Wstęp
Komunikacja bezprzewodowa ma kluczowe znaczenie w różnych gałęziach przemysłu, w tym w górnictwie, drążeniu tuneli i bezpieczeństwie publicznym. Jednakże środowiska te charakteryzują się wyjątkowymi wyzwaniami, które mogą wpływać na sygnały komunikacyjne, powodując nieszczelności w systemie antenowym. Jednym z rozwiązań często stosowanych w tych ustawieniach jest zastosowanie nieszczelnego podajnika. W tym artykule szczegółowo omówimy, czym są nieszczelne systemy podajników, jakie problemy rozwiązują i jak działają.
Co to jest nieszczelny system podajnika?
System nieszczelnego podajnika odnosi się do systemu kablowego charakteryzującego się kablem koncentrycznym, z którego częściowo odizolowano przewód zewnętrzny, a następnie wykonano otwór w szczelinie, aby umożliwić emitowanie sygnału. Kabel układa się wzdłuż tuneli lub korytarzy, a anteny łączące są podłączone do kabla w stałych odstępach na jego długości. Anteny są zaprojektowane tak, aby emitować przychodzący sygnał po łuku 360 stopni do innych anten podłączonych do tego samego kabla koncentrycznego. W rezultacie tunele lub korytarze są zakryte, tworząc ciągłe linie komunikacyjne.
Problem z konwencjonalnymi antenami w tunelach
W konwencjonalnym systemie bezprzewodowym wykorzystującym anteny sygnał przemieszcza się w wolnej przestrzeni. Jednakże środowisko tunelu zawiera wiele przeszkód, które prowadzą do utraty energii wraz z odległością. Im większe przeszkody w tunelach, tym większe straty. Skutki zakłóceń można dodatkowo osłabić przez odbicia od ścian tunelu, blokowanie sygnału i przekierowanie sygnału. Powoduje to słaby zasięg i ograniczenia możliwości, komunikacja staje się trudna, co może być niebezpieczne w środowiskach takich jak górnictwo lub bezpieczeństwo.
Jak nieszczelny podajnik rozwiązuje problem
W nieszczelnym systemie zasilającym stosuje się ciągły kabel promieniujący, który pokrywa duży obszar, zapewniając zasięg komunikacji nawet przez przeszkody. Z centralnego przewodu kabla koncentrycznego (odpływu) usuwa się izolację, odsłaniając zewnętrzny przewód ekranujący, następnie w zewnętrznym przewodzie ekranującym wycina się jednolity układ podłużnych szczelin. Gdy sygnały przechodzą przez podajnik, promieniują na zewnątrz przez zewnętrzne szczeliny. Wypromieniowane sygnały mogą być następnie odbierane przez anteny podłączone do zasilacza. Zasada ta ma kluczowe znaczenie w obszarach, do których konwencjonalny zasięg nie może dotrzeć.
Rodzaje nieszczelnych systemów podajników
Dwa rodzaje nieszczelnych systemów podajników, powszechnie stosowanych obecnie, to analogowe i cyfrowe podajniki nieszczelności.
Nieszczelne podajniki analogowe
Analogowe systemy nieszczelnych podajników wykorzystują modulację amplitudy. Kabel działa jak antena liniowa, odbiera sygnał z nadajnika, a następnie emituje go równomiernie przez kabel po łuku 360 stopni. Każdy odcinek kabla działa jak oddzielny element promieniujący, a sygnał jest tłumiony w miarę przebytej odległości. Tłumienie to jest wspomagane przez sygnał przeciwdziałający zmianom fazy i częstotliwości wynikającym z charakterystyki tunelu.
Cyfrowe nieszczelne podajniki
Cyfrowy nieszczelny podajnik działa podobnie do analogowego nieszczelnego podajnika. Jednakże przesyłany sygnał jest cyfrowy, co oznacza, że zawiera serię jedynek i 0. Cyfrowe nieszczelne podajniki rozwiązują niektóre problemy nieodłącznie związane z systemami analogowymi, przesyłając sygnały cyfrowe z korekcją błędów, które można również wykorzystać do transmisji danych.
Korzyści z nieszczelnego podajnika
Nieszczelne podajniki to skuteczny sposób na rozwiązanie problemów komunikacyjnych w tunelach i przeszkodach. Ma wiele zalet, w tym:
Ekonomiczne
Nieszczelne systemy zasilające są opłacalne w porównaniu z technologiami takimi jak rozproszone systemy antenowe (DAS). Dzieje się tak dlatego, że wymagają mniejszej infrastruktury. W przeciwieństwie do systemu DAS, który wymaga wielu anten i powiązanej infrastruktury, system wymaga jedynie zainstalowania kabla na obszarze, który ma być objęty zasięgiem.
Wielofunkcyjne
Nieszczelne podajniki mogą być wykorzystywane do różnych celów. Wynika to z ich zdolności do przenoszenia wielu sygnałów jednocześnie. Ponadto można ich używać do transmisji głosu, danych, Wi-Fi i innych kanałów komunikacji, co czyni je uniwersalnymi.
Poprawia bezpieczeństwo
Nieszczelne podajniki pomagają poprawić bezpieczeństwo w niebezpiecznych środowiskach. W górnictwie, gdzie sieci podziemne są podatne na zapadnięcia się i inne katastrofy, ciągła komunikacja poprzez nieszczelne podajniki pomaga poprawić bezpieczeństwo. Zapewnia skuteczniejszą koordynację akcji ratowniczych, skracając czas reakcji i ułatwiając szybszą akcję ratowniczą.
Wniosek
Nieszczelne zasilacze mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia zasięgu sieci bezprzewodowej w miejscach takich jak kopalnie, tunele lub inne obszary, w których sygnały komunikacji bezprzewodowej są blokowane. Systemy działają poprzez emitowanie sygnałów z kabla, eliminując w ten sposób straty energii związane z propagacją sygnałów przez przeszkody. Są ekonomiczne i wszechstronne w przesyłaniu wielu sygnałów jednocześnie. Stosowanie nieszczelnych zasilaczy ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia bezpieczeństwa i umożliwienia komunikacji w niebezpiecznych środowiskach podziemnych lub zamkniętych.
Referencje
1. Tang, B., Cheng, L. i Wu, X. (2014). Nowy model nieszczelnej anteny zasilającej do komunikacji podziemnej w kopalniach. Postęp w badaniach elektromagnetycznych M, 35, 57-64.
2. Pau, G., Rossi, L. i Calvo, D. (2017). Nieszczelny zasilacz wewnątrztunelowej komunikacji kolejowej: analiza porównawcza. Dziennik IEEE Internet of Things, 4(5), 1544-1552.
3. Ali, G., El-Sallabi, HM i El-Sherif, HM (2016). Przegląd systemu komunikacji z nieszczelnym podajnikiem: zastosowania, zalety w zakresie zdrowia i bezpieczeństwa. Alexandria Engineering Journal, 55(3), 2667-2673.
4. Yang, C. i Bell, M. (2018). Nowe podejście do komunikacji podziemnej: wyzwania i możliwości dla systemów nieszczelnych podajników nowej generacji. Magazyn komunikacyjny IEEE, 56(5), 72-79.