Профессиональная наземная подвижная радиостанция (Land Mobile Radio, LMR) - это не бытовое радио. Она должна передавать сигнал по одному нажатию кнопки, принимать в течение всей смены и находиться в режиме ожидания с минимальным потреблением в паузах между вызовами, часто под дождём, в пыли, на транспорте и во взрывоопасных зонах. Чтобы правильно подобрать аккумулятор, сначала нужно понять, куда уходит ток. Эта статья открывает новую серию о профессиональных радиостанциях: в ней описан путь сигнала от микрофона до антенного разъёма, три электрических состояния - ожидание, приём и передача, принятый в отрасли рабочий цикл 5-5-90, три цифровых стандарта P25, TETRA и DMR, а также требования к защите и искробезопасности. В конце мы честно очерчиваем роль герметичных никель-металлгидридных (NiMH) аккумуляторов по сравнению с никель-кадмиевыми (NiCd) и литий-ионными (Li-ion). Значения тока взяты из технической документации конкретных названных устройств; любая расчётная автономность помечена как иллюстративная, и значение нельзя переносить с одной радиостанции на другую.
Факт 1. У портативной LMR-радиостанции есть три электрических состояния с очень разным потреблением. Ожидание - это состояние покоя между вызовами, когда устройство лишь отслеживает канал в ожидании передачи или сигнализации; при приёме работают приёмник, динамик и дисплей; а при передаче выдаётся импульс высокого тока на выходной усилитель при нажатии тангенты (push-to-talk, PTT). Приведённые ниже числа относятся к конкретным аппаратам из документации производителя, а не к универсальным значениям.
Факт 2. Рабочий цикл 5-5-90 - это отраслевой ориентир по автономности: 5 процентов передача, 5 процентов приём и 90 процентов ожидание. Hytera, Icom, Motorola и Kenwood используют этот профиль в пояснениях об аккумуляторах, он встречается и в академической литературе. Прежде чем сравнивать два данных производителей, нужно убедиться в одинаковом рабочем цикле и одинаковой температуре, иначе сравнение лишено смысла.
Факт 3. В профессиональной радиосвязи доминируют три цифровых стандарта: P25 (TIA-102) в североамериканской общественной безопасности, TETRA (ETSI EN/TS 300 392) - транкинговая сеть с опорой на инфраструктуру, прежде всего в Европе, и DMR (ETSI TS 102 361) - более экономичный стандарт, который использует существующие узкополосные объекты. Более старая аналоговая связь сохраняется в простых обычных сетях.
Факт 4. Защищённость и искробезопасность - это отдельные уровни требований. Степень защиты по IEC 60529 доходит до IP67 (пыленепроницаемость и временное погружение) и IP68 (длительное погружение, например Hytera PT890Ex на 2 м в течение 4 часов); MIL-STD-810 охватывает температуру, падение, вибрацию и другие внешние воздействия. Для взрывоопасных зон добавляются ATEX и IECEx (IEC 60079) с видами взрывозащиты, такими как Ex ib.
Факт 5. Уровень аккумулятора регулируется собственными стандартами. Герметичные NiMH-элементы аттестуются по IEC 61951-2 на характеристики и по IEC 62133-1 (никелевая часть) на безопасность; аккумуляторы отправляются как UN 3496 (батареи с сильным щелочным электролитом), а специальное положение IATA A199 подтверждает, что NiMH не ограничен как литиевый груз. Weijiang производит герметичные NiMH-элементы и NiMH-аккумуляторы, не выпускает NiCd- или литиевые элементы и не претендует на замену каждого оригинального аккумулятора производителя радиостанций.
Когда оператор говорит, микрофон преобразует звук в слабый электрический сигнал. Речевой тракт усиливает и фильтрует его, модулятор накладывает его на несущую, а выходной усилитель мощности (PA) поднимает его до мощности передачи, которая через согласующую цепь поступает на антенну. Именно этот выходной усилитель потребляет высокий ток при передаче; остальная часть тракта расходует относительно мало энергии. При приёме путь меняется на обратный: антенна принимает высокочастотный сигнал, входной фильтр и малошумящий предварительный усилитель подготавливают его, демодулятор восстанавливает речь, а аудиоусилитель управляет динамиком.
В режиме ожидания ни одна из цепей не работает полностью. Приёмник остаётся в экономичном режиме контроля, чтобы входящая передача или системная сигнализация могли разбудить устройство, тогда как передатчик, дисплей, подсветка и большая часть обработки выключены или включаются с интервалами. Поэтому потребление в ожидании низкое, но не нулевое - и поскольку на него приходится 90 процентов времени, небольшие различия здесь уже сказываются на общей автономности.
Кроме того, потребление - это не состояние, которое производитель может задавать свободно. Оно зависит от мощности передачи (1 Вт, 2,5 Вт, 5 Вт или 6 Вт), громкости, подсветки дисплея, цифрового или аналогового режима и от того, работает ли устройство в обычном прямом режиме (Direct Mode, DMO) или через транкинговую сеть (Trunked Mode, TMO). Поэтому приведённые ниже значения всегда привязаны к устройству и условиям его работы.
| Состояние | Потребление (конкретное устройство) | Что работает в этом состоянии |
|---|---|---|
| Ожидание | 300 мА (Icom IP-M60); 100 мА (Standard Horizon HX210E, 7,4 В); до 65 мА (Retevis RA85) | Приёмник в режиме контроля, системная сигнализация; передатчик и дисплей в основном выключены |
| Приём | 520 мА на максимальной громкости (Icom IP-M60); 330 мА (HX210E); до 450 мА (RA85) | Приёмник, демодулятор, аудиоусилитель и динамик, дисплей и подсветка |
| Передача, высокая мощность | 1,6 А при 5 Вт (Icom IP-M60); 1,6 А при 6 Вт (HX210E); около 2,0 А у типичной радиостанции Kenwood 7,4 В | Выходной усилитель выдаёт высокочастотную мощность; согласование антенны и модулятор активны |
| Передача, средняя мощность | 1,0 А при 2,5 Вт (HX210E) | Выходной усилитель с пониженным током; тот же тракт, меньшая выходная мощность |
| Передача, низкая мощность | 0,7 А при 1 Вт (HX210E) | Выходной усилитель в экономичном режиме; подходит для коротких дистанций и помещений |
| Ожидание, общая закономерность | Порядка нескольких десятков до нескольких сотен мА в зависимости от устройства | Только контроль и сигнализация; самый низкий длительный режим, но влиятельный на длинной дистанции |
| Передача, общая закономерность | Короткие импульсы 1-2 А, но лишь около 5 процентов времени | Самое высокое мгновенное потребление, кратковременное; импеданс аккумулятора должен ограничивать просадку напряжения |
Рабочий цикл 5-5-90 - это договорённая комбинация, а не физический закон. Он предполагает, что типичный пользователь в опорный час передаёт 5 процентов времени (3 минуты), принимает 5 процентов и оставшиеся 90 процентов (54 минуты) находится в ожидании. Профиль сложился из практики общественной безопасности и профессиональных сетей, и крупные производители используют его как общий язык, чтобы данные аккумуляторов были сопоставимы. Hytera прямо подчёркивает, что перед сравнением спецификаций нужно проверить одинаковый рабочий цикл и одинаковую температуру.
Транкинговая работа меняет картину. В сети TETRA или другой сети с разделением ресурсов устройство постоянно обменивается с инфраструктурой сигнализацией, например для регистрации и снятия с учёта, выбора ячейки и назначения временных интервалов трафика. Эта дополнительная нагрузка отсутствует в прямом режиме без инфраструктуры; поэтому автономность в TMO обычно короче, чем в DMO, хотя направление не гарантировано для каждого устройства. Отдельный пример: Hytera указывает для PT890Ex по 5-5-90 автономность TMO 22 часа и DMO 20 часов; это показывает, что нужно читать данные производителя, а не обобщать.
Все три стандарта оцифровывают речь и используют узкополосные каналы, но различаются сетевой архитектурой, разделением каналов и контекстом применения. P25 - это стандарт американской Telecommunications Industry Association (TIA-102), ориентированный на североамериканскую общественную безопасность: фаза I работает в FDMA на каналах 12,5 кГц, фаза II использует два временных интервала на несущую (TDMA) для повышения спектральной эффективности. TETRA разработан ETSI (EN/TS 300 392), размещает четыре интервала в канале 25 кГц, модулирует pi/4-DQPSK и изначально нацелен на инфраструктуру и транкинг; это делает его мощным, но также сложным и более дорогим. DMR (ETSI TS 102 361) делит канал 12,5 кГц на два интервала (эквивалент 6,25 кГц), существует в трёх версиях (Tier I без лицензии, Tier II коммерческий и общественной безопасности, Tier III транкинговый) и может использовать существующие узкополосные объекты, что удешевляет миграцию.
| Стандарт | Модель канала и сети | Типичный контекст применения |
|---|---|---|
| P25 (TIA-102) | Фаза I FDMA 12,5 кГц; фаза II 2 интервала TDMA; обычный и транкинговый режим | Общественная безопасность в Северной Америке, служебная радиосвязь, взаимодействие между ведомствами |
| TETRA (ETSI EN/TS 300 392) | 4 интервала TDMA в 25 кГц, pi/4-DQPSK; транкинговая сеть с опорой на инфраструктуру | Службы и организации в Европе и многих регионах, голос и данные высокой готовности |
| DMR (ETSI TS 102 361) | 2 интервала TDMA в 12,5 кГц (эквивалент 6,25 кГц); Tier I/II/III | Коммерческая и профессиональная радиосвязь, экономичная миграция на существующих узкополосных объектах |
| Аналоговый (более старый) | Простые узкополосные каналы, без интервалов; в основном обычный режим | Простые существующие сети и обратная совместимость; постепенно заменяется цифровым |
Радиостанция для пожарных, спасательных служб или промышленности должна выдерживать то, что офисное устройство никогда не видит. Степень защиты по IEC 60529 описывает проникновение пыли и воды: IP67 означает пыленепроницаемость и защиту при временном погружении, IP68 - длительное погружение в заданных условиях, например Hytera PT890Ex на глубине 2 м в течение 4 часов. MIL-STD-810 - это сборник военных методов испытаний, включая температурные циклы, влажность, падение, вибрацию, пыль и дождь; применяемый метод и его жёсткость зависят от производителя и должны проверяться по спецификации.
Во взрывоопасных зонах, таких как нефтегазовые объекты, химия или горная промышленность, прочного корпуса недостаточно: само устройство не должно создавать искры или температуры поверхности, способные воспламенить. ATEX (Европа) и IECEx (международный, IEC 60079) регулируют искробезопасность, например с видом защиты Ex ib, газовыми группами IIA, IIB и IIC и рудничным классом M2/Mb; в Бразилии добавляется INMETRO. Радиостанции, такие как Motorola MOTOTRBO R7Ex или ATEX-радиостанции Hytera, сертифицируются как полный искробезопасный комплект вместе с утверждённым аккумулятором. Электромагнитная совместимость радиостанции регулируется среди прочего EN 301 489.
Никель-кадмий - самая старая из трёх химических систем. NiCd-элемент был разработан ещё в 1899 году, переносит глубокий разряд и широкий температурный диапазон, имеет долгий срок службы, экономичен и очень прочен, но подвержен сильному эффекту памяти и содержит кадмий - токсичный тяжёлый металл. В Европейском союзе NiCd-элементы для бытовых применений в основном запрещены, с исключениями среди прочих для медицинских устройств, аварийного и сигнального освещения и аккумуляторных инструментов. Никель-металлгидрид использует отрицательный электрод из водородопоглощающего сплава, при том же объёме даёт в два-три раза большую ёмкость, чем NiCd, держит напряжение 1,2 В почти постоянным до конца разряда и более экологичен; эффект памяти уменьшен, но не исчез, прочность не вполне достигает NiCd, заряд более деликатный, а старые элементы имеют более высокий саморазряд.
Литий-ион имеет самую высокую плотность энергии, он самый лёгкий, не знает эффекта памяти и имеет месячный саморазряд около 5 процентов, но чувствителен к теплу и нуждается в управлении безопасностью. Здесь важна позиция Weijiang: мы производим только герметичные NiMH-элементы и NiMH-аккумуляторы, ни радиостанции, ни NiCd- или литиевые элементы (литий мы лишь собираем в аккумуляторы). Мы не претендуем на замену каждого оригинального аккумулятора производителя. Поскольку NiCd и NiMH оба имеют номинальное напряжение 1,2 В, герметичный NiMH-аккумулятор может там, где это позволяют радиостанция, зарядное устройство и механическая форма, стать альтернативой без кадмия; пригодность мы проверяем с клиентом по каждому случаю.
Это отраслевой опорный профиль по автономности: 5 процентов передача, 5 процентов приём и 90 процентов ожидание. Он сложился из практики общественной безопасности и профессиональных сетей и используется производителями Hytera, Icom, Motorola и Kenwood. Поскольку это договорённая комбинация, сравнение двух данных должно опираться на одинаковый цикл и одинаковую температуру.
При передаче выходной усилитель должен создавать высокочастотную мощность, обычно 1-6 Вт; для этого нужны короткие импульсы около 1-2 А. В ожидании лишь приёмник работает в режиме контроля, чтобы устройство реагировало на сигнализацию, и потребление составляет от нескольких десятков до нескольких сотен мА. Однако сильные импульсы передачи длятся лишь около 5 процентов времени.
P25 (TIA-102) распространён прежде всего в североамериканской общественной безопасности и работает в FDMA (фаза I) или TDMA (фаза II). TETRA (ETSI) использует четыре интервала в 25 кГц, изначально нацелен на инфраструктуру и транкинг, широко представлен в Европе. DMR (ETSI) делит 12,5 кГц на два интервала, существует в трёх версиях и может экономично использовать существующие узкополосные объекты.
При обычной работе пользователи работают на закреплённых каналах; в транкинге контроллер управляет каналами и динамически выделяет свободный канал через управляющий канал. В прямом режиме (DMO) устройства связываются без инфраструктуры, в транкинговом режиме (TMO) соединение идёт через сеть. Постоянная сигнализация в TMO может влиять на автономность.
Для пыли и воды - IEC 60529 с IP67 (пыленепроницаемость, временное погружение) и IP68 (длительное погружение). MIL-STD-810 охватывает температуру, падение, вибрацию и другие воздействия. Для взрывоопасных зон - ATEX и IECEx (IEC 60079) с видами, такими как Ex ib, газовыми группами IIA/IIB/IIC и рудничным классом M2/Mb; в Бразилии добавляется INMETRO.
NiCd и NiMH оба имеют номинальное напряжение 1,2 В. Поэтому герметичный NiMH-аккумулятор может там, где это позволяют радиостанция, зарядное устройство и механическая форма, стать альтернативой без кадмия, обычно с большей ёмкостью при том же объёме. Weijiang не производит NiCd-элементы и проверяет пригодность по каждому случаю с клиентом, вместо того чтобы обещать замену для каждого оригинального аккумулятора.
Рабочий цикл и профили тока: Hytera (пояснение о чтении мощности динамика и спецификаций аккумуляторов перед заказом), белая книга Icom о технологии аккумуляторов для радиостанций и академическое исследование о потреблении портативных радиостанций, описывающие цикл 5-5-90; значения тока Icom (IP-M60), Standard Horizon (HX210E), Retevis (RA85) и Kenwood. Стандарты и сетевые модели: сравнение Hytera P25, TETRA, DMR, LTE и PTT, белая книга DMR Association о частных цифровых PMR-сетях, страница стандартов DMR, страница ETSI о мобильной радиосвязи и описание Anritsu о Land Mobile Radio.
Защищённость и искробезопасность: страница Hytera об ATEX-радиостанциях, страница Motorola и брошюрный материал по MOTOTRBO R7Ex; примеры батарей и аккумуляторов в RS Components, PKCELL и Alibaba; сравнение химических систем NiCd vs NiMH vs Li-ion, а также советы Hytera о зарядке радиостанций и продлении срока службы. Значения тока взяты из технической документации упомянутых устройств, все расчётные автономности и числа аккумуляторов - это иллюстративные инженерные примеры, а обязательными являются значения, указанные в спецификациях и сертификатах.
Weijiang Power поставляет герметичные NiMH-аккумуляторы для профессиональных наземных подвижных радиостанций в формате OEM, рассчитанные на сильные короткие импульсы передачи и долгую работу в ожидании, с элементами, аттестованными по IEC 61951-2 и IEC 62133-1 и отправленными как UN 3496 по схеме IATA A199. Мы не производим NiCd- или литиевые элементы и не претендуем на замену каждого оригинального аккумулятора; пригодность как альтернативы без кадмия проверяем по каждому случаю. Сообщите нам модель радиостанции, мощность передачи, рабочий цикл, требуемую автономность на смену, степень защиты и схему зарядки, и мы разработаем число элементов, ёмкость и размер для импульсной работы и поддержим испытания перед сертификацией. Посмотрите линейку NiMH-продукции Weijiang со стандартными форматами аккумуляторов или свяжитесь с нашей OEM-командой с вашей спецификацией устройства.
