Меню

Дальность сигнала от его мощности

Дальность радиосвязи и мощность на Си-Би

KL_800-large

Современный Си-би диапазон, вовсе не такой, каков он был 20 лет назад. В настоящее время помех здесь гораздо больше чем когда-либо. Продаваемые в магазинах и на рынках станции гражданского диапазона не рассчитаны для работы на большие расстояния. Многие си-бишники повышают мощность своих передатчиков для проведения дальних связей и возможности работы с большим количеством DX станций. Многие используют для этого усилители мощности, которые не законны. И возникает вопрос, а сколько мощности действительно необходимо?

Всем известны энтузиасты использующие многокиловаттные усилители. Но большинству, это просто не нужно. Чтобы понять, как расстояние радиосвязи зависит от мощности, нужно взглянуть на график ниже.

2013-03-30_222316

Значения, использованные для построения графика были рассчитаны в соответствии с законом об изменении силы сигнала пропорционально квадрату расстояния и общепринятого соотношения 6дБ на 1 балл. Данные были нормированы на показания, зафиксированные при приеме удаленной базовой станции мощностью 4 ватта, с расстояния 32км, зафиксированная сила сигнала составила 1 балл. На графике, по оси абсцисс отложено расстояние в километрах, по оси ординат мощность в ваттах.

Черная кривая – Мощность. Если Вы хотите узнать, на сколько далеко можете совершить передачу, отложите на нижней шкале расстояние и поднимите перпендикуляр вверх до линии мощности. Полученная точка на оси ординат будет соответствовать необходимой мощности.

Синяя кривая – Фактор расстояния. Это выраженное в процентах увеличение расстояния при увеличение мощности от 4 Вт. Также она отражает рост показаний S-метра на стороне приема, когда вы увеличиваете свою мощность.

Желтая кривая – Фактор приема. Коэффициент усиления приема. Повышение сигнала от 1 балла до 3 баллов фактически означает усиление сигнала в 5 раз.

Площадь между синей и желтой кривой – зона практичности. Выход ее пределы не рационален в плане затрат.

При помощи этого графика мы теперь можем выбрать необходимую мощность для работы на нужное расстояние. Например, вы можете видеть, что происходит при увеличении мощности с 4 ватт до 100 ватт. Это дает на 335% большую дальность, или примерно 67 км. Или, вы можете пользоваться фактором приема и увидеть, что вас стали принимать в 5,75 раз лучше, или до +3,5 баллов (все расчеты исходя из стандартных условий).

Теперь самое важное, это точки, в которых кривая мощности пересекается с кривой фактора расстояния и кривой фактора приема.

Нижняя точка пересечения представляет собой максимальный практический выигрыш в расстоянии с помощью мощности. То есть около 450 Вт. Если вы хотите вещать дальше, нет смысла пытаться выйти за рамки 450 Вт. Дальнейшее увеличение мощности, вплоть до киловатта, даст прирост в расстоянии, всего около 10 километров.

Конечно, если вы работаете на DX, по прохождениям, то здесь все будет работать иначе, но это уже совсем другая история.

Данный материал является вольным переводом статьи американского коллеги .

Источник

Свободный эфир

Home

You are here

Навигация

  • Главная
  • Новости
  • Статьи
    • История
    • Источники питания
    • Компьютер
    • Теория
    • Пиратское радиовещание
    • Техника ВЧ
    • Шпионские штучки
  • Радиотелефоны
    • FAQ
    • Производители радиотелефонов
    • Модельный ряд
    • Антенны
    • Усилители
    • Кабели и разъёмы
    • Радиолюбителям
  • Форум
  • Карта сайта
  • Справочник
    • Цифровые логические микросхемы (КМОП)
    • ChipDataEBook

Слушаем КВ!

От чего зависит дальность радиосвязи

В основном зависит как от физических факторов, так и от параметров оборудования.

Рельеф местности и характер застройки.

Сигнал приходит к антенне раличными путями и в результате, в зависимости от длины волны и сдвига фаз, может трансформироваться как суммарное, так и разностное значение. Могут появится «мертвые зоны»- это сумма противофазно принятых сигналов. Эта проблема чаще бывает в диапазоне 300 МГц и дальность связи возможна при открытой видимости. Для устойчивости связи применяются пара разнесенных в пространстве антенн и пара приемных трактов. Вторая антенна страхует при прерывании связи в первой. Это используется в DECT стандарте.

Высота подъема антенн.

Имеет самое решающее значение в обеспечении дальности связи.
Диапазон 27 МГц радиоволны имеют выраженный волновой характер распространенния и поэтому способны огибать препятствия. Связь возможна даже на расстоянии 10-15 км в городской застройке, что нельзя добиться в 900 МГц.
Итак, при невозможности установки антенны на достаточную высоту, можно использовать оборудование, которое работает на низкой частоте.
На диапазоне работы оборудования свыше 100 МГц уже небходима антенна на нужной высоте.
В диапазоне 430 МГц и 900 МГц связь устойчива при прямой видимости, т.е. антенна не должна быть скрыта плотной застройкой или перепадами высот рельефа.
Антенна, работающая на диапазоне 300 МГц, должна находиться не ниже 30 м, а в условиях высоких застроек, не ниже 100 м.

Читайте также:  Мягкий кабель по мощности

Эффективность антенн.



Это способность преобразовывать электрический сигнал в электромагнитное излучение и направлять в нужном направлении. Коэффициент усиления антенны — отношение прироста сигнала относительно изотропного точечного 360 градусного излучателя. Измеряется в dBi. Для наглядности чаще измеряют в dB- это относительно простейшего полуволнового диполя, имеющего диаграмму направленности в виде бабочки. Разница между эталонами(dBi и db) измерения равна 2,15. Например, усиление антенны можно представить как 10 dB или 12,15 dBi.
До 5 dB круговые антенны, энергия в основном излучается вверх, а не горизонтально в нужном направлении.
Прирост каждых 3 dB усиления антенны удваивает мощность и чувствительность антенны.
Также нужно обратить внимание на то, чтобы антенна соответствовала рабочим частотам радиостанции или телефону.
А настраивают антенны с помощью настроечных элементов и КСВ метра. КСВ антенны не должен быть хуже 1:1,5.

Затухание сигнала в применяемом кабеле.

Кабель должен с наименьшими потерями передать сигнал от радиопередающего устройства до антенны, а затем и до устройства. Самые наибольший урон дальности связи наносит использование не соответствующих кабелей. Потери в кабеле допускается до 2 dB, а сопротивление должно соответствовать сопротивлению применяемого оборудования —
50 Ом. В зависимости от длины и используемых частот, выбирается тип кабеля.

Чувствительность приемных трактов.

Во-первых, зависит от модели устройства, ну и конечно от заводской настройки, как правило, находится от 0,16 до 1,0 мкВ. Таким образом, чувствительность оборудования выше, если для приема сигнала необходимо меньшее напряжение в соотношении к шуму 12 dB. Для того чтоб удвоить напряжение сигнала в приемной антенне, необходимо 4х-кратное увеличение мощности в передающей антенне.

Частотный диапазон.

Итак, дальность действия связи зависит от частоты передающего устройства.
При размещении базовой антенны на высоте от 20 до 100 м самый эффективный, а потому и самый загруженный, лежит в диапазоне от 100 до 300 МГц. Дальность связи на этом участке в четыре раза больше чем на 27 МГц и в два раза, чем 900 МГц.

Зашумленность эфира.

Помехи создаются промышленными предприятиями, системой зажигания автомобиля, компьютером, линиями передачи и т.д. Если уровень создаваемый ими выше уровня полезного сигнала, то связь разрывается на этом участке.
Часто мощные вещательные передатчики «глушат» приемник телефона или блокируют работу удлинителя, владелец которого по незнанию приобрел оборудование, работающий на этих частотах.

Выходная мощность.

Надо отметить, что увеличение выходной мощности, является наименее эффективным способом увеличения дальности связи. Например: имея дальность в 5 км при 1Вт, для удвоения дальности в 10 км, потребуется мощность в 16 Вт — это было проверено на опытах. Таким образом, чтобы увеличить дальность в 2 раза при наличии видимости необходимо увеличить мощность передатчика в 4 раза, а при отсутствии видимости в 8 раз.

Итак, подведем итоги:

Во-первых — высота установки базовой антенны. Чем мощнее модели, тем больше дальность связи.
Во-вторых — рельеф местности и городские застройки. Самая высокая проходимость связи над водной гладью.
В-третьих — частота оборудования. При низких частотах, хорошее огибание и отражение радиоволн, но мало свободных диапазонов.
Диапазон 144-146 МГц более доступен для радиолюбителей. Но из-за малого разброса частот получится только симплексная связь. Кроме того, минус в том, что чем ниже частота, тем габаритнее антенны.
Еще раз обратим внимание на диапазон 300 МГц. Есть даже место для сертифицированных моделей (307-344 МГц). Здесь и резервируют множество служб, и работает большинство радиотелефонов-удлинителей. Вполне устраивает потребителей по множествам параметрам. Радиус связи, габариты антенн, простая настройка и цена.
900 МГц — один из высокочастотных диапазонов доступный пользователям. Связь возможно только при прямой видимости до 10 км.
В-четвертых — мощность оборудования. Чем хуже условия для связи, тем она должна быть мощнее.

Итак, выше перечисленные факторы влияют на дальность связи. Кроме того, существуют и другие причины.
Например, качество кабеля и внешних антенн. Мощные аппараты, как правило, укомплектованы, а вот другие требуют дополнительной доработки, чтобы увеличить радиус связи. Вот несколько способов. Установить внешнюю антенну как можно выше. Если база находится на верхних этажах дома, то кабель можно использовать 50-омный (обычно RG-58). Длина должна быть не больше 5-7 м, в противном случае произойдет затухание сигнала. Более дорогой кабель РК-50-7-11 или РК-50-9-11, последний, хотя и лучше по параметрам, но неудобен, так как имеет большое сечение и большую жесткость.
Кроме того, есть фидеры RG-213, BELDEN, 10-D-FB — импортного производства, которые лучше по своим параметрам, но и стоят дороже.
Хотелось бы обратить внимание на то, что установка требует аккуратного обращения, иначе не избежать мелких трещин в изоляции, которые затем при эксплуатации принесут немало досадных моментов, т.к. в оплетку станет попадать влага. Отечественные в этом плане прочнее.
Антенны подразделяются на пассивные и активные.
Благодаря конструкции и согласованности с частотами этого телефона пассивные антенны дают усиление.
К тому же они, пассивные, подразделяются на круговые и направленные.
Направленные — имеют большее усиление, чем круговые, проще в изготовлении и настройке и поэтому недорогие. Но усиление значительное дают только в секторе от 30 до 100 град. Подразделяются на несколько разновидностей.
Наиболее встречаемые антенны это логопериодические и рамочные. Логопериодические антенны имеют более высокий коэффициент усиления (К.У.) и узкую направленность от 20-30 град. Максимум усилия в одном направлении, в других в 5 раз слабее. Их можно применять между 2мя стационарными точками или когда хотим улучшить качество приема.
Рамочные — они же «зигзаги, бабочки», К.У. у этих антенн меньше, но диаграмма направленности от 90 до 120 град.,
Рекомендую применять рамочную антенну, даже в случае если нужна связь в одном направлении.
А по эффективности можно сравнить с хорошей активной или коллинеарной антенной.
Круговые антенны могут быть разные по конструкции. Но в основном встречаются четвертьволновые(1/4Л) и коллинеарные (КЛ).
1/4Л — самые простые круговые антенны, иногда некоторые модели телефонов ими и комплектуют. При замене на коллинеарную сразу увеличивает дальность в 2-3 раза.
Коллинеар — состоит из вибратора длиной 1,2 м и противовесов внизу. Коллинеар усиливает в 3-5 Дб. Если коллинеар в 2 раза больше по габариту, то усиливает в 6-8 Дб и дороже в 2 раза. В этом случае усиление достигается путем сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.
Активные антенны помимо конструкции и согласованности, дополнительно оснащены встроенными усилителями на прием и передачу и в основном делают круговыми.
Внешне похожи на коллинеарные, но дополнительно у них два усилителя (приемный и передающий).
Приемный усилитель компенсирует потери в кабеле, а передающий кроме компенсации потерь дает прибавку по мощности до 2-3 Вт. При большой длине и невысоком качестве кабеля можно добиться неплохих результатов.
Если же кабель хороший дорогой с малым затуханием сигнала, то хорошее усиление дает и коллинеарные антенны.

Читайте также:  Как узнать процент мощности

Для 300 МГц-овых телефонов наиболее подходящим является активные антенны и усилители устанавливаются под ним и компенсируют потери в кабеле по приему и на передачу, к тому же усиливают базовый сигнал.

Источник



Сравнение дальности действия радиоканальных систем в диапазонах 433 и 868 МГц, 2,4 ГГц

Целью статьи является сравнение результатов измерений дальности действия различных радиосистем в конкретном здании с бетонными стенами и проверка соответствия полученных дальностей с заранее рассчитанными теоретическими величинами

М.С.Елькин
Специалист отдела технической поддержки компании «Аргус-Спектр»

В настоящее время на рынке систем безопасности наиболее распространены внутриобъектовые радиоканальные системы сигнализации, работающие в следующих диапазонах частот: 433 и 868 МГц, 2,4 ГГц. Это не-лицензируемые диапазоны с разрешенной максимальной мощностью передатчика 10 мВт (для 433 и 868 МГц), а также 100 мВт (для 2,4 ГГц). Однако при использовании диапазона 2,4 ГГц необходимо зарегистрировать установленное на объекте оборудование в территориальных органах Роскомнадзора (см. статью «Особенности применения радиоканальных устройств в диапазоне 2,4 ГГц», опубликованную в журнале «Системы безопасности», № 6, 2009).

Диапазон 433 МГц в России уже более 10 лет широко применяется для систем сигнализации. Несколько лет назад у нас и в Европе «открыли» новый диапазон – 868 МГц. Необходимо отметить, что в России невозможно применение радиосистем для этого диапазона, произведенных в Европе, так как ни один из европейских поддиапазонов не отвечает российским требованиям.

Диапазон 2,4 ГГц используется в основном для скоростной передачи данных в сетях WiFi, WiMAX и т.д. Производство радиоканальных систем охранно-пожарной сигнализации в этом диапазоне стало возможным с появлением маломощных передатчиков, работающих в протоколе ZigBee.

Расчет дальности радиосвязи в здании

Проведем оценку дальности радиосвязи между извещателем и приемно-контрольным прибором (ПКП) в здании. Напомним, что каждая пара радиоустройств характеризуется энергетическим запасом (потенциалом), который необходим для компенсации ослаблений радиосигнала. Для устойчивой работы на этом радиоинтервале должен быть предусмотрен энергетический запас в 20–25 дБ. Дальность радиосвязи определяется четырьмя параметрами:

  • мощность передатчика;
  • чувствительность приемника;
  • ослабление сигнала в свободном пространстве;
  • ослабление сигнала при прохождении через стены помещений.
Читайте также:  Как рассчитать мощность вентилятора для курятника

Определим начальные условия.

Мощность передатчика
Максимальная разрешенная мощность передатчиков в диапазонах 433 и 868 МГц равняется 10 мВт. В диапазоне 2,4 ГГц разрешенная мощность составляет 100 мВт. Но, для того чтобы обеспечить несколько лет работы устройств от батарей, необходимо снизить мощность излучения до тех же 10 мВт. Таким образом, мощность передатчиков одинакова для всех радиосистем – 10 мВт.

Чувствительность приемника
Будем рассматривать радиосистемы с двухсторонним протоколом обмена, то есть в каждом устройстве используется приемопередатчик. Для радиоустройств, работающих на частотах 433 и 868 МГц, используются трансиверы, максимальная чувствительность которых равна 107 дБм. Для трансиверов диапазона 2,4 ГГц чувствительность не превышает 100 дБм. С учетом мощности излучения передатчиков получаем энергетический запас 117 дБ для диапазонов 433/868 МГц и 110 дБ для 2,4 ГГц.

Ослабление сигнала в свободном пространстве
Оно определяется рабочей частотой системы. График зависимости ослабления сигнала в свободном пространстве от расстояния представлен на рис. 1.

Ослабление сигнала при прохождении через стены помещений
Значения ослабления сигнала при прохождении через стены помещений представлены в табл. 1. Если толщина стены превышает некоторую предельную величину, то радиосигнал не будет проходить через нее. Предельная толщина стены для разных диапазонов частот представлена в табл. 2. В качестве примера возьмем здание с бетонными стенами. Будем считать, что толщина стен не превышает предельную величину и дополнительных препятствий не существует. Проведем расчет дальности устойчивой радиосвязи между прием-но-контрольным прибором и извещателем.

Рассмотрим три случая.

Расстояние 15 м, 2 стены
Диапазон 433 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 49 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 49 + 20 = 69 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117-69 = 48 дБ. Диапазон 868 МГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 55 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 55 + 20 = 75 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 117 – 75 = 42 дБ. Диапазон 2,4 ГГц. Ослабление сигнала в свободном пространстве: Vо = 64 дБ. Ослабление сигнала за счет препятствий: Vпр.= 2 x 10 дБ = 20 дБ. Суммарное ослабление сигнала: V = 64 + 20 = 84 дБ. Энергетический запас на замирание равен: 110 – 84 = 26 дБ. Энергетический запас для всех диапазонов больше 20 дБ, что достаточно для стабильной радиосвязи.

Расстояние 20 м, 3 стены
Для диапазона 433 МГц энергетический запас равен 36 дБ, для диапазона 868 МГц – 30 дБ, для диапазона 2,4 ГГц – 14 дБ. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазонов 433 и 868 МГц.

Расстояние 25 м, 4 стены
У диапазона 433 МГц энергетический запас равен 24 дБ, у диапазона 868 МГц – 18 дБ, у диапазона 2,4 ГГц отсутствует связь. Энергетический запас больше 20 дБ только для диапазона 433 МГц (устойчивая радиосвязь). Для диапазона 868 МГц – неустойчивая радиосвязь. Таким образом, мы определили, что расчетные значения максимальной дальности устойчивой радиосвязи для разных диапазонов отличаются и составляют:

  • диапазон 2,4 ГГц: дальность 15 м, 2 стены;
  • диапазон 868 МГц: дальность 20 м, 3 стены;
  • диапазон 433 МГц: дальность 25 м, 4 стены.

Теперь давайте сравним полученные величины с результатами практических измерений в здании.

Результаты практических измерений

Специалистами были произведены замеры дальности устойчивой радиосвязи и максимальной дальности между приемно-контрольным прибором и извещателем для каждого из рассматриваемых диапазонов. Результаты показаны на рис. 2–4. Дальность устойчивой радиосвязи – расстояние, при котором энергетический запас на быстрые и медленные замирания между приемно-контрольным прибором и извещателем не меньше 20 дБ (на рисунках отмечено зеленой заливкой).


Максимальная дальность – расстояние, при котором за период контроля приемно-контрольный прибор принимает хотя бы один тестовый сигнал от извещателя (отмечено коричневой заливкой).

Итоги сравнения

1. Теоретическая оценка радиосвязи (представленная в статье «Радиоканальные системы сигнализации. Проектирование и расчет дальности действия» в журнале «Системы безопасности», №2, 2010) подтверждается реальными измерениями. Для частоты 2,4 ГГц измеренная дальность получилась меньше расчетной. Это объясняется тем, что толщина бетонных стен в здании равна 10 см, что является предельной толщиной проникновения для указанного диапазона.

2. Наибольшая дальность радиосвязи в здании – у диапазона 433 МГц. Частота 2,4 ГГц подходит лишь для небольших объектов.

Источник: Журнал «Системы безопасности» #3, 2010

Источник