Меню

Выходная мощность передатчика рации

Мощность рации — измеренная на приборах и реальная излучаемая при работе на компактные антенны

Часто поступают разнообразные вопросы о выходной мощности передатчика портативных раций, т.к. в массовом сознании людей прочно укрепилось, что «главное в рации — это мощность передатчика» .

В этой статье постараюсь ответить на часть из них (наиболее часто задаваемых).

Начну с влияния выходной мощности, оказываемого на дальность передачи — в большинстве ситуаций дальность зависит мощности в интервале пропорциональности от корня квадратного до корня четвёртой степени из мощности.

Причём корень квадратный — это для идеальных условий — над плоской поверхностью без каких-либо препятствий при использовании антенн с круговой направленностью, см. формулу Фрииса:

В условиях отсутствия прямой видимости (перепады высот) и леса зависимость дальности от мощности на уровне корня четвёртой степени. Это значение получено в результате многочисленных экспериментальных измерений, теоретическую формулу для работы в условиях плотного леса с обилием зелени и перепадами высот получить представляется нереальным из-за огромного количества заранее неизвестных факторов — хотя попытки «усложнить» граничные условия были неоднократно, например, в известных формулах Введенского или Ван-дер-Поля/Шулейкина.

Т.е. при работе в условиях леса с обилием зелени и перепадами высот для увеличения дальности в 2 раза мощность надо увеличить примерно в 16 раз.

Есть факторы, гораздо более важные для дальности радиосвязи, чем мощность (например, эффективность применённой антенны или параметры приёмника).

Но это не означает, что мощность «совсем не важна». Разумеется, при прочих равных более мощные радиостанции обеспечат более высокую дальность передачи — и, что важно, более стабильную радиосвязь в условиях присутствия внешних электромагнитных помех.

Для портативных раций, работающих с укороченными (особенно с сильно укороченными в диапазоне 27 МГц ) компактными антеннами наблюдается существенная разница в уровне выходной мощности, измеренной на приборе на 50 Ом-ный эквивалент нагрузки с уровнем реальной излучаемой мощности (при работе на компактную антенну).

Разные схемы передатчика могут с разной эффективностью работать с компактными антеннами.

Так, обычная (назову её условно «классической») схема передатчика, применяемая в импортных портативных рациях имеет при работе в диапазоне 27 МГц КПД при работе на хорошо согласованную стационарную или длинную автомобильную антенну (или эквивалент нагрузки при измерении на приборе) КПД около 60% , а при работе на компактную антенну (с неизбежно большим коэффициентом «укорочения» относительно полноразмерной антенны) в переносном варианте — всего лишь 25-30%. При этом при включении без нагрузки (антенны) выходной каскад может попросту выгореть.

В рациях диапазона 27 МГц производства КБ Беркут идеология схемотехники иная, обеспечивающая пропорциональность потребляемого тока излучаемой мощности. КПД остаётся высоким — около 70% — при работе на любую антенну, в т.ч. компактную. При включении без нагрузки выходной каскад будет работать в облегчённом режиме (около 40% нагрузки от номинальной) — в отличии от передатчиков импортных раций.

В результате — при работе на компактную антенну реальная излучаемая мощность (при одинаковой измеренной на приборе на эквивалент нагрузки) у раций производства КБ Беркут будет выше, чем у импортных раций.

Для демонстрации этого приведу видео теста, проведённого «активным недоброжелателем» портативных раций диапазона 27 МГц (к сегменту которых относится продукция КБ Беркут ), не забывающего в каждом своём тесте портативок диапазона 27 МГц сказать во вступлении, что вообще не понимает, для чего нужны такие рации, известного блогера-радиолюбителя Алексея Игонина , который сравнил работу раций диапазона 27 МГц — импортной Stabo xh9006e (она же President Randy II ), лучшей по параметрам среди выпускаемых за последние 3 десятилетия импортных портативных раций диапазона 27 МГц, и отечественной портативной AM/FM cb (27 МГц) рации Штурман-90 .

В этом тесте Stabo со штатной 20-см антенной обеспечила на принимающей стационарной радиостанции 0 «кубиков» уровня сигнала, а при работе с эффективной 30-см штатной антенной от Штурмана-90 с установленным противовесом — 3 «кубика» .

Рация Штурман-90 с этой же (родной, идущей в комплекте поставки) 30-см антенной флекс с установленным противовесом обеспечила 5 «кубиков» на индикаторе принимающей радиостанции.

При этом ранее тот же Алексей Игонин измерял выходную мощность этих радиостанций ( Stabo xh9006e и Штурман-90 ) на приборе на эквивалент нагрузки — и получил примерно одинаковые значения.

Разница в уровне сигнала ( 5 «кубиков» у Штурмана-90 и всего 3 «кубика» у Stabo ) при работе на одну и ту же антенну радиостанций с примерно одинаковым уровнем измеренной на приборе выходной мощности объясняется тем, что реальная излучаемая мощность при работе на компактные антенны у рации Штурман-90 — за счёт специфической реализации схемы передатчика — выше.

Читайте также:  Форд куга мощность аккумулятора

Тест Алексея Игонина можно посмотреть здесь:

Часто задают вопросы об измерении выходной мощности передатчика радиостанций в режиме амплитудной модуляции.

Если в режиме частотной модуляции ( FM ) с измерением выходной мощности у пользователей особых проблем не возникает — даже широко распространённые недорогие приборчики для измерения КСВ/мощности (при том, что из-за большой погрешности в измерениях профессионалы часто их именуют » показометрами «) при измерении на эквивалент нагрузки выдают похожие на правду результаты — то при попытке такими приборами измерить выходную мощность в режиме AM ( амплитудной модуляции ) у многих пользователей (даже считающих себя специалистами) возникает недопонимание.

Проблемы две:

во-первых, в режиме амплитудной модуляции такие приборы измеряют отнюдь не выходную мощность передатчика — а мощность несущей. Несущая в АМ не несёт полезной информации о сигнале и является, по-сути, паразитным расходом энергии. В то же время совсем без несущей при работе с рациями в режиме АМ модуляции не обойтись (в отличии от более сложно реализованных приёмников в режиме SSB — с полностью подавленной несущей и одной из боковых полос, что даёт большой энергетический выигрыш в работе передатчика относительно классического АМ ) — классический АМ -детектор не сможет обработать АМ сигнал с полностью подавленной несущей (сигнал так называемой DSB модуляции — AM с обеими боковыми полосами полезного сигнала, но с подавленной несущей — не сможет принять обычный АМ приёмник)

Во-вторых, есть разные методы формирования режима амплитудной модуляции.

Классический, традиционный метод, широко применяемый в автомобильных и стационарных радиостанциях диапазона 27 МГц — на несущую приходится «львиная» доля расходуемой энергии.

Чтобы наглядно — на понятном для большинства читателей — языке объяснить разницу в методах формирования АМ модуляции (которые бывают разные ):

Один из традиционных вариантов формирования АМ — мощность несущей «полная», а при модуляции она «проседает» почти до нуля (при 100% глубине модуляции) на пиках голоса (такой метод формирования АМ модуляции используется в большинстве импортных радиостанций диапазона 27 МГц и применялся в рациях Штурман выпуска до 2013 года).

«Альтернативный» вариант формирования АМ , применяемый в рациях Штурман выпуска после 2013г — несущая по уровню соответствует половине напряжения (а значит четверти мощности), а при наличии модуляции (речевого сообщения или тонального вызова) она «скачет» от нуля до максимума — при 100% глубине модуляции (вниз и вверх от середины). Этот метод не лучше и не хуже других методов формирования АМ — но он позволяет существенно уменьшить расход энергии передатчика в режиме АМ модуляции на не несущую полезной информации о сигнале несущую (полностью отказаться от несущей нельзя — обычный АМ приёмник не сможет принять сигнал с полностью подавленной несущей — для этого потребуются более сложные схемы приёмника (для приёма SSB или DSB модуляции с полностью подавленной несущей).

Соответственно, реальная выходная мощность полезного сигнала в АМ при «традиционном» (например, изложенном выше) методе формирования амплитудной модуляции не превышает измеренную таким приборчиком (КСВ-метр, совмещённый с измерителем мощности) мощность несущей.

А в рациях серии Штурман производства КБ Беркут выпуска после 2013г применяется «альтернативный» метод формирования АМ модуляции, при котором уровень несущей составляет (при 100% модуляции — которая в природе не встречается, при передаче речи обычная глубина модуляции 50-90% и разница в уровнях будет несколько меньше) 1/2 по амплитуде, т.е. 1/4 по уровню мощности от полезного сигнала.

Т.е. показание такого прибора при попытке измерения выходной мощности в АМ в современных радиостанциях серии Штурман будет ниже , чем при традиционном методе формирования АМ модуляции, но реальная мощность полезного сигнала будет не меньше , чем при традиционном методе формирования АМ, но с меньшим расходом энергии на несущую .

 Несущая в режиме АМ при отсутствии сигнала (речевого сообщения) на входе рации Штурман (то, что измерит прибор, т.к. полезный сигнал приборчик не увидит)

А теперь посмотрим на фото экрана осциллографа, когда на вход рации Штурман подан сигнал от низкочастотного генератора с уровнем глубины модуляции около 60%, соответствующий негромкой речи — при этом коэффициент между уровнями амплитуд несущей и полезного сигнала меньше 2 (2 был бы при 100% модуляции), но всё-равно выходная мощность сигнала выше мощности несущей, измеряемой прибором:

А теперь на вход рации Штурман подаётся сигнал от низкочастотного генератора с уровнем глубины модуляции около 50%, соответствующим негромкой речи - при этом коэффициент между уровнями амплитуд несущей и полезного сигнала меньше 2 (2 был бы при 100% модуляции), но всё-равно выходная мощность сигнала выше мощности несущей, измеряемой прибором. Сигнал сняли по моей просьбе на каком-то старом осциллографе - сейчас на производстве для регулировки используются не осциллографы (которые раньше принялись и какое-то количество осталось), а мониторы

Т.е., резюмируя — в зависимости от того или иного из изложенных выше методов формирования амплитудной модуляции мощность полезного сигнала может быть аналогичной, но вот уровень мощности несущей (не несущей в АМ полезной информации о сигнале, а нужной только для адекватной работы АМ- детектора) отличается разительно, при этом показания приборов (измеряющих в АМ не выходную мощность, а мощность несущей) будут отличаться существенно — при примерно одинаковом уровне реальной выходной мощности передатчика.

Читайте также:  Пылесос беспроводной philips powerpro duo fc6168 мощность всасывания

В портативных радиостанциях — где важна экономичность — более адекватно применение второго — «альтернативного» метода формирования АМ , т.к. существенно снижается расход энергии на несущую при примерно таком же реальном уровне выходной мощности передатчика и дальности/качестве передачи.

Увеличение выходной мощности за счёт применения высоковольтных аккумуляторов

Часто меня спрашивают, есть ли смысл применять в радиостанциях производства КБ Беркут высоковольтных Ni-Zn аккумуляторов ( 1,6 В ) вместо традиционных Ni-Mh ( 1,2 В ).

Выходная мощность при работе от Ni-Zn повышается существенно, вот пример измерения:

В проведённых мною тестах работы я особенной разницы в реальном качестве/ дальности связи при работе от Ni-Zn относительно Ni-Mh не заметил (впрочем, я не проверял на максимально возможном для связи расстоянии — а разница должна проявляться именно на предельном для связи расстоянии; в будущем планирую сделать сравнительный тест работы раций с разными типами аккумуляторов в тяжёлых условиях связи, когда разница в выходной мощности может оказать влияние на результаты теста).

Но у Ni-Zn аккумуляторов есть и недостатки — они критичны к глубокому разряду (могут выйти из строя), для зарядки требуют специализированных зарядных устройств (внутри рации зарядить не получится), у них меньше ёмкость — соответственно, ощутимо меньше время автономной работы.

Мощность радиостанции Штурман-180 более чем достаточна и при использовании Ni-Mh аккумуляторов (на фото измерение мощности при работе от свежезаряженных Ni-Mh аккумуляторов; шкала прибора 20 Вт).

При работе от Ni-Zn аккумуляторов мощность будет выше - но уменьшится время автономной работы.

Поэтому я рекомендую (и сам предпочитаю использовать) Ni-Mh аккумуляторы со сверхнизким саморазрядом , например, Robiton Cyclone или Robiton Japan (за 10 лет хранения сохраняют 70% заряда, т.е. гарантированно прослужат много лет и не выйдут из строя при длительном хранении, плюс очень низкое внутреннее сопротивления и более высокая по напряжению, чем у обычных Ni-Mh аккумуляторов, кривая разряда)

Сравнение работы портативных радиостанций в условиях плотного леса и перепадов высот

В заключение приведу несколько сравнительных тестов работы раций разных диапазонов частот и разного уровня мощности в условиях плотного леса и перепадов высот:

Следующий тест проведён в условиях высокого уровня техногенных электромагнитных помех:

Проведённый летом 2020г тест работы портативных радиостанций диапазонов 27 МГц, 145 МГц и 433 МГц со штатными компактными и удлинёнными (до 50 см) антеннами на расстояниях до 8,6 км:

Сравнение работы отечественной портативной радиостанции диапазона 27 МГц Штурман-180 с радиостанциями 145 МГц на базе RDA чипа и супергетеродина :

Большой весенний тест работы раций в лесу (проверено много моделей разных производителей и разных диапазонов частот — 27 МГц, 145 МГц и 433 МГц — на разных контрольных точках с указанием профиля рельефа местности):

Если Вы интересуетесь радиосвязью — ставьте лайки и подписывайтесь на канал Конструкторского Бюро Беркут — отечественного разработчика и производителя средств радиосвязи.

Источник



Как правильно выбрать рацию

Советы по выбору радиостанций

Тесты раций

Не существует «идеальных» радиостанций. Для одних условий лучше одни типы и модели раций, для иных — другие. Это обусловлено тем, что рации различных диапазонов частот по-разному себя ведут при наличии электромагнитных помех, при необходимости связываться в отсутствии прямой видимости — наличии сложного рельефа местности, домов, деревьев.

Упрощённо можно сказать — чем выше частота, тем менее восприимчивы рации к влиянию электромагнитных помех. Но при этом — если частота высокая — радиосвязь осуществляется только «прямой» волной — огибания препятствий практически нет. Радиоволна способна обогнуть препятствие, сравнимое с половиной длины волны (а у высокочастотных импортных радиостанций, широко представленных на Российском рынке и работающих в выделенном для гражданской связи диапазоне частот, частота 433/446 МГц — LPD/PMR, что соответствует длине волны около 70 см).

Т.е. дерево с диаметром ствола 35 см или крупный валун являются серьёзным препятствием для радиосвязи в диапазоне 400-470 МГц.

Если лес редкий, то профессиональные рации 433-446 МГц работают вполне прилично, но этот диапазон частот — не для плотного леса и не для сложного рельефа местности с большими перепадами высот.

Существенно лучше в лесу работают рации диапазона 136-174 МГц (длина волны 2 метра), но с точки зрения законодательства за работу на этих частотах надо вносить плату в Радиочастотный центр (кроме узкой полосы, выделенной для радиолюбителей с 3/4 категориями), а сами рации — регистрировать.

Читайте также:  Схема компенсаторов реактивной мощностью

Радиостанции выделенного для гражданской радиосвязи диапазона 27 МГц (длина волны около 11 метров) наиболее адекватны для использования в сложных условиях плотного леса и сильно пересечённой местности.

Разумеется, это справедливо при условии адекватных параметров используемой аппаратуры.

Рации КБ Беркут

Рации диапазона 27 МГц (cb, Си-Би) имеют длину волны около 11м, т.е. радиоволна на этой частоте способна обогнуть плотную группу деревьев или холм 5-6 м в диаметре. Но такие рации рации плохо дружат с электромагнитными помехами, поэтому их применение оправдано преимущественно на природе — особенно в плотном лесу и в условиях сильно пересечённой местности.

Для того, чтобы портативная Си-Би рация обеспечила высокую дальность радиосвязи, нужна не только высокая выходная мощность передатчика. У радиостанций серий Беркут, Егерь, Hunter и Штурман реальная выходная мощность выше, чем у присутствующих на Российском рынке импортных аналогов (переносных Си-Би раций).

Для достижения максимальной дальности связи в гораздо большей степени важны параметры приёмника рации:

  • эффективность работы шумоподавителя (к примеру, в рациях серий Штурман, Беркут, Егерь, Hunter и Tourist шумоподавитель открывается сигналом 0,05-0,07 мкВ, а в популярных импортных портативных Си-Би рациях Алан-42 и Dragon SY-101 — 0,5 мкВ, т.е. радиостанции производства КБ Беркут работают с сигналом в 8-10 более слабым, чем импортные аналоги;
  • очень важна избирательность (помехозащищённость). Измеряется избирательность в дБ, численное значение — чем выше, тем лучше. У лучших серийно выпускаемых импортных портативных раций диапазона 27 МГц избирательность по побочным каналам достигает 60-65 дБ. У раций Штурман-80М, Hunter-80 и Егерь-80М, например, избирательность по побочным каналам — более 85 дБ, а избирательность при отстройке частоты 100 кГц — более 100 дБ. Благодаря этому у раций производства КБ Беркут существенно лучше помехозащищённость, что сказывается на дальности радиосвязи в условиях загруженного эфира и дальних прохождений;
  • также очень важны ширина динамического диапазона приёмника, эффективность штатной антенно-излучаемой системы.

По всем важным — для достижения максимальной дальности радиосвязи — параметрам Си-Би рации Штурман, рации Беркут, рации Егерь, рации Hunter и рации Tourist существенно превосходят импортные портативные Си-Би рации.

Поэтому радиостанции производства КБ Беркут обеспечивают в тяжёлых условиях плотного леса, сильно пересечённой местности (горы, холмы, овраги, извилистые реки с высокими берегами и т.п.) гораздо более высокую дальность радиосвязи — причём при гораздо большем времени автономной работы и надёжном функционировании как в жару, так и в сильные морозы.

В условиях города оправдано применение высокочастотных раций (136-174 МГц, 433-446 МГц): их дальность связи слабо зависит от уровня электромагнитных помех, они компактны (в том числе и современные ударопрочные и брызгозащищённые профессиональные радиостанции, удобные в использовании и оптимальные в качестве раций для стройки, служб охраны. На открытом пространстве (в поле) прилично работают любые рации.

Конечно, приобретая в салоне сотовой связи пару раций за 1000 рублей не стоит ожидать от них связи на дальние расстояния и надёжной работы. Дешёвые рации оправдывают себя только для связи в офисе, на складе.

Для использования на стройплощадке или для охраны объектов необходимо использовать профессиональные ударопрочные брызгозащищённые радиостанции.

Для водителей-дальнобойщиков необходимы радиостанции диапазона 27 МГц с поддержкой амплитудной модуляции (АМ). Не все современные автомобильные радиостанции имеют режим АМ (это связано с тем, что FM модуляция при аналогичных параметрах радиостанции и антенны обеспечивает существенно более высокую дальность и разборчивость радиосвязи, чем АМ модуляция — что привело к повсеместному использованию FM. Единственными — практически — пользователями АМ модуляции остались водители-дальнобойщики), некоторые только FM (частотную модуляцию).

Конструкторское Бюро Беркут в сегменте «AM/ FM Си-Би рации» выпускает портативные радиостанции модельного ряда Штурман и компактные автомобильные Си-Би радиостанции Штурман-Авто, ориентированные на дальнобойщиков и автотуристов (радиостанции серии Штурман имеют как FM (частотную), так и AM (амплитудную) модуляцию, у раций Штурман хорошие параметры, влияющие на дальность связи; при этом следует помнить, что из салона автомобиля любые рации диапазона 27 МГц — неважно, автомобильные или портативные — надо использовать (из-за экранирующих свойств корпуса машины) с внешними автомобильными антеннами).

С февраля 2017г производится компактная и лёгкая модель с улучшенными электрическими параметрами — портативная AM/FM cb рация Штурман-80М:

Источник