Дослідження та проєктування антен із прихованим розміщенням для радіозв’язку

Abstract

Сучасні мережі мобільного радіозв’язку та радіодоступу характеризуються високими вимогами до якості зв’язку, надійності покриття та ефективного використання радіочастотного ресурсу. Важливу роль у забезпеченні цих параметрів відіграють антени, що використовуються як у мобільних пристроях, так і на базових станціях (БС) стільникових мереж. Однією з актуальних тенденцій у розвитку мереж є необхідність прихованого розміщення антен, що обумовлено як технічними, так і естетичними вимогами, особливо в умовах щільної міської забудови. Розвиток мобільного зв’язку супроводжується встановленням великої кількості антенних систем, що спричиняє низку проблем, пов’язаних із їхнім впливом на міську інфраструктуру, архітектурний стиль та культурну спадщину. Найбільш гостро ця проблема проявляється у містах із багатою історичною та архітектурною спадщиною, де розміщення антен може негативно позначитися на вигляді пам’яток архітектури, історичних будівель і загальному ландшафті (наприклад у Львові). Основні аспекти цієї проблеми включають візуальне забруднення міського простору, руйнування історичного ландшафту, негативний вплив на архітектуру та інтер’єри будівель [1-3]. Відкрито розташовані антени можуть порушувати гармонію міського середовища, особливо у випадках, коли їхнє встановлення здійснюється без урахування загального архітектурного стилю. Це стосується як окремих історичних будівель, так і комплексних міських панорам. У містах, де важливу роль відіграють історичні ансамблі та туристичні маршрути, наявність антенних конструкцій може спотворювати автентичний вигляд забудови та знижувати культурну та туристичну цінність території. Це особливо критично для об’єктів, що входять до списку Світової спадщини ЮНЕСКО або є пам’ятками національного значення. Антени, встановлені на фасадах або дахах будівель, можуть руйнувати гармонію їхніх архітектурних форм, особливо у випадках історичних споруд із багатим декором або унікальними конструктивними елементами. Це стосується не лише окремих будівель, а й цілих архітектурних ансамблів. У випадках встановлення антенних систем у громадських або комерційних будівлях можуть виникати проблеми з їхньою інтеграцією в інтер’єрні рішення. Особливо це стосується закладів культури, музеїв, історичних залів, церков та інших місць із високою естетичною цінністю. Із зростанням потреб у розгортанні мобільних мереж нового покоління постає завдання забезпечення щільного покриття без істотного впливу на архітектурний вигляд міського середовища. Одним із перспективних напрямів є приховане розміщення антенних систем у вже існуючих інфраструктурних об'єктах, зокрема у колодязях кабельної каналізації. Розміщення антен у таких об'єктах має низку технічних особливостей. По-перше, це необхідність забезпечення мінімальних втрат сигналу через конструкційні матеріали колодязя та поверхневі покриття (асфальт, бетон). По-друге, через обмежений простір антени повинні бути компактними, мати спрямовану діаграму випромінювання, а також бути оптимізованими для роботи в умовах багатопроменевого розповсюдження сигналів. Крім цього варто виділити також соціально-психологічний фактор. Наявність великої кількості антен у міському середовищі може викликати негативне сприйняття серед мешканців та туристів. Часто антени асоціюються з техногенним перевантаженням, що створює відчуття хаотичності та перенасиченості міського простору технічними елементами. Таким чином, актуальним є дослідження антен для прихованого розміщення у мережах мобільного радіозв'язку та радіодоступу [4,5]. Предмет дослідження - мережі мобільного радіозв'язку та радіодоступу. Об’єкт дослідження - процес проєктування антен прихованого розміщення. Мета магістерської кваліфікаційної роботи - дослідження методик проєктування і технічних рішень антен прихованого розміщення для мобільного радіозв'язку і радіодоступу, інтегрованих в елементи інфраструктури та інтер'єру. Об'єкт досліджень – мережі мобільного радіозв'язку та радіодоступу. Предмет досліджень - процес проєктування антен прихованого розміщення. У магістерській кваліфікаційній роботі здійснено аналіз основних технічних та конструктивних рішень для антен, які застосовуються в системах мобільного бездротового зв’язку та доступу до радіомереж. Описано особливості конструкції та функціонування різноманітних антенних конструкцій та визначено ключові параметри та характеристики, які впливають на їх вибір. Проаналізовано основні методи маскування таких пристроїв. Представлено методику розміщення та інтеграції антен у міську інфраструктуру із врахуванням умов навколишнього середовища для їх прихованого розміщення. Здійснено економічну оцінку доцільності створення підприємства малого бізнесу для надання інформаційних послуг.Modern mobile radio communication and radio access networks are characterized by high demands for communication quality, reliable coverage, and efficient use of the radio frequency spectrum. Antennas play a crucial role in ensuring these parameters, being integral components of both mobile devices and base stations (BS) in cellular networks. One of the key trends in network development is the need for concealed antenna placement, driven by both technical and aesthetic requirements, especially in dense urban environments. The expansion of mobile communication infrastructure necessitates the installation of a large number of antenna systems, leading to several challenges related to their impact on urban infrastructure, architectural styles, and cultural heritage. This issue is particularly acute in cities with rich historical and architectural significance, where the placement of antennas may adversely affect the visual integrity of historic landmarks, buildings, and the overall cityscape (e.g., in Lviv). Key aspects of this challenge include visual pollution of urban spaces, disruption of historical landscapes, and negative impacts on the architecture and interiors of buildings [1- 3]. Openly mounted antennas can disrupt the harmony of the urban environment, particularly when installed without considering the overall architectural style. This concern applies to both individual historic buildings and broader urban panoramas. In cities where historical ensembles and tourist routes play a significant role, the presence of visible antenna structures can distort the authentic appearance of buildings and reduce the cultural and touristic value of the area. This is particularly critical for sites listed as UNESCO World Heritage or those of national historical importance. Antennas mounted on facades or rooftops can compromise the architectural integrity of buildings, especially in cases involving historic structures with elaborate decorative elements or unique design features. This issue extends beyond individual buildings to entire architectural ensembles. In public and commercial buildings, antenna systems may present challenges in terms of integration into interior designs. This is particularly relevant for cultural institutions, museums, historic halls, churches, and other sites of high aesthetic value. As the need to deploy new generation mobile networks grows, the challenge is to ensure dense coverage without significantly affecting the architectural appearance of the urban environment. One of the most promising areas is the hidden placement of antenna systems in existing infrastructure facilities, in particular, in cable sewer wells. The placement of antennas in such facilities has a number of technical features. Firstly, it is necessary to ensure minimal signal loss through the construction materials of the manhole and surface coatings. Secondly, due to the limited space, the antennas must be compact, have a directional radiation pattern, and be optimised for operation in multipath conditions. Additionally, the social and psychological impact should be considered. A high density of antennas in urban areas may lead to negative public perception among residents and tourists. Antennas are often associated with excessive technological intrusion, creating a sense of clutter and an oversaturation of urban space with technical elements. Given these challenges, the study of hidden antenna deployment in mobile radio communication and radio access networks is highly relevant [4,5]. Subject of study: mobile radio communication and radio access networks. Object of study: the design process of concealed antennas. The objective of this master's thesis is to explore design methodologies and technical solutions for hidden antennas in mobile radio communication and radio access networks, with a focus on their integration into infrastructure and interior elements. The research analyzes key technical and structural solutions for antennas used in mobile wireless communication and radio access systems. It describes the design features and operational principles of various antenna types and identifies critical parameters influencing their selection. The study also examines primary methods for disguising these devices. Furthermore, it presents a methodology for deploying and integrating antennas into urban infrastructure while considering environmental conditions for concealed placement. An economic assessment of the feasibility of establishing a small business for providing information services is also conducted.