубки чрезвычайно малого диаметра. При этом, СВЧ-матрица вынималась из пластикового корпуса и помещалась на металлический радиатор с неприрывным охлаждением протекающим по ее полостям жидким азотом, что снижает уровень собственных шумов СВЧ-диодов марицы в сотни раз, значительно увеличивая ее чувствительность к слабым СВЧ-сигналам.



На фото: СВЧ-волноводы. Их диаметр выбирается с учетом зашумленности участка СВЧ-диапазона. Для их изготовления выясняется рабочая частота сети, пересчитывается в длину волны с учетом укорочения СВЧ-волны в металле, а та пересчитывается во внутренний диаметр трубки. Алюминиевая бытовая фольга для жарки кур плотно в 2-3 слоя наматывается на бумажную гильзу зеркальной стороной внутрь и сверху закрепляется изолентой. Чем больше в пачке одинаковых трубок, тем на большем расстоянии СВЧ-матрица "слышит" сигнал передатчика.

Формирование линий связи

В качестве линий связи при организации локальных распределенных сетей сверхвысокочастотного (СВЧ) радиодоступа (UHFRLAN) используются так называемые пассивные фидерные линии (ПФЛ), принцип построения которых точно такой же как для телевизионных ПФЛ которые широко применялись в СССР для ретрансляции телевизионного сигнала в удаленные горные селения на Кавказе и в Закавказье.

В чем суть работы пассивной фидерной линии (ПФЛ, англ: PFS - Passive Fider System)?



Допустим, телевизионный сигнал с вышки W1 установленной в Тбилиси не может пройти (2) в удаленное горное селение из-за того, что на его пути стоит гора. В этом случае на вершине этой горы устанавливается еще одна вышка с полуволновыми диполями, объединенными в антенную систему типа "волновой канал". Радиосигнал телестанции (1), попадая на установленную на вершине горы пассивную фидерную систему (PFS) за счет явления резонансного переизлучения усиливается и переотражается вниз, в горное селение W2. При этом к пассивной фидерной системе ничего не подключается! Проще говоря, это всего лишь набор металлических трубок рассчитанного размера и больше ничего! В отличие от пассивных, активные фидерные системы имеют в своем составе питаемые сетью усилительные секции ретрансляторов.

Пассивная фидерная линия для организации локальных распределенных сетей сверхвысокочастотного (СВЧ) радиодоступа (UHFRLAN)

Такая фидерная линия как было описано выше, может быть организована с использованием металлической или металлизированной бытовой упаковки, что обычно и делается.



СВЧ-сигнал распространяется попеременно отражаясь от одной банки к другой. Если положить десяток-другой пустых банок, то можно относительно слабой мощностью передатчика связать по радиоканалу два здания.



Пример пассивного СВЧ-фидера, собранного из... пустых алюминиевых банок! :) Расстояние между банками: 5...10 м



Несколько пустых банок в одном месте создают благоприятные условия для усиления и изотропного (то есть равномерно распределенного по всем направлениям) распространения СВЧ-сигнала.



На фото: единственный способ разрыва связи по такой фидерной линии. Банки потерявшие форму уже не способны выполнять роль антенных элементов в фидерной линии, хотя остаточное переотражение СВЧ-сигнала частично сохраняется.



Отнеситесь с юмором :) и к такому необычному способу использования бытовой упаковки в качестве антенного элемента: здесь в качестве СВЧ-волновода используется "поясок" из фольги и металлизация на этикетке. Это не краска, а настоящий металл, но в виде порошка, разведенного в прозрачном лаке и нанесенный на бумагу в процессе печати этикеток полиграфическим способом. Такой порошок прекрасно отражает СВЧ-сигнал и переизлучает его также, как от полированной поверхности отражались бы солнечные лучи.



Пластиковая этикетка с металлизацией алюминием ничуть не хуже, а в ряде случаев даже лучше работает в СВЧ-диапазоне, чем настоящая алюминиевая фольга и при этом не окисляется под дождем и снегом, а поэтому не теряет своих качеств как СВЧ-отражатель.



Тут тоже без юмора не обойтись: внутрений диаметр водочной алюминиевой пробки ("винта") наилучшим образом соответствует незашумленному помехами "окну" в СВЧ-диапазоне.



Недостаток упаковки медицинского препарата покрытого металлизированной алюминием пленкой в размокании картона после дождя, после чего такой фидерный "элемент" перестает работать.



Наличие "ключа" на банке играет не последнюю роль: кольцевые отверстия в ключах на алюминиевых банках существуют только в 3-х вариантах: круглое, овальное и нестандартное. Соответственно, фидерный элемент "звенит" на АЧХометре (прибор для измерения амплитудно-частотных характеристик СВЧ-волноводов) на дополнительных частотах, длины волн для которых в точности равны с учетом 98%-ного укорочения СВЧ-волны в металле длинам внутренних контуров отверстий в ключах. Если у банки ключ отломлен, уровень переотражаемого СВЧ-сигнала снижается.



Встречаются на дорожках и такие "дорогие подарки"... Здесь нужно измерить линейкой внутренний диаметр кольца металлизации и по таблице или с помощью программы пересчитать полученный результат в рабочую частоту работающего здесь блока UHFRLAN.



Пустой пластиковый пакет от картофельных чипсов с металлизацией алюминием прекрасно работает как объемный СВЧ-волновод. И никакого "волшебства" тут нет, только законы физики! :)



Для организации направленной линии передачи СВЧ-сигнала может использоваться и обычная спутниковая тарелка, которая может быть установлена и внутри здания, за окном, за занавеской. Штекер вытаскивается из спутникового ресивера, а кабель наматывается на матрицу. При этом СВЧ-сигнал будет поступать со стакана спутниковой тарелки по оплетке кабеля к матрице.

[К содержанию]

© 2009 г. Сайт оптимизирован для удобного чтения на мобильных телефонах. Сайт подготовлен при поддержке специалистов компании [Гротек]. Данный сайт не содержит какой-либо (любой) противоправной, а равно - противозаконной информации, либо информации нарушающей чьи-либо гражданские права, а также не сообщает какой-либо (любой) иной (другой) информации могущей привести к противоправным деяниям, если таковые наступают в результате неправильной трактовки этой информации, либо неправомерного ее применения.