Мощность передающей антенны
Сразу напишу, что ничего в этом не понимаю. Вот книжка:
http://window.edu.ru/resource/527/76527/files/panasyuk-a.pdf
Зато знаю, что один из основных законов – это закон сохранения энергии. В данном случае источником энергии (вроде бы) является колебательный контур (т.е вся энергия, которую в него засунули. Чем больше напряжение и сила тока тем больше энергия.
При всех процессах бывают потери энергии. Например, нагрев воды в электрочайнике – результат тепловых потерь в нагревающемся проводнике.
Антенна – тоже проводник. Она тоже будет греться, если через неё идёт ток. Значит лучше по возможности снизить эти потери. Первое, что приходит в голову – чем меньше сопротивление антенны, тем меньше потери на то самое тепло (но я могу ошибаться). Всё, что не уйдут на нагрев должно улететь из антенны в виде радиосигнала.
Энергия в колебательном контуре отсюда:
https://ru.wikipedia.org/wiki/
Вот не возьмусь я сказать, что из этого попадёт в антенну при таком соединении:
… но думаю, что только L*I*I/2. Получается что мощность будет расти с ростом силы тока I и ростом индуктивности катушки L.
Рост силы тока (I) оказывает больший эффект (потому что в формуле I*I). Но и рост индуктивности (означающий увеличение длины волны) тоже повышает мощность.
Получается что короткие волны, очень удобные для повышения качества информации, полетят не так далеко как сигнал, например, рации (средние волны летят ещё дальше)
Попытаюсь сравнить и поискать закономерность.
Радиомодуль NRF24L01+
https://amperkot.ru/spb/catalog/radiomodul_nrf24l01-23813267.html
Частота передачи/приема 2.4ггц.
Дальность до 100 м. В помещении - до 30 м.
Напряжение: 3-3.6V (рекомендуется 3,3V) В.
Радиомодули 433MHz: передатчик MX-FS-03V и приемник MX-05V
https://amperkot.ru/spb/catalog/radiomoduli_433mhz_peredatchik_mxfs03v_i_priemnik_mx05v-23869814.html
Дальность передачи: 20 - 200 метров (зависит от подаваемого напряжения)
Рабочее напряжение: 3.5-12V
Мощность передачи: 10 мВт
Частота: 433,92 МГц
Радиостанция «Баклан»:
http://www.radioscanner.ru/trx/civil/baklan/
Диапазон частот: 118 - 135.975 МГц
Высотность: 14 000 м
Напряжение питания: 24 - 29.4 В
Потребляемая мощность:
• передача (Баклан-5) 85 Вт
• передача (Баклан-20) 180 Вт
… Наверное, можно считать, что тут дальность – 15 км.
Частота колебательного контура:
Дальше я хотела узнать, какие индуктивности катушек мне нужны для колебаний контуров с частотами 2.4 ГГц (=2400 МГц), 433 МГц и 118 МГц:
Тип
|
Частота, МГц
|
Длинные (ДВ)
|
0,03
|
ДВ любителям
|
0,136
|
ДВ любителям
|
0,138
|
Длинные (ДВ)
|
0,3
|
Средние (СВ)
|
0,53
|
Средние (СВ)
|
2
|
Телевизор (старые)
|
50
|
FM радио
|
88
|
FM радио
|
108
|
Баклан
|
118
|
Авиационный
|
118
|
Авиационный
|
136
|
Рации
|
146
|
Рации
|
174
|
MX-FS-03V
|
433,92
|
Телевизор (новые)
|
500
|
GPS
|
1 575
|
NRF24L01
|
2400
|
Wi-Fi-G
|
2 500
|
Wi-Fi-N
|
5 000
|
Но у меня из этого ничего не получилось, потому что в дело вмешались чисто механические ограничения. Катушка, всё-таки, должна быть катушкой. В ней должны быть витки, у неё должен быть диаметр и длина.
Если для средневолнового приемника индуктивности могут выглядеть так:
… и при таких размерах ещё можно как-то играть с индуктивностью L, то с ростом частоты приходится уменьшать произведение L*C.
Ёмкость конденсатора C уже пикофарады, т.е её особо не уменьшишь. А для индуктивности катушки действует такая формула:
Чтобы уменьшить L, это всё тоже надо уменьшать, но меньше миллиметров уже никак.
Катушка передатчика MX-FS-03V (433MHz):
Если подставить всё это в формулы для L, то получится так:
Можно посчитать, что ёмкость конденсатора там должна быть:
Видимо, такое ещё бывает. Хотя в магазинах я такого уже не вижу.
А для большей частоты (NRF24L01) уже и катушки нет:
Видимо, на таких частотах это уже совсем по-другому работает.
Вот про микросхему этого модуля:
https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/nRF24L01_prelim_prod_spec_1_2.pdf
Из всего этого осторожный вывод – мощность антенны можно на таких частотах увеличивать только за счёт силы тока (или напряжения, что одно и то же). Для передатчика MX-FS-03V так и написано (мощность зависит от напряжения). Его и попытаюсь сравнить с «Бакланом», считая, что индуктивности у них одинаковые.
Табличка с меня получилась довольно странная:
|
Дальность, м
|
Мощность передачи, Вт (P)
|
Напряжение, V
|
I расчётное , A (=P/U)
|
I похожее, А
|
I*I
|
MX-FS-03V, 3 V
|
20
|
0,01
|
3
|
0,003333
|
0,5
|
0,25
|
MX-FS-03V, 12 V
|
200
|
0,01
|
12
|
0,000833
|
2
|
4
|
Баклан-5
|
14000
|
85
|
24
|
3,541667
|
3,5
|
12,25
|
Баклан-20
|
14000
|
180
|
24
|
7,5
|
|
|
Отличие, раз
|
70
|
|
|
|
|
49
|
Я просто собрала в ней все, довольно сомнительные данные. И попыталась понять, почему при похожих частотах вещания дальность отличается в 70 раз. Так, вроде не должно быть.
Могу предположить, что при наличии антенны (которую можно прицепить и к специальному разъему и к хвостам индуктивности):
… передатчик работает на 3 вольтах на те самые 200 метров током 0.5А. А если он способен работать и на 12 вольтах, то выдаёт он уже 2 ампера (что для таких штук много). Если у Баклан-5 мощность 85 Вт, при напряжении 24 вольта, то в антенну он должен выдавать 3.5А. Если так то при напряжении 12 вольт передатчик MX-FS-03V будет в 3 раза слабее Баклана, а при 3 вольтах в 50 раз. Т.е не вижу причин почему ему не работать километра на 4-5 (на максимальной мощности и при наличии антенны).
p/s
Очень странный текст получился. Наверняка же эту дальность как-то считают. Но для этого надо знать ток. А я его для этой микросхемы не вижу.
https://gemischtwaren-haendler.de/shopdateien/5299_1.pdf
Зато вижу ещё один вариант схемы передатчика:
… с резонатором:
p/p/s
Насколько я поняла, короткие волны далеко не летят. Для увеличения дальности надо снижать частоту (и увеличивать размер антенны).
|