Увеличаване на обхвата на апаратурата

[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.

[Mateev]

Ами това беше. Можете вече да обсъждате. От написаното по-горе не съм сигурен само в едно - колко е мощността на една апаратура в режим Range Test? Това че е 1 mW мисля че съм го срещал някъде, но не можах да намеря източника.

Може би при различните апаратури е различно. Единствения начин да се разбере това, е да се направи обратен експеримент - тоест да се премери обхвата както в режим Range Test, така и на пълна мощност, и след това с обратната формула да се изчисли с колко децибела се намалява мощността при Range Test. От тук нататък вече лесно ще се смята всичко останало.

А ето и един пример, с който можем да сметнем възможно най-доброто постижение на една 2.4 GHz апаратура:

Даденост
- Предавател - 100 mW или 20 dBm, но в режим Range Test е 1 mW или 0 dbm
- Антена - 2 dBi
- Long Range приемник
- Измерен обхват в режим Range Test - 50 m

Тюнинг
- Добавен усилвател 2W - общо 33 dBm. От тях нови децибели са 33-0=33 dBm.
- Сложена е параболична антена с 24 dBi. От тях нови децибели са 24-2=22 dBi.

Резултат
- Общо са добавени 33+22=55 dB. Загубен 1 dB по кабели и куплунзи. Остават 54 dB.
- Това прави 9 пъти по 6 dB, което означава 9 пъти удвояване на началния обхват от 50 m.
- Новия обхват става 2*2*2*2*2*2*2*2*2*50 = 25 600 m.

Ами в общия случай това са теоретичните възможности при 2.4 GHz управление на модела. В най-добрия случай могат да се постигнат 25 километра и то само ако има пряка видимост. Трябва обаче да се знае, че 24 dBi антена е една много остро насочена антена и има реална опасност модела да напусне лъча на сигнала и да стане неуправляем. Затова в практиката се използват 14-16 dBi антени, тъй като те имат много по-широк лъч и малки грешки в позиционирането на въртящата система не са опасни. При 14-16 dBi антени обхвата се редуцира до 8-10 km и точно това е и моята цел.

[Mateev]

Ако някой се нуждае от обхват, по-голям от 10 километра, единственият начин е увеличаването на мощността на предавателя. Това с остро-насочените антени вече е изчерпано. Може би известно подобрение може да се направи с разработката на специален високо-чувствителен приемник, но не се знае каква ще е цената му.

Линка, който публикува Николай Арсов, третира точно такава една разработка на 430 MHz. Освен всичко друго за тази разработка се предлага и 7W предавател, което заедно с по-добрия приемник сигурно добавя още 6 dB. Това означава обхват от около 50 km и това е максимума, който човек може да си позволи с готово закупени компоненти. Хубавото на 430-те MHz е и това, че те не са чак толкова капризни към пряката видимост. Известни засенчвания са допустими - напр. от храсти, дървета, стълбове на далекопроводи, та дори и цели къщи, ако са далеко от предавателя.