Меню

Зависимость мощности передатчика от длины волны



Выходная мощность сигнала передатчика

Основным параметром радиопередающего устройства является мощность сигнала, излучаемого в эфир. Следует отметить, что требования к мощности сигнала в УКВ диапазоне диктуются особенностями распространения радиоволн в этом диапазоне частот.

Первой особенностью УКВ диапазона является прямолинейное распространение радиоволн в пределах прямой видимости. Рисунок 1 иллюстрирует эту особенность распространения радиоволн в данном диапазоне.

Рисунок 1. Прямая видимость на радиолинии

Ориентировочно, с учетом рефракции радиоволн в УКВ диапазоне, дальность прямой видимости в километрах L определяется как:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км:

При высоте подъема антенны базовой станции и ретранслятора 70 м, дальность связи не может превышать 70 км. Ориентировочные дальности прямой видимости в УКВ диапазоне приведены на рисунке 2.

Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне
Рисунок 2. Приблизительная дальность радиолинии в УКВ диапазоне

Рассчитаем требуемую для заданного расстояния выходную мощность сигнала передатчика. Для этого воспользуемся известной формулой определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства:

Следует отметить, что в системах подвижной связи мощность сигнала измеряется в дБм. Это отношение абсолютного значения мощности сигнала, выраженного в ваттах, к мощности сигнала 1 мВт.

Например, мощность сигнала, равная 2 Вт, соответствует значению 33 дБм, а мощность сигнала, равная 10 Вт, соответствует 40 дБм. Подобный подход позволяет заменить операции деления и умножения на вычитание и суммирование соответственно. При этом формула определения мощности сигнала на входе радиоприемного устройства (2), выраженная в децибелах, примет следующий вид:

Выразим из нее мощность, требуемую от передатчика при работе в свободном пространстве. Для диапазона и всенаправленных антеннах, эта мощность будет равна:

При отношении сигнал/шум на входе демодулятора, равным 6 дБ, можно ограничить мощность передатчика значением 1 мВт.

С другой стороны при распространении радиоволны вдоль поверхности земли, она испытывает дополнительное поглощение. Для объяснения явления огибания радиоволнами различных препятствий, их проникновения в области тени и полутени используется принцип Гюйгенса-Френеля. В соответствии с моделью Френеля область распространения радиоволн между передающим и приемным устройствами ограничивается эллипсоидом вращения вокруг линии, их соединяющей. Этот эллипсоид многослойный и может включать в себя бесконечно много зон.

Ближайшая к линии, соединяющей передатчик с приемником, зона называется первой зоной Френеля. Принято считать, что при распространении радиоволн наиболее существенной является первая зона Френеля. В ней сосредоточена примерно половина передаваемой энергии. На рисунке 3 представлено продольное сечение первой зоны Френеля.

Рисунок 3. Определение зоны Френеля

Для любой точки радиолинии радиус первой зоны Френеля (R0) можно найти по формуле:

При учете влияния поверхности Земли важен наибольший радиус первой зоны Френеля. При одинаковой высоте антенн этот радиус будет в середине радиолинии. В этом случае формула (6) преобразуется к следующему виду:

При дальности радиолинии более 5 км необходимо дополнительно как препятствие учитывать кривизну Земли. Этот эффект иллюстрируется рисунком 3. Для учета повышения уровня земной поверхности в середине радиолинии за счет ее кривизны можно воспользоваться следующей формулой:

Значения высоты препятствия, создаваемого за счет кривизны Земли, для относительных расстояний rтек/L приведены в таблице 1.

L Относительное расстояние на радиоинтервале
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
5 км 0,02 м 0,08 м 0,18 м 0,31 м 0,5 м 0,31 м 0,18 м 0,08 м 0,02 м
10 км 0,7 м 1,3 м 1,7 м 1,9 м 2 м 1,9 м 1,7 м 1,3 м 0,7 м
15 км 1,5 м 2,7 м 3,6 м 4 м 4,25 м 4 м 3,6 м 2,7 м 1,5 м

Теперь рассчитаем дополнительное поглощение сигнала за счет его затенения поверхностью Земли. Для этого рассчитаем высоту hmax в центре радиотрассы:

Относительный просвет радиолинии при этом будет равен

Теперь по графику зависимости ослабления сигнала относительно просвета препятствия, приведенному на рисунке 4, определим дополнительное ослабление сигнала.

Рисунок 4. Зависимость ослабления сигнала относительно просвета препятствия

Для относительного просвета радиолинии, равного –0,37, дополнительное ослабление сигнала составит 50 дБ. В результате требуемая мощность передатчика с –6 дБм возрастает до значения +44 дБм. Эта мощность соответствует мощности передатчика 20 Вт.

В данном случае мы рассмотрели ситуацию, где на одном месте расположен одиночный радиопередатчик. Однако мест, удобных для размещения ретрансляторов базовых станций не так много. Поэтому обычно в одном месте сосредотачивается большое количество радиопередатчиков радиосистем различного назначения. Для того, чтобы они не мешали друг другу, на выходе передатчика приходится ставить различные развязывающие устройства, такие как фильтры, циркуляторы, комбайнеры. Каждое из них ослабляет мощность радиосигнала. Кроме того сигнал может ослабляться антенно-фидерным трактом. Общее значение ослабления сигнала может достигать 12 дБ. Это приводит к тому, что если даже мощность на выходе передатчика будет равна 100 Вт, то до антенны дойдет всего 6 Вт:

Для иллюстрации преобразуем это значение в ватты:

  • Для работы в УКВ диапазоне с учетом влияния кривизны поверхности земли и препятствий требуется мощность передатчика не менее 2 Вт
  • Для стационарных радиостанций требуемая мощность возрастает до за счет потерь в фидерах и комбайнерах
  1. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. — М.:Связь, 1972. -336 с.
  2. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. Учебник для вузов связи. — М.:Связь , 1978. — 432 с.
  3. Как рассчитать радиолинию. Юрий ПИСАРЕВ, Павел СОЛОВЬЕВ
  4. Оценка пригодности радиолиний вне помещений. М.С.Елькин
  5. Зона Френеля. Евгений Рудченко
  6. Зоны Френеля.

Другие параметры радиопередающих устройств:

Диапазон излучаемых частот в передатчиках устройств мобильной связи Очень важной характеристикой радиопередающего устройства является диапазон излучаемых частот. Для организации подвижной радиосвязи в УКВ диапазоне.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/DiapPrdFr/

Побочные излучения электромагнитных волн При формировании радиосигнала очень важно, чтобы весь спектр излучаемого сигнала был сосредоточен в пределах полосы частот, выделенных для данного радиоканала.
https://digteh.ru/UGFSvSPS/maska/

Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 . 2020

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

КАК МОЩНОСТЬ РАДИОПЕРЕДАТЧИКА ВЛИЯЕТ НА ДАЛЬНОСТЬ СИГНАЛА

Зависимость мощности передатчика на УКВ диапазоне (это как раз ЛПД и ПМР) от нужной дистанции прохождения радиосигнала не столь значимо, чем для более низких частот (например для Си-Би диапазона 27мГц).
Почему так? Нигде не встречал объяснения, да и не искал особо, и все что написано ниже, лишь мои домыслы.

Чем ниже частота, тем выше длина волны. Отношение длины волны от частоты можно определить по форумуле для радиосигнала.
Упрощенная формула для наглядности:

L= 300000000/f
Где, L- длина волны, 300млн- скорость света (с этой скоростью движеться радиосигнал), f- частота.
К примеру, для частоты 433 мГц, длина волны будет 0.69м, для Си-Би 27мГц (на этих частотах дальнобойщики работают)- 11.11м.

Как мы видим длина волны 27мГц в 16 раз длинее волны 433 мГц (ЛПД). И мы знаем, что портативные СиБи рации (для нагладности) намного прожерлевее и габаритнее ЛПД раций.В автомобильных Си-Би меньше 10Вт рации как правило не эффективно работают на дальность, а ЛПД рация вполне неплохо работает и на 5Вт и на 2Вт и менее- при этом на дальность связи особо не отличается при разных мощностях на ЛПД.

Далее сплошная болталогия для размышления.
Разные частоты я сравниваю с автомобилями проходящих одинаковую протяженность по разной траектории.

Автомобиль №1 движется по малому серпантину (аналогия с 433мГц) протяженностью 1000 метров, а автомобиль №2 по большему серпантину (типа 27мГц) той же протяженности. Автомобили разогнались до скорости 100 км\ч и далее проходят всю дистанцию накатом по инерции. Это наглядно продемонстрированно на рисунке:

Очевидно, что при равной начальной скорости автомобилей, авто №1 придет к финишу раньше, чем авто№2, потому что пройденное растояние короче, к тому же из-за большей дистанции у авто №2 скорость бует стремительно падать.

Так что же будет отпределять мощность радиосигнала в данной аналогии к автомобилям?

Мощность радиосигнала по аналогии к автомобилю являтся переданный импульс для первоначального разгона автомобилей. Что бы авто №2 пришло к финишу раньше или хотя бы одновременной с авто №1, нужно авто №2 предать первоначальную скорость в разы больше, чем у авто №1.
В идеальных условиях (когда нет помех, в чистом космическом пространстве) радиоволны распространяются на бесконечное расстояние, хотя их энергия и убывает очень сильно в квардрате на единицу расстояния, но конечная энергия (мощность) перед принимающей антенной всегда будет выше нуля, то есть на бесконечное расстояние у радиоволны перед принимающей антенны удет бесконечно малая мощность (энегргия).
В реальных Земных условиях, если даже нет радиопомех, то есть пыль которая поглащает радиосигнал и в какой то момент этот радиосигнал пропадет полностью

То же самое происходит и в нашей аналогии с автомобиями. Если мы придадим начальную скорость автомобиля 100 км/ч в космосе в идеальных условиях, то при отсутсвии сил трения и притяжения авто пройдет бесконечное расстояние.
В реальных Земных условиях сила трения рано или поздно заставит автомобиль движущийся по инерции остановится.

Почему, чем выше частота, тем мощность радиосигнала менее зависима для прохождения нужного расстояния?

Как мы уже знаем исходя из формулы определения длины волны из известной нам частоты- чем частота выше, тем длина волны меньше и амплитуда тоже меньше.
При бесконечно высокой частоте, волна как бы бесконечно распрямляется, но не становится прямой.
В таком виде волна похожа на иголку, а для лучшего представляения на стрелу.
Представьте, вы пустили стрелу из лука на скорости 100м/сек. При своей форме стрела оказвает минимальное давление на атмосферу и благодоя вой форме испытывает меньшее сопротивление воздуха.
Ппри более низкой частоте, у волны поялвяется огромная амлитуда, она становится круто изогнутой и огромных размеров.
Представьте, что такая волна будет уже похожа не на стрелу, а на кусок трубы. И вместо лука мы выстрелем такой трубой из катапульты передав такую же началную скорость как и стреле.
Можно представить, что из-за больших размеров на труба будет оказывать большее давление на воздух, чем стрела. а встречное сопротивление воздуха будет более ощутимо, плюс неуклюжая форма трубы.

Теперь нам понятно, что стрела (ЛПД диапазон, 433 мГц) пролетит намного дальше, чем труба (Си-Би, 27 мГц), хотя начальные скорости у них равны.
Для прохождения того же расстояния, трубе нужно придать большей начальной скорости. Стрела же меньше нуждается в начально скорости, так как обладает отличными балистическими характеристиками и меньше встречает спопротивления в полете.

Кто то скажет, что я конкртено запутал со своим стрелами и автомобилями, ведь радиоволны неизменно летят на одной скорости, скорости света (хотя на самом деле она тоже немного изменяется в процессе прохождения радиоволн), а у тебя примеры с автомобилями и стрелами зависят именно от скорости. На самом деле у радиоволн своя мало с чем сравнимая природа.

Тогда могу привести еще один пример, где скорость удет примерно постоянна.

Два метеорита летящих со скоростью света в открытом космосе, движущихся к Земле. Диаметр метеорита №1- 10 метров, второго- 100 метров. Пока они летят в космосе на них не действуют сторонние силы, но как только метеорит №1 войдет в атмосферу на него будет влиять сила трения воздуха и это трение будет на столько сильным, что на высоте 1 км от Земли он полностью сгорит.
Метеорит №2 благодоря своим размера не успеет полностью сгореть и принесет всю свою мощность (энергию) прямо в Землю.

2021 © магазин раций и аксессуаров Баофенг
Мы в социальных сетях:
baofengs.png
2021 © магазин раций и аксессуаров Баофенг
Мы в социальных сетях:
baofengs.png

Магазин раций Баофенг работает с 2014 года

Купить рацию Баофенг

вы можете при получении товара


Ваш правильный выбор рации Баофенг, советы новичку и занимательная физика

Друзья, тема выбора рации довольна широка. Всегда намного легче помочь подобрать при непосредственном разговоре. Так что если для вас трудно будет охватить всю информацию, то просто позвоните мне по телефону и я за короткое время помогу вам определится 89О2OO2О652, Сергей.
——————-
Начинаем. Прочитайте пожалуйста до конца и для Вас многое прояснится!

Введение. Как не ошибиться при покупке рации любого бренда. Чему не стоит доверять и что не стоит покупать!

Запомните, ни один здравый производитель никогда не напишет в характеристиках дальность связи, так же как привычно для нас не пишут дальность в инструкции к мобильным телефонам, так как всё зависит от наличия вышек ретрансляторов. В рации ретранслятором выступает сама рация (хотя так же можно использовать дополнительный ретранслятор как например этот ).
Параметр дальности очень условен и зависит от множества факторов. Но всё же клиент просит, а значит продавец предлагает, поэтому часто продавцы используют уловки и указывают на коробке или в описании к рации её максимальную и как правило в реальных условиях нереальную дальность. Конкретный пример: все знают бренд Моторола и доверяют ему, новичок как правило клюет на то, что может себе позволить купить именитый бренд за недорого. К примеру комплект из двух раций Motorola TLKR T50 вам обойдется всего в 3300 рублей ( плюс 2400 рублей придется потратить на аккумуляторы ААА которых нет в комплекте ) , да и с дальностью вроде не ущемили- обещают до 6 км! Но знайте, что рация относится к классу со слабым по мощности передатчиком и не годится для работы в городе и в лесу, да и в многоквартирном доме для работы сантехникам тоже не подойдет. Рация Моторола для охотника в лесу или для работы в городе стоит минимум 15 тысяч рублей за одну штуку, хотя и по дальности связи и по всем практически параметрам будет не лучше Баофенга за 1800 рублей.

1. Главное: мощность передатчика рации и как она влияет на дальность.

Все рации по мощности можно разделить на несколько классов:
1 класс . Маломощные рации. от 0,02 до 1Вт. Пример Motorola TLKR T50 Годятся для работы на складе с минимальном количеством стен и перегородок, для работы на стройке в зоне 1 км и если перед вами не более двух ж/б стен, на рыбалке в прямой видимости с минимальным количеством преград.
2 класс . Рации средней мощности. От 1 до 3Вт. Позволяют работать в том же радиусе что и слабомощные, но с большим количеством преград. радиосвязь будет работать через Ж/б стены приблизительно 3-х многоквартирных домов по их ширине. Примеры: Baofeng BF T1 Mini / Baofeng 888s
3 класс. Рации повышенной мощности. От 3 до 5 Вт. Большинство раций Баофенг относится к этому классу. Рации этого класса уже годятся для использования в городской застройке. Мощность передатчика уверенно пробивает стены ж/б домов в радиусе около 2-х км. Для охотников в лесу радиус действия составит порядка 5 км. В поселках около 6 км, на трассе и в поле до максимального значения всех портативных раций- около 8 км. Почему это максимум д портативных УКВ радиостанций объясню позже. Примеры: Baofeng UV-5R / Baofeng BF-C5
4 класс. Рации высокой мощности. От 5 до 10 Вт. Получаете всю ту же дальность что есть у раций класса мощности, но и еще большую пробивную способность за счет высокой мощности передатчика. Дальше 8 км всё равно не пробъете, если в теории учесть что земля абсолютно круглая. Примеры: Baofeng UV-XR / Baofeng BF-S56

2. Принципы правильного использования рации.

1. Для обеспечения максимальной дистанции связи, важно располагать рацию на теле как можно выше и вертикально (почему так разберем ниже). Если у вас нет разгрузки, то можно использовать чехол двумя ремня- один закрепляется вокруг тела, а другой через плечо, тем самым можно зафиксировать рацию на теле. К примеру подойдет вот такой чехол или компактная мини-разгрузка .
2. Желательно пользоваться гарнитурой для освобождения вашей головы и рук от лишних движений. Полезные и интересные гарнитуры здесь
3. Использовать подходящую по вашим условиям дальности антенну
4. Позаботится о времени автономной работы вашей рации. Иметь с собой дополнительный аккумулятор при длительных сеансах связи не помешало.
5. При долгих поездках рацию можно заряжать в автомобиле если у вас есть автомобильный зарядник .
6. В сложных условиях когда вам требуется покрыть большую площадь радиосвязью можно использовать ретранслятор

3. Теперь подробнее про дальность и закроем вопрос про частоты дальнобойщиков:

Все портативные рации Баофенг, да и впрочем 99% всех портативных раций во всем мире работают в УКВ диапазоне частот, а конкретно условно от 136 до 520 мГц. Почему? Да потому, что для работы в таком диапазоне не нужен мощный аккумулятор и длинющая антенна, поэтому и рация получается действительно компактной. Подробнее: для каждой частоты есть своя расчетная длина волны. Длина волны которая образуется на передающей частоте влияет на огибание препятствий (очень длинная волна не станет проходит через 10-этажный дом, она его просто обойдет сверху), а мощность влияет на прохождения через эти препятствия, если все же волна в них упирается. Поэтому даже самая слабая рация в пустыне будет иметь максимальную дальность, потому что нет препятствий, но тут же врежется и затухнет за первым попавшимся холмом).

К примеру для популярной частоты 446 мГц длина волны составляет 67 см. Длины волны недостаточна для огибания значительных препятствий, поэтому в городе основная нагрузка по дальности ложится на пробивную способность мощности передатчика (но еще плюс в отражении радиоволн от оконных стекол- размер стекол укладывается в 67 см) , но в лесу дальность будет значительно больше, за счет переотражений от деревьев.
Чем ниже частота, тем больше значение длины волны. Это видно исходя из формулы:


Поставив вместо 433 еще одну популярную частоту 144 мГц мы получим длину волны в 2 метра. Но для более эффективной работы на этой частоте штатная антенна уже не подойдет. Для каждой частоты существует своя антенна с эффективной длиной. Чем точнее будут соответствовать длина волны и длина антенны, тем радиосвязь будет дальше. Идеально когда длина волны равна длине антенны, но при большом значении длины волны, антенна получается довольно длиной, и тогда длину антенны можно подобрать в 4 раза короче длины волны. Качество передачи радиосвязи конечно ухудшится, но это компенсируется способностью огибания волною.
К примеру для длины волны λ= 0,7 метра (что соответствует частоте 446 мГц) нам понадобится антенна длиною всего 17 см! А рация Баофенг как раз комплектуется такой антенной! И это будет идеальная частота для вашей рации Баофенг со штатной антенной.


А если вы все же захотите перейти на 144 мГц, т.к. волна там не каких то 17 см, а целых два метра, то вам потребуется антенна длиною 50 см! Идеальная будет эта антенна , а для авто вот эта антенна , более универсальная вот эта антенна .
Запомните, что популярная антенна Нагоя-771 имеет длину 39 и ну никак не укладывается в нужные нам значения на любой частоте в УКВ диапазоне. И работать она будет значительно хуже, чем те антенны ссылки на которые дал выше.

Определение дальности радиосвязи.

Существует упрощенная формула для определения дальности УКВ радисвязи, из которой вы поймете почему дальность с земли не может превышать 8 км и почему важно рацию носить правильно. Формула верна для идеальных условий, если учтем что земля абсолютно круглая.
h- это высота антенн от земли. Если мы рацию закрепим ближе к плечу, то высота получится 1,5 метра, тогда R- дальность радиосвязи между двумя рациями составит 8,82км, но в реальности это будет 8 км. То есть увеличивая расстояние над землей или длину антенны, можно получить более дальнее прохождение радиоволн, но это будет очень неудобно, поэтому пренебрегаем этим и оставляем максимум в 8 км.

4. Вот мы и подобрались к насущному вопросу, работают ли рации Баофенг на частоте дальноюбойщиков.
Порой очень трудно объяснять всю сложившуюся ситуацию между портативными рациями и Си-Би диапазоном на котором работают дальнобойщики, не зная основ. Но вы то теперь знаете!

И так, как выше я писал 99% всех портативных раций работают в УКВ диапазоне от 136 до 520 мГц потому что волны в этом диапазоне достаточно короткие от 2,2 м до 0,57 м для которых не требуются длинные антенны и мощный передатчик. И в принципе дальности связи для большинства условий достаточно. Но вот в чем дилемма: рации у дальнобойщиков работают в Си-Би диапазоне 27 мГц и 99% этих раций стационарные, обладающие большой мощностью и длинными антеннами. Для частоты 27 мГц длина волны составит аж 11 метров, и антенна тут нужна в 2,75 метра! Такие длинные антенны конечно же редкость, как правило они около полутра метров, а сам кабель антенны спиралью сложен в оболочке, что укорачивает габарит. На такой частоте рация конечно же будет достаточно далеко вещать при соответствующей мощности- на десятки километров. Ну вот почему рации Баофенг не работают в диапазоне 27 мГц, спросите вы? Я вам отвечу, что вообще эффективных портативных раций на частоте 27 мГц в природе не существует, не из-за вредности к Вам, а потому что не позволяют законы физики. Конечно же есть Си-Би портативки типа Alan 42 Midland , но передают они на дальность около 200 метров, а если вещать со штатной антенной да еще и с авто (автомобиль служит клеткой для радиоволн, если антенна находится внутри) то дальность будет ничтожные 100 метров !

Поподробнее: в портативной Си-Би рации как бы спирально там и компактно длинный кабель антенны бы не был уложен, но для такой длинной волны нужна соответствующая мощность. Представьте, что вес автомобиля это длина волны, а его мощность двигателя соответствует мощности передатчика рации. Так вот, что бы вам эффективно передвигать тяжелой грузовик (передавать в Си-Би диапазоне) потребуется мощный двигатель (мощный радиопередатчик рации), слабый двигатель никуда не годится ( мощности даже в 10 ватт для Си-Би будет мало). То есть эффективная портативная Си-Би рация будет выглядеть с большой антенной и с мощным передатчиком, и соответственно как и грузовой автомобиль рация заметно покрупнеет, понадобится более емкий и мощный аккумулятор, более мощный передатчик и т.п. То есть портативная и эффективная Си-Би рация уже никак не получится.
Именно поэтому, если вам нужна полноценная Си-Би рация, то это стационарная встраиваемая в авто, если вам достаточно 100-200 метров для связи (например при обгонах или еще каких ситуациях, когда нужный вам дольнобойщик находится в прямой видимости), то можно приобрести Alan 42 Midland

Вот и всё!
Но если остались какие вопросы, то смело задавайте в теме на форуме или звоните мне. Спасибо!

Источник

Читайте также:  Индикаторная мощность четырехтактного двс