Что потребуется для сборки радиочастотного передатчика на 2 км (городские условия) своими руками (433 МГц)?

Уравнение передачи Фрииса обычно является хорошим началом. В дБ потери мощности между изотропными передающей и приемной антеннами в свободном пространстве составляют:

Потери (дБ) = 32,45 + 20$log_{10}$(е) + 20$log_{10}$(г)

Где f в МГц и d в километрах. Это уравнение говорит вам, сколько дБ потерь мощности вы можете ожидать на заданном расстоянии с данной несущей частотой.

На частоте 433 МГц и расстоянии 2 км потери составляют 32,45 дБ + 52,7 дБ + 6,02 дБ = 91,2 дБ.

Но это в свободном пространстве (идеальная среда), а в городе вы можете легко добавить еще 40 дБ к потерям, что составит около 131 дБ потерь.

Что нужно ресиверу?

Требуемая мощность приемника (при температуре окружающей среды) составляет -154 дБм + 10$log_{10}$(Скорость передачи данных) дБм.

Это общепринято как хорошее эмпирическое правило для приличных BER. Таким образом, если ваша скорость передачи данных составляет 100 бит в секунду, чувствительность приемника должна быть -134 дБм.

Учитывая, что ваши потери при передаче будут составлять около 131 дБ, вы можете оценить мощность передачи как -3 дБм. Это 0,5 мВт в реальных цифрах, чтобы выдержать разумный успех доставки 100 бит в секунду на 2 км городской среды.

Если вы используете дипольные антенны, вы получаете около 1,7 дБ усиления, потому что, в отличие от теоретической изотропной антенны (которая передает мощность одинаково во всех направлениях), диполь передает только перпендикулярно подъему антенны. Очевидно, что в этом направлении излучается больше мощности, поэтому вы можете использовать концепцию усиления антенны для улучшения передачи.

Я использую правильную частоту или есть другие варианты?

Ниже лучше с точки зрения свободного места (изучите формулу), но в городе я бы не опускался ниже 80 МГц, потому что проникновение между зданиями и вокруг них может быть проблематичным - подумайте о 1 МГц AM-радио, когда вы въезжаете в туннель - оно умирает сразу, тогда как стандартный FM-диапазон около 100 МГц идет намного дальше - это вопрос длины волны. Большая длина волны не так легко помещается в отверстие!

Насколько большой будет антенна передатчика, если все вышеперечисленное достижимо?

Используйте четвертьволновый диполь — длина на частоте 300 МГц составляет 25 см. На частоте 433 МГц это около 17 см. Более низкие частоты требуют пропорционально более длинных антенн.

Большая проблема с тем, чего вы пытаетесь достичь, заключается в том, что каждый человек и его собака, вероятно, будут использовать 433 МГц, и на расстоянии 2 км это может вызвать мега-серьезные помехи, поэтому я немедленно хочу улучшить свои шансы на передачу. за счет увеличения выходной мощности на 30 дБ (это будет около 500 мВт выходной мощности) или использования направленных антенн, таких как Yagi.

Я думаю, у вас достаточно информации в этом ответе, чтобы начать разбираться сейчас.

Для того, что передает мощность, достаточную для приема на расстоянии 2 км, в большинстве случаев потребуется лицензия. Вы не предоставляете всю важную информацию о том, где вы находитесь, но здесь, в США, вы могли бы сделать это с помощью CB, около 27 МГц. Это то, что используют старомодные «рации». Раньше можно было выдать до 5 Вт, но, конечно, нужно было следовать различным правилам, и сигнал должен был быть обычным голосом. Я вроде как помню, что CB претерпел некоторые юридические изменения за 40 лет с тех пор, как я в последний раз смотрел на это. Я не знаю, доступен ли он по-прежнему и какие могут быть ограничения, если он есть.

Диапазон ISM на частоте 434 МГц не требует лицензии с ограничениями по мощности и рабочему циклу для работы без присмотра. Есть и другие диапазоны ISM, на которые лицензии не распространяются, но, опять же, мощность будет строго ограничена. Это то, что используют такие устройства, как открыватели гаражных ворот. Они предназначены только для работы до нескольких десятков метров.

Другая проблема заключается в том, что это часто на самом деле военные оркестры, которые публика может использовать на свой страх и риск и с небольшой мощностью. Был случай в Северной Каролине (?), когда несколько устройств открывания гаражных ворот перестали работать, потому что близлежащая военная база использовала частотное пространство.

Остановитесь и на самом деле подумайте о том, о чем вы просите. Если бы каждый мог построить передатчики, достаточно мощные, чтобы достигать 2 км, тогда у нас была бы неразбериха. Если бы все ваши соседи делали то же, что и вы, ни у кого из вас не было бы ничего полезного. Именно поэтому существуют правила использования радиочастотного спектра.

По моему мнению, как энтузиаста Arduino, я бы использовал Xbee с Arduino для создания рабочего прототипа. Линия Xbee будет поддерживать связь на расстоянии до 40 км в диапазоне 900 МГц, в зависимости от конкретной модели.

Руководство по тому, какой Xbee подойдет вам, смотрите здесь .

Вы можете уточнить у своих властей, как они управляют этим диапазоном, но беглый взгляд на Вики показывает, что этот диапазон выделен любителям в ряде стран.

Вы можете легко создать быстрый прототип, используя выбранный Xbee с Arduino (например, UNO). Когда он работает должным образом, вы можете уменьшить размер продукта, используя Arduino Mini, или сделать его еще меньше, используя автономный Arduino (просто Google «автономный Arduino»).