Увеличаване на обхвата на апаратурата

[ajcinema]

Имам няколко такива антени. Изпълнението е много добро! Ползвал съм на моите апаратури и резултатите са почти двойно по-голям "кръг" на покритието. Имам си една карта... слагам предавателя вкъщи на точно оределено място (респ. антената), взимам приемника със захранване и излизам. Обикалям квартала и начертавам границите, където диодчето започва да премигва. Резултатите са ПРАКТИЧЕСКИ и изключително интересни.

[Mateev]

По-големия обхват не идва от нищото. За да се удвои обхвата по хоризонтала, трябва в направлението към точката на приемане да има 4 пъти по-силен сигнал. Този сигнал няма откъде да се вземе, освен чрез стесняване на излъчването по вертикала, и то 4 пъти.

Има си няколко базови принципа и точно за тях мислех да пиша в началото на темата, но дискусиите започнаха и всичко се обърка. Първо за затихването на радиовълните при тяхното разпространение - ами електромагнитните вълни затихват с квадрата на разстоянието. Тоест ако искаме да удвоим обхвата чрез вдигане на мощността, то тогава трябва да вдигнем мощността 4 пъти. Това става по два начина - 4 пъти по-мощен усилвател или антена с 4 пъти по-малка площ на лъча, който излъчва.

В идеалния случай имаме идеална точкова антена, която излъчва идеален сферичен сигнал. Тази идеална антена се нарича ИЗОТРОПЕН ИЗЛЪЧВАТЕЛ и е прието, че той има излъчване 0 dB. Такава идеална антена не съществува, но тя е един много добър еталон за измерване на усилването. Всички останали видове антени си мерят усилването спрямо тази идеална антена. Всъщност антените не могат да усилват, но могат да насочват сигнала. Нека да приемем, че идеалната антена равномерно излъчва на 360 градуса по хоризонтала и 180 градуса по вертикала. Ако нашата реална антена също излъчва на 360 градуса по хоризонтала, но вертикалата е ограничена само на 90 градуса, то тогава в зоната на излъчване ще имаме два пъти по-силен сигнал, който е взет от зоната на неизлъчване. Два пъти по-силен сигнал означава че тази реална антена има усилване 2 пъти или 3 децибела. Всъщност такова усилване имат нашите стандартни антени на апаратурите - от 2 до 3 dB.

За да може тези малките червени антенки да удвоят обхвата по хоризонтала спрямо нашата 2dBi антена, би трябвало в зоната на излъчване да има 4 пъти по силен сигнал, а това е равносилно да добавим още 6 dBi. Следователно би трябвало техния производител да ги обяви, че са с усилване 8dBi. Така ли е?

[Mateev]

Та хайде да си кажа това, което мислех да стои в началото на темата. С молба следващите 2-3 постинга да не ме прекъсвате.

Та такаааа........
Има няколко базови неща, които трябва да се знаят, за да може човек да има една сравнително точна представа за обхвата на управление. Нещо повече - ще има възможност за сравнително точно изчисляване на този обхват. Започваме с разпространението на радиовълните. Ще цитирам само сухи факти, които после можем да обсъждаме.

РАДИОВЪЛНИ:

Най-добро описание на това, което трябва да знае всеки моделист, е направено тука:
http://www.predavatel.com/bg/spravochnik/waves

А най-важните неща, от които зависи обхвата, са следните:

1. Потокът енергия на единица площ е право-пропорционален на излъчената мощност и обратно-пропорционален на разстоянието до предавателя на квадрат.

2. Земята представлява електрически проводник (макар и не добър) и преминавайки над повърхността ѝ, радиовълните постепенно отслабват. Това се дължи на факта, че електромагнитните вълни индуктират вихрови токове на повърхността на планетата, за което се губи и част от енергията. Тоест, енергията се поглъща от Земята, при това, толкова повече, колкото е по-къса вълната (по-висока честотата). Следователно за модели на лодки и колички ще имаме по-малък обхват от този, изчислен по т.1. За модели на самолети обаче бихме могли спокойно да се доверим на формулата по т.1.

[Mateev]

ДЕЦИБЕЛИ:

Директно копирам от Википедия: http://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%94%...B1%D0%B5%D0%BB

Оригиналната дефиниция на децибел е:

Примери: Нека мощноста P2 е 2 пъти по-голяма от мощността P1, тогава
10 log10(P2/P1) = 10 log10 2 ≈ 3 dB,т. е. изменение на мощноста с 3 dB означава увеличаването и 2 пъти. Ако обаче мощноста P2 е наполовина от мощноста P1, тогава получаваме -3 dB.

Аналогично, ако изменението на мощността е 10 пъти: 10 log10(P2/P1) = 10 log10 10 = 10 dB,
а за 1000 пъти: 10 log10(P2/P1) = 10 log10 1000 = 30 dB,
а за 8000 пъти: 10 log10(P2/P1) = 10 log10 8000 = 10 log10 1000 + 10 log10 8 = 30 dB + 9 dB = 39 dB

[Mateev]

При децибелите винаги има отношение на две стойности. Следователно когато се цитира нещо в децибели е много важно да се знае спрямо какво или спрямо коя стойност е това отношение. За нас са важни следните две отношения:

dBm - Излъчена мощност от предавател. За 0 dB е приета мощност 1 mW. Приблизително такава мощност излъчват апаратурите в режим Range Test. В нормален режим на работа излъчват 60..100mW на 2.4 GHz, което е 16-20 dBm. Ако се сложи 1W усилвател на изхода, неговото излъчване ще е 30 dBm (1000 пъти повече спрямо 1 mW).

dBi - Усилване на антена. За 0 dB е прието усилването на изотропният излъчвател. Съответната реална антена се сравнява с него. Стандартните антени на апаратурите са с усилване около 2 dBi. Има кръгови антени с усливане до 5-6 dBi. Плоските антени са с усилване до 12-14dBi. Има Яги антени до 16..18 dBi. Най-добрата остро-насочена антена, която съм виждал, е параболична и е с усилване 24 dBi.

[Mateev]

И вече стигнахме до най-важното - как да изчислим обхвата?

1. Имаме някаква даденост, която я знаем. Например:
- Апаратура на 2.4 GHz
- Мощност на предавателя - 1 mW или 0 dBm (така е в режим Range Test)
- Усилване на антената - 2 dBi (това е стандартната антена на апаратурата)
- Приемник с някаква си чувствителност (не я знаем каква, но знаем, че производителя го е обявил като Park Flyer Receiver)
- Постигнат обхват при тези начални данни - 30 m

2. За да удвоим този обхват, ние трябва да осигурим 4 ПЪТИ ПО-ГОЛЯМА НАПРЕГНАТОСТ НА ПОЛЕТО в лъча на антената. Тоест ние трябва да добавим 3+3=6dB в системата предавател-антена. Това може да стане както с увеличаване на мощността на предавателя, така и със слагането на по-добра антена. Това е изключително важно и затова ще го повторя с червени букви:

Удвояването на обхвата се извършва с добавяне на 6 dB в системата предавател-антена.

3. Ако сега изключим Range Test функцията и оставим апаратурата да излъчва с пълна мощност (100 mW или 20 dBm), то тогава ние добавяме в системата предавател-антена нови 20 dBm, което е еквивалентно на 3 пъти по 6dB и още малко. Като обхват това изглежда 2*2*2=8 пъти и още малко. Всъщност добавянето на 20 dB увеличава обхвата точно 10 пъти. Следователно би трябвало да очакваме обхват от 300 m и той наистина е толкова при Park Flyer приемниците.

[Mateev]

А ето и един обобщен алгоритъм за изчисляване на обхвата:

1. Имаме някаква даденост от предавател, мощност, антена и приемник.
2. Смятаме децибелите на тази даденост.
3. Мерим обхвата на тази даденост.
4. Добавяме нови децибели посредством по-мощен усилвател или по-остро насочена антена.
5. Всеки нови 6 децибела удвояват съществуващия (измерения) обхват.

Освен с мощност на предавателя и по-добра антена, може да увеличим обхвата и посредством слагането на приемник с по-добра чувствителност (така наречените Long Range приемници). Горния алгоритъм не се променя. Остава си същия, само че в т. 3 от алгоритъма ще се измери по-голям начален обхват.