Конструктивные особенности антенн БС для сетей GSM

Конструкция антенн БС играет исключительно важную роль в обеспечении стабильности основных электрических параметров антенн при их эксплуатации в сложных климатических условиях. Используемые компаниями современные прецизионные технологии изготовления элементов антенн (рефлекторов, системы излучателей и схем их запитки, корпуса антенны) и способов их соединения (минимизация числа внутренних соединений), позволяют обеспечить высокую повторяемость параметров в условиях серийного производства. Уровень интермодуляционных искажений современных антенн составляет не более -150 dBс.

При производстве антенн одни компании (Kathrein) предпочитают, в основном, традиционную дипольную конструкцию излучателей (в качестве излучателей используются диполи из металлических проводников - латунь, алюминий) и кабельную схему подводки мощности с помощью отрезков полужесткого кабеля. Компания LGP Allgon использует в ряде антенн также щелевые (печатные) излучатели, мощность к которым подводится с помощью микрополосковых линий. Это позволяет, по заявлению производителей, уменьшить потери, увеличить коэффициент усиления антенны, упрощает процесс изготовления и обеспечивает лучшую воспроизводимость электрических параметров при серийном производстве антенн. Как видно, и та и другая технологии имеют определенные преимущества, которые компании используют при совершенствовании конструкции антенн.

Среди новых конструктивных решений можно отметить выпускаемые в последние годы модели антенн с асимметричной ДН. В этих антеннах, для уменьшения паразитного излучения в горизонтальном направлении, четко выражен провал между 1-м верхним боковым и главным лепестками ДН, а также сглажены провалы нижних боковых лепестков с целью обеспечения лучшего покрытия непосредственно под антенной.

Еще более впечатляющим примером прогресса в области создания современных антенн БС являются антенны с возможностью дистанционного изменения угла электрического наклона ДН (антенны RET – Remote Electrical Down Tilt). Такие антенны имеют специальный блок дистанционного управления с высокоточным шаговым электродвигателем, соединенным с приводом, управляющим установленными в корпусе антенны фазовращателями, что позволяет подстраивать электричсекий наклон ДН без выезда специалистов на место установки антенны. Антенны RET будут особенно востребованы при развертывании сетей GSM/UMTS, где организация совместной работы двух стандартов становится возможной только с помощью ручной подстройки углов электрического наклона.

Основные электрические параметры антенн

В качестве основных электрических параметров в таблице 1 приведены частотный диапазон, ширина диаграмм направленности (ДН) в горизонтальной и вертикальной плоскостях, коэффициент усиления (КУ) антенны, угол электрического наклона главного лепестка ДН, максимально допустимая входная мощность, коэффициент стоячей волны (КСВ), коэффициент развязки по поляризации, коэффициент подавления 1-го верхнего бокового лепестка (1-st upper side lobe suppression), отношение значений ДН в направлениях «вперед-назад» (front-to-back), коэффициент заполнения провала между основным лепестком и 1-м нижним боковым лепестком (null fill), коэффициент развязки между входами, коэффициент кросс-поляризации.

Значения параметров взяты из каталогов компаний Kathrein, LGP Allgon AB, RFS Celwave, Andrew-Decibel и охватывают диапазон между минимальным и максимальным значениями каждого из параметров.

В табл.2 приведены также детальные параметры антенн БС, наиболее популярных, на данный момент, по мнению авторов обзора, среди российских операторов GSM, а именно, Xpol 900, Xpol 1800, XXPol 900/1800, Vpol 900-65, Vpol 900-90. Как видно из табл.2, технические параметры антенн трех наиболее продвинутых в России производителей достаточно близки, что свидетельствует о высоком уровне производства, не позволяющем отдать однозначное предпочтение той или иной технологии.

Рынок антенн БС

Российский сегмент мирового рынка оборудования для БС сетей GSM, в том числе антенн БС, характеризуется достаточно быстрыми темпами роста – по экспертным оценкам, три ведущих российских оператора GSM – МТС, ВымпелКом и Мегафон, устанавливают в год до 2000-3000 базовых станций каждый. Региональные операторы, СМАРТС, Теле2 и др, также активно развивают свои сети, прибавляя к указанной выше цифре до 1000 БС в год. При установке, в среднем, на одной БС до 4-5 антенн общий объем продаж антенн БС составляет сегодня до 40000-50000 в год.

Наиболее активно работающими на российском рынке компаниями-производителями антенн БС являются, на данный момент, Kathrein (Германия), LGP Allgon AB (Швеция), RFS Celwave (Германия), Andrew - Decibel (США), предлагающие операторам практически полный ассортимент антенн, необходимых для развития сетей GSM. Менее известны антенны таких компаний, как Huber&Suhner (Швейцария), Telewave (США), Cushcraft (Великобритания), MAT JAYBEAM (Франция), “XAHT” (КНР), Racal (Великобритания) и др. Антенны российских производителей, таких как компания «Московские микроволны», «Радиал» пока не занимают на нашем рынке сколько-нибудь заметного места.

Среди российских дистрибьюторов антенн указанных выше компаний можно отметить компанию RayCom Wireless (антенны LGP Allgon), компании РКК и РК Телеком (антенны Kathrein), компанию “T-Helper” (антенны RFS Celwave), обеспечивающие до 90% всех продаж. Заканчивая краткий обзор антенн БС производства ведущих западных компаний, получивших наибольшее распространение среди российских операторов сетей GSM, хотелось бы отметить. что в целом антенны всех четырех компаний имеют примерно одинаковый уровень электрических и механических параметров, что не позволяет сделать однозначный вывод о предпочтительности антенны того или иного производителя.

При выборе производителя антенн проектировщикам приходится учитывать целую гамму факторов, среди которых на первом месте стоит ассортимент наиболее востребованных антенн на российском рынке, т.е. наличие у поставщика антенн с популярными углами раскрыва ДН в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Далее следует набор доступных типов антенн, различающихся по виду поляризации, частотному диапазону, коэффициентам усиления, углам электрического наклона ДН. Большое значение имеет также наличие линейки антенн с расширенными функциональными возможностями, например, антенн с малошумящими усилителями (LGP Allgon), сдвоенных антенн, перекрывающих диапазоны GSM и UMTS (RFS, Kathrein, LGP Allgon), комбинированных антенн Xpol/Vpol (Andrew-Decibel). Далее по приоритету следуют опыт использования антенны в российских условиях (статистика наработки на отказ в различных регионах) и наличие опытного дистрибьютора, обеспечивающего весь комплекс мер по сертификации антенны, сроков ее доставки к заказчику и послепродажному обслуживанию. В функции дистрибьютора входят также и вопросы обеспечения тесного информационного взаимодействия заказчика с производителем, позволяющего последнему вносить необходимые коррективы в конструкцию антенн, и даже создавать новые типы антенн, (например, упоминавшиеся выше комбинированные антенны Xpol/Vpol), имеющих определенную нишу на российском рынке (и рынке стран СНГ) в связи со спецификой развития сетей в условиях частотного дефицита и ограничений по использованию частот.

Дальнейшее развитие российского рынка антенн и его динамики будет во многом определяться стратегией и тактикой развития сетей GSM ведущих операторов в условиях обостряющейся конкурентной борьбы на внутреннем рынке и набирающей силу экспансии в направлении стран бывшего союза. Начало развертывания сетей UMTS, появление нового конкурирующего стандарта CDMA450 внесут в этот процесс дополнительную интригу. Конкуренция среди производителей антенно-фидерных устройств также нарастает. Вчерашние аутсайдеры и новые игроки делают все более настойчивые попытки проникновения на рынок СНГ.

Авторы обзора выражают признательность компаниям, представившим фактический материал для заполнения таблиц и надеются, что представленная информация поможет заинтересованному читателю составить некоторое представление о сложившейся структуре рынка антенн БС.