Radiolänk

Från Wikipedia
Hoppa till: navigering, sök
Antenner för radiolänk
Det två största är paraboloidantenner med väderskyddande duk över öppningen samt israsskydd över dem. Den cirkulära delen mellan skyddsduken och den bakomliggande spegeln reducerar oönskade sidolober.
Det lilla gula i bildens mitt är en antenn försedd med en konisk radom.

Radiolänk är en punkt-till-punkt-förbindelse, där en eller flera kanaler överförs med ett eller flera kaskadkopplade hopp. Motsvarande termer på andra språk förklarar egentligen bättre än den svenska termen vad det är fråga om.

Enligt en äldre, numera övergiven nomenklatur, menade man till skillnad från kabelförbindelser m m, med radiolänk enbart en långväga förbindelse med radio exempelvis för sjöfarten en förbindelse från en kustradiostation på land till ett fartyg på långt håll, t.ex. på de vida haven. (Kortvåg (HF) och gränsvåg.)

För dagens radiolänkar används frekvenser över ca 150 MHz.

Vågutbredning[redigera | redigera wikitext]

Från frekvenser omkring 1 GHz och uppåt krävs normalt fri radiooptisk sikt mellan sändarantenn och mottagarantenn. Den radiooptiska sikten är inte riktigt densamma som den vanliga sikten, vilket beror på avböjning i atmosfären. Normalt avtar atmosfärens täthet med höjden över mark, vilket medför att radiovågen böjer av något nedåt. I stället för att gå snörrätt ut i rymden följer radiovågen jordklotets krökning, vilket innebär att man från sändarantennen sett, så att säga "tittar runt hörnet." Enligt fysikens lagar kröker emellertid inte radiovågen lika mycket som jordytan. Man brukar tala om att radiovågen följer en fiktiv jord med större medelpunktsradie än den verkliga, som man överslagsmässigt kan sätta till omkring 6 375 km. (Nu är jorden är inte ett exakt klot, utan kan närmast liknas vid en potatis. Därför varierar den verkliga medelpunktsradien mellan olika orter. Noga räknat ska man vid radiolänkplanering inte rätta sig efter medelpunktsradien, utan efter krökningsradien längs radiolänksträckan, vilket inte är riktigt samma sak.) Vid planering av radiolänkförbindelser brukar man ansätta att radiovågen i en ostörd atmosfär följer en fiktiv jord med en medelpunktradie = 43 av den verkliga jordradien (33 % större). Vid störd atmosfär, d.v.s. variationer i det vanliga vädret, kan radiovågen krökas både mer och mindre, allt efter omständigheterna. Detta måste man vid planering av radiolänkar ta hänsyn till.

Det synliga ljuset böjer sig faktiskt också en aning i atmosfären, men mindre än radiosignaler med radiolänkfrekvens. Överslagsmässigt brukar man räkna med att synligt ljus kröker sig lika mycket som en fiktiv jord med radien 117 av den verliga jordens (57 % större).

Ett sätt att i praktiken kontrollera om det är fri sikt mellan två tilltänkta antennplatser är att nattetid lysa med en högintensiv strålkastare från den ena platsen mot den andra, där en person ska avgöra om strålkastarljuset syns eller inte. På korta håll (några 10-tal km) kan man bortse från strålkastarljusets krökning, men på de mycket långa håll, som kan förekomma i extrema fall, bör man ta hänsyn till det vid planeringen av radiolänkhoppet.

Vid radiolänkförbindelser under ca 8 GHz har nederbörd (regn, snö, hagel) försumbar inverkan, men vid frekvenser högre upp blir påverkan successivt större, radiovågen dämpas. Lite duggregn är inte så farligt, men från ca 10 GHz och uppåt kan ett störtregn (ett ögonblicksvärde motsvarande exempelvis 10 mm/h eller mer) vara förödande, om man inte garderat sig mot det på något eller några av de sätt som finns att bemästra detta problem.

De mest intensiva nederbördsmängderna är generellt kortvariga, och en kort nederbördsbetingad störning i radiolänkförbindelsen kan vanligen accepteras, särskilt om sådana tillfällen inte inträffar alltför ofta, t.ex. inte mer än en eller annan gång i årets nederbördsrikaste månad.

En lyckosam sak är även att de mest intensiva nederbördsmängderna så gott som alltid är mycket lokala, varför det sällan i varje sekund störtregnar över en hel radiolänksträcka, och framför allt inte över flera hopp i rad. Medeldämpningen per km, utjämnat över en hel radiolänksträcka, blir därför avsevärt mindre än inom störtregncellerna.

För högre radiolänkfrekvenser, som av vågutbredningsskäl kan behöva vara relativt korta — kanske bara några få km — kan dock, om det vill sig illa, en störtregncell uppta en procentuellt stor del av ett hopp, och då blir den negativa inverkan av regn något man måste ta hänsyn till vid planeringen av radiolänken.

Oftast blir det inte så illa som ett fullständigt avbrott, utan exempelvis vid ett telefonsamtal bara brus, knäppar eller annat under en kort stund. Vid en TV-förbindelse under den analoga tiden blev det "snö i bilden" (vita fläckar, som rörde sig oregelbundet). Vid dagens digitala TV blir effekten att bilden "bläddrar" någon sekund. Vid dataförbindelser kan dylika störningar ofta hanteras av olika slag av redundans, felkorrigerande koder m m inbyggt i själva datorsystemet.

När det gäller snö är det vid högre frekvenser inte själva snöandet längs sträckan, som är det största problemet, utan snö och is som ansamlas på själva antennerna och kan finnas kvar lång tid efter det snöandet upphört. För att råda bot på detta finns flera möjligheter:

  • Tak över antennen. Det hjälper mest för is som kan falla från masten högre upp. Yrsnö tar sig in under taket i alla fall.
  • En duk över antennöppningen av material som föga påverkar radiovågorna, t.ex. hypalon. När det blåser fladdrar duken och skakar av sig snön. Funktionen förstärks om duken monteras med några graders avvikelse från lodlinjen, så att "duken tittar nedåt."
  • En hårdplastkon med låg dämpning för radiovågor, monteras över antennöppningen med spetsen utåt, vilket gör att den mesta snön glider av. En sådan kon kallas radom, och har den ytterligare fördelen att den minskar belastningen på antenn och antennbärare vid hård vind. (En paraboloidantenn blir en ren "skopa," som fångar upp vindtrycket.)
  • Elektriska värme-element inbyggda i antennen (i radomen i förekommande fall). Nackdelen med detta är att det krävs förhållandevis hög effekt för att det ska bli varmt nog för att smälta snön även om det råder många minusgrader. Det kan röra sig om många kW, mångfaldigt mer än vad radiolänkutsrustningen i sig behöver. De elektriska värmetrådarna måste också läggas på speciella sätt, för att inte radiovågorna ska störas för mycket. Allt detta är dels kostsamt, även om strömmen är avslagen, när det inte snöar, och dels svårbemästrat vid ensligt liggande radiolänkstationer långt från fast elnät (som i sig är sårbart).

Inom vissa, snäva frekvensområden kan dämpningen blir särskilt svår p.g.a. resonansabsorption i vissa av de gaser, som ingår i atmosfären. Bovar härvidlag är exempelvis vattenånga och koldioxid. Sådana dämpningstoppar finns bl a kring ca 23 GHz, 60 GHz. Ytterligare absorptionstoppar finns över 100 GHz, men så höga frekvenser är knappast aktuella för vanliga radiolänkförbindelser.

Kniveggsrefraktion[redigera | redigera wikitext]

När en radiovåg går över en ås med branta sidor som framstår markant mot den närmast omgivande terrängen bryts radiovågen nedåt en aning, så att man så att säga "ser runt hörnet." En sådan terrängformation blir på så vis mer en hjälp än ett hinder att nå en mottagningssation längre bort. Den praktiska nyttan blir då att erforderlig masthöjd blir något mindre jämfört med det fall de skulle göras så höga att man har konventionell radiooptisk sikt mellan sändarantenn och mottagarantenn.

Åsen kan liknas vid en knivegg, varför detta fenomen kallas kniveggsrefraktion.

Antenner[redigera | redigera wikitext]

Typiskt för radiolänk är att dess antenner har riktverkan. Dessa är av olika slag alltefter det frekvensområde som används.

Yagiantenner[redigera | redigera wikitext]

Yagiantenner används vid VHF och undre delen av UHF-banden. För att skapa bredbandighet, när många radiokanaler ska utnyttja en gemensam antenn används varianten logperiodisk antenn.

Paraboloidantenner[redigera | redigera wikitext]

Paraboloidantenner används från övre delen av UHF-bandet (ca 1 GHz) och upp till ca 30 GHz (SHF-bandet). Till denna grupp hör även varianter, som bygger på paraboloidprincipen, t.ex. musselantennen, trattparaboloidantenn, cassegrainantenn.

Trattantenner[redigera | redigera wikitext]

Regelrätta trattantenner förekommer inom EHF-området.

Dipolgrupper[redigera | redigera wikitext]

För riktigt höga frekvenser (EHF) används speciallösningar, t.ex. ett stort antal halvvågsdipoler anordnade plant i form av kopparfolier på ett mönsterkort.

Teleskopantenn[redigera | redigera wikitext]



Antenner kopplade "rygg—mot—rygg"[redigera | redigera wikitext]



Konstgjord knivegg på en ås[redigera | redigera wikitext]

Om en höjd skymmer direkt radiooptisk sikt mellan antennerna är det i vissa fall möjligt att på artificiell väg åstadkomma kniveggsrefraktion. Man bygger då längs höjden ett staketliknande metallnät vinkelrätt mot förbindelseriktningen med maskor som skall vara små i förhållande till våglängden. Låga frekvenser kräver högt nät (åtskilliga våglängder). Utsträckningen i sida bör vara många gånger nätets höjd.

Nätet måste göras så starkt att det motstår de starkaste vindar som kan förekomma på platsen, även om maskorna skulle vare helt igensatta av is och snö. En så stabil konstruktion kan bli ganska dyr att göra, och kostnaden måste vägas mod priset av att bygga de höga master, som måste till, om man inte utnyttjar kniveggsrefraktion.

I praktiken är sådana lösningar ovanliga, men det har bevisats att metoden fungerar. Ett hinder kan vara svårighet att få tillstånd att utnyttja marken för ett sådant mastodontstaket.

Vinkelspeglar[redigera | redigera wikitext]

Det är möjligt att någonstans på vägen mellan stationerna bygga en metallspegel av många våglängders både höjd och bredd för att gå runt ett isolerat hinder. En variant är att man vänder en stations antenn mot en höjd på något avstånd men i fel riktning mot den önskade förbidelsen och på höjden inrättar en stor metallspegel, som skickar tillbaka vågen mot hoppets andra antenn. Eftersom det är den projicierade ytan som räknas måste vinkeln mellan den infallande vågen och den reflekterade hållas ganska spetsig för att inte erforderlig spegelbredd ska bli opraktiskt stor.

Om riktningsförhållandena på platsen skulle kräva en trubbig vinkelavvikelse på radiostrålen, kan man på den mellanliggande höjden först bygga en spegel för en någorlunda spetsig vinkel, men som då kommer att peka åt alldeles galet håll. På något avstånd därifrån bygger man en andra spegel, som med en likaledes någorlunda spetsig vinkel skickar tillbaka strålen något vid sidan av den första spegeln, men då i den rätta riktningen mot motstationen. Strålen går då i en Z-formig figur, där den resulterande riktningsändringen är en trubbig vinkel.

Liksom vid staketet vid kniveggsrefraktion måste vinkelspeglar byggas så kraftiga att de motstår lokalmiljöns väder och vind. Det blir kostsamt, särskilt om dubbla speglar krävs vid en trubbig slutlig vinkelavvikelse. Val av spegelalternativ måste därför vägas mot alternativa lösningar.

Ett praktiskt problem är att speglarnas läge i naturen måste ställas in mycket noga för att "solkatterna" ska hamna rätt.

Speglarnas storlek måste rättas efter den använda våglängden, varför de blir ekonomiskt försvarbara endast vid högre radiolänkfrekvenser.




(Ovanstående är början på en fullständig omarbetning av nedanstående, som innehåller många diskutabla[enligt vem?] påståenden)

Antennerna är riktade mot varandra, och monteras så att det inte finns berg, större byggnader eller annat som kan hindra radiovågorna mellan dem. En radiolänkantenn sätts upp i torn, mast eller på hustak.

Radiolänkar använder sig av frekvenser över 30 MHz och deras maximala överföringsavstånd ligger från enstaka meter upp till hundratals kilometer. Många länkutrustningar medger inställning av sändarnas och mottagarnas polarisation och frekvens.. Vid planering av ett länkstråk måste sändareffekter dimensioneras så att den dämpning som uppstår kan övervinnas.

Historik[redigera | redigera wikitext]

Radiolänkens uppfinnare heter Guglielmo Marconi. Han konstruerade på 1920-talet radiolänken för radiotelegrafi mellan länder i det brittiska imperiet. Redan år 1933 installerade han den första mikrovågslänken, mellan Vatikanen och påvens sommarbostad Castel Gandolfo.

Användningsområden[redigera | redigera wikitext]

De vanligaste radiolänkarna använder mikrovågor och många används mellan basstationer för mobiltelefoni. Men även mellan sändningsplatser för marksänd rundradio. Vilket är billigare än att gräva ner fiberkabel eller koaxialkabel mellan dessa eller stamnätet.

För- och nackdelar med radiolänk[redigera | redigera wikitext]

Radiolänkar kräver inte någon kabelgrävning och kan därför bli billigare och går snabbt att ta i drift. En nackdel med radiolänkar är att det oftast krävs fri sikt mellan sändare och mottagare. Antennerna måste monteras i master och på höga byggnader. Överföringen kan störas vid mycket dåligt väder, speciellt vid sändning på vissa frekvensområden. En annan nackdel är att en radiolänk har lägre kapacitet än till exempel optisk fiber.