Меню

От чего зависит мощность радиосигнала

От чего зависит мощность радиосигнала

Дальность действия радио удлинителя или радиостанции зависит от совокупности физических факторов и параметров оборудования:

Высота подъема антенн

Высота подъема антенны является решающим фактором в обеспечении дальности. Особенно критична высота подвеса антенны на частотах выше 100 Мгц, хотя и для других диапазонах справедливо правило: хорошая антенна должна быть установлена на расстоянии не меньше четверти рабочей длины волны от земли или токопроводящей подстилающей поверхности (например, металлической крыши). А в диапазоне 430 Мгц и 900 Мгц устойчивая связь возможна только в прямой видимости. Это не значит, что антенна всегда должна быть видна, но она не может быть скрыта плотной застройкой или перепадами высот рельефа местности. Антенну радиоудлинителя работающего на частотах выше 300 Мгц необходимо располагать не ниже 30 м, а в условиях высотной застройки 100 м. Например телефон «VOYAGER CL-1000XP» 3/1 Вт при подъеме антенны 10 м охватит 3-5 Км, а при 100 М 20-40 Км.

В диапазоне частот 27 Мгц радиоволны имеют более ярко выраженный волновой характер распространения и способны огибать препятствия. Связь возможна даже между автомобилями на расстоянии 10-15 Км в городской застройке, что немыслимо в диапазоне 900 Мгц. При невозможности расположить антенну на достаточной высоте используйте оборудование, работающее в низкочастотном диапазоне.

Рельеф местности и характер застройки

При всех равных условиях в равнинной местности, относительно сложного рельефа, дальность связи выигрышна. Препятствия природного и искусственного происхождения мешают распространению радиоволн. Четыре пути, показанные на РИС. показывают сложный характер распространения радиоволн. Сигнал приходит к антенне различными путями и в антенне наводится сигнал, являющийся суммой. Но так как у различных путей разная длина и сигналы имеют фазовые сдвиги, наведенный сигнал может иметь как суммарное, так и разностное значение. Реально это проявляется появлением «мертвых» зон и шварканьем во время движения. Особенно сильно эффект проявляется на частотах выше 300 Мгц, и не создает проблемы только при условии прямой видимости. В высококлассном радиооборудовании для улучшения устойчивости связи используется пара разнесенных в пространстве приемных антенн и пара приемных трактов. В случае пропадания, в результате «неудачного» сложения, пришедшего сигнала в одной антенне, вторая антенна, расположенная в правильно рассчитанной точке, обеспечит непрерывность связи. Этот принцип используется в DECT стандарте и бесшнуровом телефоне «TONO 7000».

Эффективность антенн

Эффективность антенны — способность преобразовывать электрический сигнал в электромагнитное излучение и направлять с максимальной равномерностью в нужном потребителю направлении и наоборот. Коэффициент усиления антенны — отношение прироста сигнала в нужном направлении относительно изотропного точечного 360 градусного излучателя. Измеряется в dBi. Для удобства и наглядности часто применяется измерение относительно простейшего полуволнового диполя, имеющего диаграмму направленности в виде бабочки. Измеряется в dB. Разница между эталонами измерения равна 2,15. Например, усиление антенны можно представить как 6 dB или 8,15 dBi.

При использовании малоэффективных, до 5dB, круговых антенн большая часть энергии излучается не в нужном горизонтальном направлении, а в небо и землю.

Прирост каждых 3 dB усиления антенны равносильно удвоению мощности и улучшению чувствительности. И если мощность можно увеличить с помощью усилителя, то чувствительность определяет усиление антенны.

Очень важно, что бы антенна точно соответствовала рабочим частотам телефона или радиостанции. Если антенна имеет настроечные элементы и требует настройки, обязательно настройте ее с помощью КСВ метра. КСВ антенны не должен быть хуже 1:1,5.

Затухание сигнала в применяемом кабеле

Задача кабеля с минимальными потерями доставить сигнал от радиопередающего устройства до антенны, а сигнал, принятый от антенны, до устройства и. Статистика показывает, что использование не соответствующих кабелей наносит самый большой урон дальности связи.

Без ощутимого ущерба можно допустить потери в кабеле до 2 dB. Сопротивление кабеля должно соответствовать сопротивлению применяемого оборудования — 50 Ом.

Тип кабеля выбирается исходя из его длины и используемых частот.

Чувствительности приемных трактов

Зависит от модели оборудования и качества его заводской настройки. Обычно находится в пределах 0, 16 — 1,0 мкВ. Чем меньшее напряжение, наведенное в антенне, необходимое для приема полезного сигнала в соотношении к шуму 12 db, тем выше чувствительность оборудования. Необходимо понимать, что для наведения в приемной антенне удвоенного напряжения сигнала требуется четырехкратное увеличение мощности в передающей антенне. Например, радиоудлинитель на основе бесшнурового телефона «SENAO SN-258» выходной мощностью 1,2 Вт и чувствительностью 0,25 мкВ при всех прочих равных условиях имеет большую дальность действия, чем радиоудлинитеь «ЛЕС» с выходной мощностью 12 Вт, но с чувствительностью 1,0 мкВ.

Используемый частотный диапазон

Радиопередающие устройства, при всех остальных равных условиях, в зависимости от используемых частот имею разную дальность действия. Это определяет характер распространения и прохождения сквозь застройку радиоволн. При условии размещения базовой антенны на высоте от 20 до 100 м самый эффективный (но и самый занятый) участок спектра лежит в пределах от 100 до 300 Мгц. На этом участке при всех равных условиях дальность связи примерно в четыре раза больше, чем на 27 Мгц и в два раза, чем на 900 Мгц.

Читайте также:  Мощность лазерных установок для резки металла

Зашумленность эфира

Зашумленность эфира понижает дальность радиосвязи. Помехи, создаваемые линиями электропередачи, промышленными предприятиями, неоновой рекламой, системой зажигания автомобиля, компьютером и пр. в случае превышения их уровня над уровнем полезного сигнала, делают невозможным его прием. Наличием помех часто объясняются «провалы» связи там где, казалось бы, все должно быть нормально.

Часто, по незнанию или экономии приобретаются бесшнуровые телефоны, работающие на частотах, используемых телевидением или УКВ(FM) радиовещанием.

Более мощные вещательные передатчики «глушат» приемник телефона, блокируют работу радиоудлинителя или значительно сокращают дальность. Единственное, что может утешить «экономного» владельца телефона — возможность приема его переговоров любым приемником или телевизором во всем радиусе действия аппарата.

Выходной мощности

Увеличение выходной мощности — наименее эффективный способ увеличения дальности. В приделах дальности «до горизонта» — обычно 15 — 40 Км, прирост от увеличения мощности примерно равен корню четвертой степени из прироста мощности. Например, имея дальность в 5 Км при мощности 1 Вт, для удвоения дальности до 10 Км, потребуется мощность в 16 Вт. За «горизонтом» зависимость приобретает еще более сложный характер. Подобный расчет весьма приблизителен и не может использоваться при планировании, но весьма показателен при финансовой оценке проекта.

. Для того, чтобы увеличить дальность связи в 2 раза при наличии прямой видимости необходимо увеличить мощность передатчика в 4 раза, а при ее отсутствии — в 8 раз..

. Увеличение мощности передатчика с 1 Вт до 100 Вт эквивалентно улучшению чувствительности приемника с 10 мкВ до 1 мкВ..

Данные наблюдения записаны со слов нескольких установщиков радиотелефонов и неоднократно проверены.

Итак, по порядку:

• Первое
— это высота установки базовой антенны. Простой пример — р/телефон SANYO имеет мощность менее 100 мВт. В базовом исполнении радиус 500 — 1000 м, не более. При установке антенны на крыше 5-этажки получится 3 — 5 км, а для высотки реально 10 — 15 км и даже 25 — 30 км (16-этажка). Соответственно более мощные модели обеспечивали и больший радиус и более уверенную связь из помещений, районов плотной застройки и др. неблагоприятных мест.

• Второй важный фактор — это рельеф местности, к нему можно отнести и застройку зданий. Бывали моменты, когда с 2 — этажного коттеджа, стоящего на пригорке, дальность связи была раза в два выше, чем с высотки, стоящей в яме и окруженной другими домами. Самые же высокие результаты достигались над водной гладью. Во Владивостоке моряки испытали модель SENAO — 868 , максимальное удаление составило 200 км, когда корабль плыл в районе японских островов. А на суше реальный радиус модели — 30-40 км (до 60-80 км с 16 — этажки).

• Третий параметр — частота радиосредства. С одной стороны чем она ниже, тем лучше огибание, отражение радиоволн. Но здесь и много минусов. Главный — это почти нет свободных диапазонов. Большинство ведомственных радиосредств — в нижней части. Там же сидят радиостанции и телевидение. Более — менее доступен радиолюбительский — 144-146 МГц . На этих частотах даже можно сделать легальную радиосвязь (разрешение покупается в любом радиоклубе). Но из-за малого разброса частот получится только симплексная связь, да и раскошелится придется прилично: комплект из двух радиостанций, антенны, кабеля и разных прибамбасов типа телефонного интерфейса обойдется примерно в 1500 долларов. Потом у нижних частот есть еще один недостаток — большие антенны. Чем ниже частота, тем они габаритней. Интересней всего диапазон 300 МГц. Здесь есть место даже для сертифицированных моделей ( 307-344 МГц ), и просто «условно чистые» куски, зарезервированные различными службами про запас. Вот тут и работает большинство р/телефонов-удлинителей. И радиус получается приличный и габариты антенн терпимые, да и в настройке аппаратура попроще по сравнению с высокочастотной. Что же касается высоких частот, то доступны для пользователей только 900 МГц. Тут реальна связь только при прямой видимости или бешеной мощности, небезопасной для здоровья. Кроме высокой цены на мощные модели этого диапазона существует более высокая опасность его конфискации, т.к. возможны помехи операторам сотовой связи стандартов GSM, BiLain и CDMA. Имеет смысл только использование сертифицированных моделей с применением направленных антенн. При прямой видимости можно выжать из них до 10 км.

• Четвертый, очень важный параметр — мощность оборудования. Чем хуже условия для связи, тем она должна быть выше. В зашумленых, застроенных, пересеченных местах это решающий параметр. Допустим, у вас частный дом. Вокруг одни высотки, рельеф холмистый и радиотелефонов — как собак. А надо получит минимум 10-15 км. Его обеспечит только 868-ой SENAO (25 Вт — база, 4 Вт — трубка), или другой телефон с не меньшими параметрами. Если этот же аппарат установить на ближайшую высотку, дальность составит не менее 30-40 км. Аналогично мощности на дальность влияет и чувствительность изделий, но она имеет предел и большинство моделей имеет оптимальное значение.

Читайте также:  Почему снижается мощность двигателя

Таким образом мы выделили основные факторы, влияющие на радиосвязь — это:

• Высота установки базовой антенны;
• Рельеф местности и окружающая застройка;
• Частота оборудования;
• Мощность аппаратуры.

На дальность связи может повлиять качество используемого кабеля и внешних антенн. Особенно это касается модернизируемых моделей. Как правило, мощные аппараты уже всем этим укомплектованы по полной программе. А для таких, как SANYO, HARVEST, OTIS, KOMTEL, ALCON, SN-258 все это надо покупать отдельно. В базовой комплекции они дают небольшой радиус. Существует несколько способов его увеличения. В первую очередь имеет смысл установить внешнюю антенну, желательно на крышу и на 3-х или более — метровый шест. Если при этом база будет находиться наверху (на крыше) или на верхнем этаже, то кабель можно использовать недорогой, но в любом случае 50-омный. Обычно это RG-58. Но его длинна не должна быть больше 5-7 м. При более длинном фидере затухание сигнала становится значительным и приходится использовать более дорогой кабель. Это может быть отечественный РК-50-7-11, или РК-50-9-11 и др., но последний хотя и лучше по параметрам, но менее удобен для установки, т.к. имеет большее сечение и большую жесткость. Существуют и импортные фидеры RG-213, BELDEN, 10-D-FB. Они имеют более высокие параметры, но и стоят дороже.

При установке следует проявлять аккуратность, т.к. если образуется небольшая трещина в изоляции — в оплетку попадет влага и кабель можно выкинуть. Отечественные в этом плане прочнее. Что касается антенн , то они подразделяются на пассивные и активные. Первые дают усиление за счет своей конструкции и согласованности с частотами данного телефона, а последние, помимо этого имеют встроенные усилители на прием и передачу. Пассивные, в свою очередь, подразделяются на круговые и направленные, активные обычно делают круговыми. Направленные антенны имеют большее усиление, чем круговые. Они проще в изготовлении и настройке, поэтому обычно недорогие, но существенную прибавку дают только в одном секторе от 30 до 100 град, в зависимости от конструкции антенны. Круговые антенны могут быть разных конструкций, но самые распространенные — это четвертьволновые(1/4Л) и коллинеарные(КЛ). 1/4Л — это самые простые круговые антенны — поэтому некоторые модели телефонов ими сразу и комплектуют. Простая замена на коллинеарную дает прибавку в 2-3 раза по расстоянию. Коллинеар представляет из себя вибратор длиной 1,2 м и несколько противовесов, расположенных в нижней части. Реальное усиление коллинеара — 3-5 Дб. Существуют и более мощные коллинеары с усилением 6-8 Дб, они имеют в 2 раза большие габариты и во столько же раз дороже. Такое усиление достигается за счет сужения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Еще эффективнее работают так называемые активные антенны. Внешне они похожи на коллинеарные, но помимо хорошо настроенных вибраторов включают в себя два усилителя — приемный и передающий. Приемный компенсирует потери в кабеле даже при длине 40-60 метров, а передающий помимо компенсации потерь дает прибавку по мощности до 2-3 Вт. Эти изделия дают очень хорошие показатели при большой длине кабеля и невысоком его качестве. Если же у вас будет использоваться дорогой хороший кабель с малым затуханием сигнала, то те же или даже большие параметры могут дать и коллинеарные антенны, особенно 3-ех коленные. Направленные антенны так же подразделяются на несколько разновидностей. Самые распространенные — логопериодические и рамочные. Первые имеют более высокий коэффициент усиления (К.У.) и достаточно узкую направленность — 20-30 градусов. То есть — максимальное усиление они дают в 1 сторону, а в остальные — раза в 4-5 меньше. Обычно их используют либо для связи между 2-мя стационарными точками, или для улучшения качества приема на удаленном объекте. Рамочные — они же «бабочки, зигзаги», у них К.У. несколько меньше, но зато диаграмма направленности достаточно широкая 90-120 градусов. Имеет смысл использовать рамочную антенну даже если нужен какой-то радиус с превалирующим одним направлением. А эффективность направленных антенн сравнима с хорошей активной или коллинеарной, т.к. их К.У. раза в 2-3 больше.

Источник



Какие параметры радиостанции влияют на дальность и надёжность радиосвязи

Основные факторы, влияющие на дальность связи и удобство работы:

А) Чувствительность приёмника. Численное значение чем меньше, тем лучше. У лучших моделей радиостанций — десятые доли микровольта (мкВ). Важно также значение соотношения сигнал/шум, при котором чувствительность измеряется (некоторые производители указывают чувствительность при крайне низком соотношении, когда сигнал просто теряется за шумами; для нормальной работы должно быть С/Ш не менее 10дБ).

Читайте также:  Эпра для лампы меньшей мощности

Радиостанция с чувствительностью 0,12 мкВ при прочих равных «слышит» примерно в 2 раза дальше, чем с чувствительностью 0,5 мкВ. Среди Си-Би (27 МГц) радиостанций — как российских, так и импортных — одно из лучших значений чувствительности приёмника (0,12 мкВ при С/Ш=10 дБ) у радиостанций производства «КБ Беркут».

Б) Избирательность. Чем выше численное значение (в дБ), тем лучше помехозащищённость радиостанции, следовательно, больше дальность связи при наличии электромагнитных помех.

Схема супергетеродина с двумя преобразованиями частоты обеспечивает существенно более высокую реальную избирательность, чем, например, используемая в современных недорогих импортных рациях схема прямого преобразования на базе RDA чипа.

У лучших моделей импортных Си-Би (27 МГц) радиостанций избирательность по побочным каналам достигает 60-65 дБ с провалом по зеркальному каналу до 40-45 дБ.

У современных моделей радиостанций «КБ Беркут» избирательность по побочным каналам на уровне 100 дБ (на зеркальном канале понижается до 85 дБ), т.е. эффективно отсекается весь «мусор» эфира (схема супергетеродина с 2 преобразованиями частоты применением эффеткивных кварцевых фильтров).

В) Эффективность антенны. Важнейший параметр, влияющий на дальность связи.

Для эффективной работы компактные антенны диапазона 27 МГц должны обладать высоким резонансным усилением (по частоте) и адекватной диаграммой направленности.

Применение более эффективных (удлинённых переносных, автомобильных, стационарных) антенн существенно увеличит дальность, действия. Не применяйте с любыми радиостанциями случайные, плохо согласованные антенны — кроме существенного уменьшения дальности радиосвязи это может привести к выходу из строя передатчика.

Г) Мощность передатчика. Распространено заблуждение, что «мощность и дальность — одно и то же». Две радиостанции с одинаковым уровнем выходной мощности могут отличаться по дальности, например, в десять раз.

Гораздо важнее (с точки зрения влияния на дальность связи) мощности эффективность антенны, чувствительность приёмника, ширина динамического диапазона и избирательность приёмника, эффективность применённой схемы шумоподавления. Совокупность параметров приёмника и особенности применённой схемы шумоподавителя (подробнее о шумоподавителе) определяют способность рации работать со слабым сигналом на фоне эфирных шумов.

В «идеальных» условиях условиях (прямая видимость, отсутствие помех, отражений и т.д) дальность пропорциональна корню квадратному из мощности.

В реальной ситуации — из-за кривизны земной поверхности, сложного рельефа местности, разных факторов — от уровня поглощения радиоизлучения средой (например, плотной листвой), уровня электромагнитных помех, наличия или отсутствия переотражённых радиоволн зависимость дальности от мощности более сложная и трудно прогнозируемая, при попытках измерения в пределах «линии горизонта» (из-за кривизны земной поверхности на высоте человеческого роста примерно на расстоянии 12 км между двумя людьми отсутствует прямая видимость) в зависимости от разных факторов получали пропорциональность дальности в пределах от корня квадратного до корня четвёртой степени от уровня мощности передатчика. При попытке связи «за» линией горизонта дальнейшее увеличение дальности требует гораздо более сильного увеличения мощности.

Поэтому, если Вы работаете в условиях слабых помех или при их почти полном отсутствии (загород), не тратьте зря деньги – используйте станции с обычной (не более 4 Вт) мощностью.

При этом расход источников питания в режиме передачи также будет меньше, что важно в условиях похода или когда подзарядка аккумуляторов затруднительна.

Если же станция эксплуатируется в условиях сильных индустриальных помех (город), то увеличение мощности позволяет превысить уровень помех и увеличить дальность связи, либо осуществить связь, ранее невозможную. Также важна мощность при использовании раций в условиях плотного леса и пересечённой местности. В этих случаях расходы, связанные с увеличением мощности, оправданы и приводят к положительным результатам.

Д) Шумоподавитель есть у любой приличной радиостанции. Вопрос в его эффективности, т.е. в величине сигнала, открывающего порог шумоподавления. У лучших моделей импортных радиостанций порог шумоподавления открывает сигнал 0,5 мкВ, а у радиостанций производства КБ Беркут — 0,05- 0,07 мкВ.

Другими словами, рации производства КБ Беркут за счёт совокупности параметров приёмника могут работать с сигналом гораздо (в 8-10 раз) более слабым, чем необходим для работы лучших импортных радиостанций.

К тому же в предлагаемых нами моделях радиостанций «КБ Беркут» предусмотрена функция мониторинга — возможность быстрого отключения (нажатием одной кнопки) шумоподавителя для приёма слабого сигнала ( Реклама

Ж) Надёжность в работе: ударо-, пыле-, водостойкости, температурный режим работы. Проведённые испытания показывают, что радиостанции «КБ Беркут» работают в любых температурных и погодных условиях (разрабатывались в расчёте на наши морозы, в вариантах комплектации с низкотемпературными аккумуляторами — например, Robiton Siberia — есть отзывы о стабильной работе раций производства КБ Беркут серий Штурман, Беркут, Егерь, Hunter, Tourist в морозы -40°С/ -50°С), благодаря исключительно малому весу и прочному брызгозащищённому корпусу хорошо зарекомендовали себя при работе в самых тяжёлых условиях.

Источник