О построении дуплексного ретранслятора без дуплексера

Об авторе

Так получилось, что мои навыки организации радиосвязи, коим я отдал около 25 лет жизни на «гражданке», нашли свое применение и в негражданском секторе. Я не стремился, но жизнь подтолкнула — стали активно приходить «ребята», просить помочь, отказывать было как-то не с руки. В результате для юга РФ были многократно собраны различные системы радиосвязи на базе DMR-ретрансляторов, подготовлены комплекты высокой степени готовности («размотай кабели и пользуйся»), антенно-фидерные наборы и др. Дальше приходили только вопросы о правильной сборке (где верх, где низ, и что делать если 2 разъема выглядят одинаково и т.п.), и после этого — только положительные отзывы об опыте эксплуатации. Ну и потом ребята входили во вкус и уже озадачивались вопросом как увеличить связь с 18-22 км с портативной радиостанцией до 30 км. Что можно считать успехом, так как это типовые значения «по верху» самой технологии.

До этого автору приходилось строить и обслуживать системы связи в интересах государственных структур, заводов, гоночных команд, коммерческих организаций, частных лиц и т.п. Опыт не рекордный по количеству, но неплохой по качеству, и, главное, всегда вдумчивый с последующими выводами.

Параллельно было замечено, что увы и ах, уровень людей, занимающихся связью на СВО, соответствует примерно уровню стажера-двухнедельника в коммерческой организации, занимающейся профессиональной радиосвязью. Может быть не везде и не всегда, но из моей личной статистики — почти без исключений. В лучшем случае это будет радиолюбитель с позывным, имеющий опыт работы на КВ-диапазонах (но не работавший с цифровой УКВ-техникой). В худшем случае — произвольно назначенный человек, например, кого послали в город на закупки, или кто лежал в госпитале, и кому потом ехать назад. «Лёня, если ты в Москве сейчас, заодно нам и связь купишь. Между «брониками» и «квадриком» заедь куда-нибудь».

СВО

В какой-то момент времени, примерно октябре-ноябре 2022 г., в зоне СВО началось такое массовое явление как построение ретрансляторов без дуплексера и/или преселектора, но с использованием двух антенн. Конечно же, это явление нельзя назвать чем-то новым — самой идее, наверное, лет 100, а первый ретранслятор с физическим разносом антенн мы с напарником построили еще в 1998 году (коммерческий заказ какого-то предприятия на востоке Московской области). Сразу скажу, что опыт был интересный, но «такой себе» по результату. Потому, что по степени информированности я находился не сильно дальше, чем военный связист после учебки. И прерывистый характер радиосвязи (шум, треск, резкие перепады качества сигнала) при разносе антенн в 30 метров по горизонтали и 6 по вертикали казался чем-то непонятным (при длине волны в 10 метров, LOL).

Я уже давно забыл о ретрансляторах без дуплексеров как о страшном сне, и вообще, технологии уже шагнули далеко — например, благодаря TDMA можно строить одночастотные ретрансляторы (SFR)… Но СВО напомнило мне о давно забытом прошлом, причем весьма напористо и массированно. Все, от командиров отделений до начальников лабораторий РЭБ, твердили одно и то же — «работает отлично, достаточно разнести на 5-6 метров».

Смешной случай

Приезжает как-то представитель заказчика с СВО, звонит своим на громкой связи, просит, чтобы через Телеграм + радиостанция в симплексе соединили с каким-то человеком из ССО. По-моему, с Александром Сергеевичем (именно так, по имени-отчеству — для всех). Объясняю Александру Сергеевичу, что идея с разносом антенн так себе, какая у них расчетная и фактическая изоляция между антеннами? На что он мне ответил вопросом — «а что такое изоляция?». Еще пару минут, и я понял, что нелогично наседать на людей своими знаниями, а тактически выгоднее будет свернуть разговор. Далее, человека, что стоял рядом со мной, попросили выключать режим громкой связи, он выключил, но абонент на том конце все еще был слышен. Закончилось все тем, что на том конце сказали: «Слушай, это хер знает кто, я Сергеичу больше верю. Будем делать как он сказал, я его давно знаю». Я сделал вид что не слышал, так было проще для всех.

Но каким-то образом аналогичная информация оказалась даже у сотрудников компаний, которые заняты в строительстве ПМР-систем радиосвязи, в том числе, у сотрудников техотдела одного из крупных интеграторов в Москве. И они тоже начали повторять эту мантру про 5-6 метров…

Реальность

Вместе с этим, через неделю-две пошла волна обратной связи в виде запросов на поддержку:

·        «У нас дальность связи 2-5 км через ретранслятор, как ее увеличить»?

·        «У нас не работает ретранслятор. Помогите перешить его с10 Вт до 50 Вт. Надо раскачать как следует».

·        «Продайте нам дуплексер. А можете его еще настроить? Лучше два. А то мы тут сами не можем, нечем.»

·        «Мы антенны разнесли на 2 метра в ширину, дальность километра 2, в лучшем случае 3-4. Может правильно разносить на 6 метров?»

·        «Алё, вы же помогаете СВО? Мы тут фирма из региона, делаем ретранслятор ребятам, и что-то получается маленький радиус.» Что насчет дуплексера и приборов? «Не, у нас 2 антенны.»

·        И так далее.

Таким образом, с одной стороны, кто-то раскрутил тему репитеров без дуплексеров (интересно, кто и как?), и на уверенности смог добиться их массового внедрения в зоне СВО. С другой стороны, те кто «внедрили» это, сами тому не рады. Круг замкнулся. Стало понятно, что это работает не так, как рекламировалось. Стало понятно для многих, но подозреваю, что далеко не для всех.

Корень зла (человеческий фактор)

Итак, в чем же проблема и откуда берется непонимание у людей. Проблема в той самой изоляции, о существовании которой не знает Сергеич (или знает, но не учитывает). Передатчик частично блокирует («забивает») приемник из-за того, что у приемника динамический диапазон очень даже конечен, а фильтры имеют неидеальную АЧХ, обеспечивая вполне конкретные параметры по забитию и внеполосной избирательности.

В результате получается эффект мнимого благополучия — когда репитер стоит на столе, станции рядом с ним, и все это на первый взгляд прекрасно работает. «А давайте проверим репитер на дальность?» Давайте! Проверили на 1-2-3 км, и опять все отлично. Конечно отлично, уровень на приемнике репитера –70..80 дБм. Тут проблем не будет. Проблемы надо искать при уровне –119..122 дБм. А когда первые отделения пошли на задание или за провизией, выясняется, что дальность таких ретрансляторов никогда не превышает 2-6 км. То есть, соответствует дальности радиосвязи между двумя VHF-радиостанциями с уровня земли и в прямом канале.

Далее — чистейшая человеческая психология. Репитер — видно, радиостанции — видно, что связь есть — тоже видно. А забитие и интермодуляцию — не видно. Человек верит в то, что видит, и в то, что можно потрогать. А человек, которого даже не видно, который «затирает» что-то по телефону, это вообще не пойми кто, и верить лучше Сергеичу, он хотя бы реален. Днем сигарет у него можно стрельнуть, а вечером — выпить вместе «чаю».

Но все же, наличие проблем со связью нельзя игнорировать бесконечно. Особенно, если учесть, что по речке все стоят плотно, у всех есть «соседи». И у «соседей» репитер с дуплексером спокойно обеспечивает радиус в 18-30 км. Тут даже если сам не усомнишься, другие укажут на «косяк». Так, некоторые владельцы ретрансляторов без дуплексеров стали что-то подозревать. Лучше поздно, чем никогда.

Корень зла (технические аспекты)

Итак. Эмпирически определено, что для современных ретрансляторов рекомендован уровень изоляции в примерно 80-85 дБ. 95+ дБ — идеально (чтобы с запасом), но достижимо обычно или на баночных дуплексерах, или на тщательно настроенных компактных дуплексерах PROCOM (это, кстати, лучший в мире производитель дуплексеров и антенн). Дуплексеры других зарубежных производителей, таких как RFS/MOTOROLA, SINCLAIR, SYSCOM, имеют типовое значение в 80-90 дБ. Российские и китайские noname-дуплексеры очень разные по качеству, и иногда там что-то не припаяно, и их приходится дорабатывать по месту:

Но главный недостаток «китайцев» — они «плывут» от мощности выше 20-30 Вт (происходит нагрев корпуса дуплексера от чего у него изменяется АЧХ — уползают резонансы, повышается КСВ, и дуплексер получается, что вступает в конфронтацию с репитером). Так что изоляцию в 80+ дБ можно получить и на «китайце» с Али, но с качеством и стабильностью там будет не очень.

Конечно же величина в 85 дБ не является догмой, так как все приемники различны по своим ТТХ — кто-то лучше, кто-то хуже, разный разнос, разные схемы преобразований по ПЧ и так далее. Но в целом это правило прекрасно работает, пусть и с погрешностью в 10-15%, а большего здесь и не требуется.

Теперь переходим к схеме без дуплексера. При том самом любимом на СВО разносе антенн по вертикали в 5-6 метров на диапазоне 160 МГц мы имеем изоляцию между антеннами в 25-28 дБ, а на 450 МГц — 35-38 дБ. А этого явно недостаточно, особенно учитывая, что дБ — величина логарифмическая!

Поэтому, Сергеич, разрешите начать с рассказа про изоляцию. Не сочтите за дерзость. Это то же самое, что развязка. Если совсем просто, то это переходное затухание между двумя портами, выраженное в дБ. В случае с дуплексером с двумя антеннами — между портами двух разнесенных в пространстве антенн. На картинке это «d».

Но военные связисты не лыком шиты! Они что-то прознали или кто-то подсказал, и некоторые из них стали снижать мощность ретранслятора. Так как типовой мощностью компактного 1U коммерческого репитера, как, например, Motorola SLR5500, Hytera HR1065, Caltta PR900, является 50 (45) Вт, ребята стали прошиваться на 10-20 Вт. Однако, децибелы по мощности — крайне неприятная штука. Оказывается, снизив мощность с 50 до 10 Вт, то есть в 5 раз, что вроде бы очень много, если, например, это была бы зарплата… Но в случае с блокированием приемника мы получаем всего лишь 7 дБ «форы»! Что если и облегчает жизнь приемнику, то лишь незначительно. И можно уверенно говорить о том, что на входе преемника при активной передаче мы будем иметь RSSI что-то около –100..90 дБ, снижая номинальную чувствительность приемника примерно на 14...34 дБ! А приемник, «затупленный» на 14...34 дБ — это, простите, уже не приемник. А устройство без 2-3 каскадов УВЧ по входу. Те, кто минимально знакомы со схемотехникой, могут представить, что получится в итоге.

А проявляется это все именно так — в снижении дальности радиосвязи в разы, а также в рассыпании речи (в режиме DMR), в прерывистом сигнале, излишних шумах в ретранслируемом сигнале, фоновых щелчках (в аналоговом режиме).

Особенно одаренные связисты, видя, что радиус действия репитера мал, и соседи по речке посмеиваются, думали-думали, как решить проблему, и таки придумали. Если репитер не работает «на даль», то надо добавить мощности. Ведь любой человек, учившийся в школе знает, что чем мощнее, тем лучше. Однако, это не так. Увеличив мощность ретранслятора с 10 до 20-50 Вт, все становится только хуже. В этот момент у незадачливого связиста возникает мысль, что с ретранслятором что-то не так — он или погорел, или был бракованным. Заканчивается все отправкой ретранслятора в один из крупных городов РФ, где есть специалисты и контрольно-измерительная аппаратура. Конечно же, по итогам диагностики оказывается, что репитер исправен, равно как и антенна, блок питания и все остальное...

Выводы

1.     Связь лучше доверить специалистам. Если их нет «в сапогах», они есть на гражданке. Зачастую вам помогут бесплатно или по цене 1 дня по контракту. Не такая великая плата за связь.

2.     Если вы решили строить репитер на разнесенных антеннах, извольте изучить литературу. Вопрос неплохо описан, и по нему есть как теоретическая база, так и эмпирические данные. Для тех, кому лень или не позволяет ситуация (а такое вполне может быть, учитывая стесненный быт и наличие боевых задач), привожу примерные рекомендованные значения:

Цифры приведены по источникам в сети Интернет при условии использования антенн одной поляризации. И тут возникает дилемма — можно поставить антенны во взаимно перпендикулярные поляризации, и получить дополнительные 16 дБ изоляции, но тогда и абоненты ретранслятора получат –16 дБ по приему или передаче. Так что хрен редьки не слаще.

Расчеты справедливы для антенн с Ку = 0 дБд (2,15 дБи), то есть, например, для антенны GP или одного петлевого вибратора. При использовании антенн с усилением, картинка дополнительно усугубляется на суммарное превышение усиления антенн по отношению к антеннам без усиления.

3.     Как следует из приеденных данных, разнос по горизонтали представляется весьма бесперспективным занятием. Остается разнос по вертикали, требующий для VHF около 45 метров, и для UHF — около 11 метров.

4.     Построение ретранслятора с разносом антенн реалистично лишь для диапазона UHF, и то, для этого потребуется опора высотой не менее 16 метров (отталкиваемся от того, что нижняя антенна будет установлена на высоте 5 метров над подстилающей поверхностью). При этом нижней антенной рекомендуется устанавливать передающую антенну, а приемную — верхней.

5.     Построение качественно работающего репитера с разносом антенн (обеспечивающего паспортную чувствительность приемника при работающем передатчике) на диапазоне VHF невозможно без наличия опоры выше 40 метров.

6.     Требования к разносу антенн могут быть значительно снижены при использовании в приемном тракте преселектора (полоснопропускного фильтра), такого как PROCOM BPF 2/3 (VHF), PROCOM BPF 70/3 (UHF) и им подобных устройств других производителей. Так, например, при дуплексном разносе в 15 МГц, компактный преселектор дает ослабление сигнала другого плеча на 15-20 дБ. И картинка по физическому разносу антенн становится совершенно иной:

При использовании «баночного» преселектора большого диаметра (8-10 дюймов) результаты будут еще лучше. Но даже при использовании компактного дуплексера видно, что задача по построению ретранслятора с вертикальным разносом антенн становится вполне реализуемой — разнести антенны на 5 метров по вертикали можно на любой легкой составной мачте длиной от 8-10 метров (UHF), а на 13 метров (VHF) — уже вполне реально при использовании осветительной опоры стадиона, башни сотовой связи, и даже военных мачт типа «тросовый телескоп» (некоторые из моделей имеют высоту в 16-19 метров в полностью выдвинутом состоянии).

Зачем нужна эта статья?

1.     Я устал слушать сказки про чудесные репитеры без дуплексера, которые «работают как надо».

2.     Я чувствую, что один в поле — не воин. И кто-то (не я) должен донести это все до сознания военных связистов с использованием понятных им терминов и эффективных средств. Но я хотел попробовать развенчать миф о чудесных ретрансляторах «просто разнеси антенны на 5-6 метров».

3.     Помочь связистам решить проблемы со связью, позволив им быстро устранить корень проблемы или обойти ее вовсе, учась на ошибках других.

P.S.

Советы на десерт

·        Если вы работаете с мобильным дуплексером, пусть даже самым лучшим (PROCOM, RFS, BIRD, EMR и т.п.), выставляйте мощность передатчика на 38-42 Вт максимум. Несмотря на то, что они заявлены как 50-ваттные, практика показала, что на 50 Ваттах им может быть нехорошо из-за преобразования ВЧ-энергии в тепловую. И чем дешевле и чем менее породистый дуплексер, тем хуже ему становится от передаваемой через него мощности. Есть нюансы, где именно установлен дуплексер, внутри или снаружи, как он охлаждается и т.п., но с учетом неизвестных условий эксплуатации на СВО, этим всем можно пренебречь.

·        Аккуратнее с коаксиальным кабелем, которым подключаются антенны. С выбором, разделкой разъемов, с перегибами. Это самая частая проблема при организации радиосвязи на СВО (не считая репитера без дуплексера конечно). Три простых правила:

1.     Кабель длиннее 25 метров на UHF должен быть с внешним диаметром (диаметром по изоляции) не менее 10 мм и двойным экраном типа чулок+фольга (например, RG-213C/U, Ericsson TZC 500 32 и т.п.). Кабель длиннее 42 метров на UHF должен быть такой же конструкции и диаметром не менее 13 мм (например, 10D-FB). Если говорить про VHF, то предельные длины кабеля можно умножать на 3 (то есть 75 и 126 м соответственно). Запомните, это предельные значения! Всегда лучше, когда кабель толще и короче.

2.     Не изгибайте кабель с радиусом меньшим, чем 7 его диаметров. То есть, если кабель диаметром 10 мм, минимальный радиус изгиба составляет 70 мм (представьте себе круг диаметром 14 см, и изгибайте по нему).

3.     Разделывайте разъемы тщательно — на хорошем свету. Четко соблюдайте внутреннюю геометрию разъема (геометрию разделки кабеля). Аккуратно обходитесь с каждой проволочкой кабеля — ни одна из низ не должна упасть в разъем, не должна перемкнуть оплетку и жилу. Не обжимайте центральный пин плоскогубцами — для этого есть спец. инструмент, т.н. кримперы. Еще лучше паять центральный пин с бескислотным флюсом. По возможности промывайте место пайки спиртом непосредственно перед сборкой разъема. И в случае отсутствия измерительной техники (портативный VNA, КСВ-метр), проверяйте кабель хотя бы мультиметром! Три проверки: отсутствие замыкания оплетки на центральную жилу, сопротивление между центрами коннекторов (до 0,8 Ом на 100 метров), сопротивление между корпусами коннекторов (до 0,6 Ом на 100 метров).

И все у вас будет хорошо! Ну по крайней мере в радиосвязи. Берите себя.