АНТЕННА UHF, НАИМЕНЕЕ ИЗУЧЕННЫЙ КОМПОНЕНТ СИСТЕМ ХРОНОМЕТРАЖА

 на О хронометраже

Привет! Сегодня я хотел бы вам рассказать об антеннах UHF, так как из всех компонентов это важнейшая, по моему мнению, составляющая, которая вызывает вопросы  у большинства ввиду наименьшей ее изученности, к тому же не все системы хронометража используют одни и те же виды антенн.

Почему антенна – это самая сложная составляющая?

С ростом индустрии систем хронометража UHF многие занялись развитием и производством устройств, не обладая достаточными для этого знаниями и опытом. Антенна UHF – самая сложная часть оборудования. Запрограммировать считыватель Impinj с помощью библиотек на .Net и поставить рядом промышленный PC довольно просто. Покупаем стандартный коврик с кабель-каналом, вынимаем внутренности, устанавливаем внутрь антенну Impinj, и вперед хронометрировать… Правда? Большая ошибка!.

Для начала, необходимо обладать знаниями устройства и работы всех составляющих системы хронометража, например, проводов.  Считыватель Impinj принимает свыше 128 различных конфигураций протокола GEN 2, и я могу вас заверить, что есть только одна, которая является оптимальной. Нам понадобилось 4 месяца, ряд испытаний и несколько хронометражированных забегов для того, чтобы обнаружить ее. К тому же проводить хронометраж корректно уже недостаточно. Сегодня необходимо передавать данные на высоком уровне — чисто, и, главное, быстро. Пересылка уведомлений push всем участникам забега, публикация на стене Фейсбука, Live Timing, фотографии, подписки… Это только то немногое, что мы делаем благодаря Sportmaniacs.

Несмотря на все это, антенна – самая сложная часть оборудования, просто потому что неспециалисты не умеют создавать антенны. На рынке не существует ни одной готовой горизонтальной антенны, которая работала бы корректно в условиях хронометража стартов, а боковые антенны не позволяют передачу с широтой охвата, стандартной для многих массовых соревнований.

Каждый серьезный производитель оборудования для хронометража спроектировал свои собственные антенны или заказал их производство профессионалам. Вот небольшой список решений, адаптированных другими производителями:

    • Для хронометражного оборудования  Chronotrack антенны были произведены компанией Impinj, а конкретно человеком по имени Рональд Оливер. Я считаю эти антенны просто гениальными. Рональд проделал выдающуюся работу, я изучил его антенну вдоль и поперек, и она до сих пор меня удивляет. Я не специалист в антеннах. Вы могли бы сказать: «Ладно, мы купим такие же антенны Impinj, и вопрос решен!». Но на самом деле Impinj производит специальный выпуск антенн для Chronotrack, которые работают хорошо только в их условиях хронометража. Модифицировать «покупную» антенну, чтобы сделать из нее антенну Chronotrack невозможно. Поверьте, я пробовал. Это так же сложно, как создать антенну с нуля, а без инструментов, соответствующего оборудования и необходимых знаний можно решить, что две антенны абсолютно идентичны, но при этом одна будет работать, а вторая нет.
    • В оборудовании для хронометража  Mylaps мое внимание привлекают некоторые аспекты, которые решены очень хорошо, где чувствуется опыт, но также и такие, которые работают не так хорошо – думаю, из-за спешки внедрить продукт на рынок.  Например, горизонтальная напольная антенна. Антенна представляет собой patch, накладку, с платой в задней части и диэлектриком посередине. Я не смог ее разобрать, но уверен, что она устроена именно так.  Она гораздо проще той, что спроектировал Рональд Оливер, поэтому хронометражный чип  Mylaps обернут толстым слоем защитного пеночного материала. Таким толстым, что это создает неудобства. По моему скромному мнению, Mylaps работает с перебоями больше из-за толщины пены, чем из-за самой антенны.
    • Существуют и другие производители систем хронометража, которые создали антенны, похожие на антенны Mylaps, некоторые из них не такие надежные, поскольку им приходится использовать два хронометражных нагрудных чипа одновременно.

Как мы создали антенны для хронометража в Timing Sense?

В Timing Sense мы разработали собственную антенну на базе похожей модели Impinj, адаптировав ее к нашим нуждам хронометража.

    • Прежде всего, наша антенна сделана из стали, что делает ее устойчивой к прохождению по ней автомобиля. Не все антенны для хронометражных систем обладают этим качеством.
    • Лишний вес антенны мы компенсируем облегченным весом коврика с кабель-каналом, делая общий вес комплекта оптимальным.
    • Наша антенна чуть крупнее антенны Impinj, и наши коврики имеют почти 1 метр в длину. Я никогда не был фанатом длины в 90 см у ковриков системы Chronotrack. Я считаю, что покрыть 4 метра с помощью ковриков в 3,6 м осуществимо, но, например, покрыть 12 метров стартовой или финишной линии ковриками общей длиной в 10,8 метров – уже проблема. В результате необходимо использовать дополнительное хронометражное устройство, чтобы обеспечить питание 13-го коврика и его антенны, и то в таком случае покрытыми будут лишь 11,7 метров из 12. Наши коврики имеют в длину почти метр. Почти, потому что если, например, финишная арка имеет проем в 8 метров, и она не надувная, а металлическая, нам будет необходимо установить 8 ковриков по 1 м в этот проем, и длина коврика на 2-4 см короче дает нам преимущество в виде небольшого зазора для комфортной работы техников, при этом нет существенной потери оставшихся без покрытия метров при установках финишной прямой в 12 или 16 ковриков.
    • Антенна UHF и ее схема спроектированы таким образом, чтобы открыть пучок чуть больше и таким образом без проблем покрыть оставшиеся сантиметры.

Немного технической жести…

Но… Что же это за антенна?

Используемая нами антенна UHF, принадлежащая к той же семье антенн Impinj, это слот антенна с полостью. Слот – это не более, чем зазор, рядом с которым вводится сигнал, и который препятствует прохождению тока. Поэтому ток вынужден проходить вне этого зазора. Обладая конкретным размером, наша антенна работает на Lambda, а не Lambda/2, генерируя электрическое поле и токи, провоцирующие излучение.

Этот тип антенн обладает одной особенностью, а именно воспроизводством дуализма диполями. Не вдаваясь в детали, слот антенны действуют похожим образом, как и и диполь – более простая антенна, но с обратной поляризацией.  К чему я все это…

Конец технической жести…

Почему Mylaps крепит хронометражный чип горизонтально, а мы вертикально?

Потому что это зависит от хронометражной антенны, ниже изображена диаграмма радиации антенны чипа.  Чип излучает подобным на изображении способом antenna.theory.com:

На изображенной диаграмме чип расположен вертикально и параллельно оси Z. Если мы развернем чип на 90º и расположим его параллельно полу, диаграмма также развернется и примет положение автомобильного колеса, с поляризацией  параллельной чипу и оси Z. Таким образом, если чип является осью колеса, а диаграмма его излучения представляет из себя колесо, нам всего лишь нужна антенна с такой же горизонтальной поляризацией, параллельно полу. Это то, что сделали в Mylaps.

По сути, их антенна представляет собой металлический квадрат определенного размера, еще один металлический квадрат большего размера и пластик между ними. Поляризация зависит от того, с какой стороны входит сигнал, и с какой стороны выходит, и может изменяться. В  Mylaps  разработали очень простую антенну, и чип расположен в зоне максимума, поскольку он направлен на горизонтальную напольную антенну именно красной частью.

Как мы уже сказали, наша антенна реагирует противоположным диполю способом, что касается поляризации.  Поэтому несмотря на то, что паз перпендикулярен направлению бега, поляризация получается обратной, потому что это паз. И она не горизонтальная, а вертикальная. Поэтому хронометражный чип также расположен вертикально на груди. Те из вас, кто следит за моим блогом, подумают то же, что подумал я. «Ладно, хорошо, напольная антенна излучает по вертикали, но мой чип не излучает ничего, ноль, именно тогда, когда я пересекаю антенну на финишной линии». Он не может иррадиировать, судя по иллюстрации вверху, это самая зеленая часть, переходящая в голубую. То есть, в этом месте нет излучения.

Почему же тогда наша система хронометража работает так точно, если чип обладает нулевым излучением?

Потому, что обе антенны излучают в форме колеса и передают друг другу сигнал за мгновение перед тем, как пересечь антенну. На самом деле, напольная антенна более сложна в своем устройстве, и в ней происходит гораздо больше, но мы не будем о ней говорить в этой статье.

Хронометражный чип получает заряд энергии за несколько метров до пересечения спортсменом коврика с антенной и обычно считывается несколько раз до того, как он приблизится непосредствено к финишной линии. На самом деле, я считаю, что чип действительно излучает непосредственно над антенной с помощью меандров (излучин), возможно, с помощью петли, выходящей из чипа, но всегда учитывая движение бегуна и изменяя экспозицию чипа по отношении к антенне.

Очень важно, чтобы тем из вас, кто изучает рынок различных систем хрнометража на предмет приобрести оборудование, было абсолютно ясно, что антенна – важнейшая составляющая оборудования для корректного чтения. Несмотря на техническую насыщенность этой статьи, надеюсь, она вам понравилась, и я с удовольствием отвечу на любые ваши вопросы.