На что влияет дальность связи
О дальности радиосвязи
Дальность радиосвязи – это величина максимального расстояния, на котором возможно осуществление радиосвязи между приёмником и передатчиком с заданными параметрами качества. Так трактуется это определение во многих учебниках и справочниках.
- Дальность радиосвязи является переменной величиной
и не относится к постоянным техническим характеристикам оборудования.
Для определения дальности действия рации в идеальных условиях на поверхности Земли в прямой видимости при отсутствии помех и любых видов другого излучения используют формулу:
Где:
L – дальность радиосвязи (м);
R – радиус Земли (6371000 м);
H1 – высота установки первой антенны (м);
H2 – высота установки второй антенны (м).
На дальность действия рации оказывает влияние сразу целый ряд внешних факторов: различный рельеф местности, солнечная активность, создающая радиацию и помехи, атмосферные явления типа высокой ионизации атмосферы, метеорологическая обстановка и погода, влажность, грозы, искривление поверхности земли, любые препятствия (деревья, холмы, здания и сооружения), частотный диапазон радиосигнала и даже время суток.
Данные расчёты оптимальны для идеальных условий прямой видимости, при появлении любых указанных выше внешних факторов эта цифра становится ещё больше. По этой причине мощность рации и дальность связи хоть и зависят друг от друга, но не являются ключевым фактором, влияющим на радиус действия рации.
Следующим фактором, относящимся к техническим характеристикам приёмопередающего устройства, является чувствительность приёмника.
Дальность радиопередачи обратно пропорциональна квадратному корню из числового значения чувствительности. Это означает, что значение чувствительности должно быть как можно меньшим. Радиостанция с чувствительностью 0,2 мкВ будет более увереннее и чище принимать сигнал, чем радиостанция с чувствительностью 0,5 мкВ. Поэтому на общую зону покрытия радиосвязью влияет не только мощность передачи, но и дальность приёма рации.
Не секрет, что для любой рации необходима антенна, которая не только оказывает большое влияние на радиус действия радиостанций, но и является одним из самых важных компонентов любой системы связи наряду с приёмопередающей аппаратурой. Ключевыми значениями являются высота её установки над землёй, конструкция и согласованность с радиостанцией.
Чем выше расположена антенна над уровнем земли, тем меньше дополнительные потери. Это связано с тем, что идеальное распространение сигнала происходит в свободном пространстве, поэтому, чем выше будет поднята антенна, тем меньше будет величина затухания сигнала и влияние внешних факторов на дальность действия радиостанции. Отсюда можно сделать вывод, что высота расположения антенны прямо пропорциональна возможной дальности связи.
В режиме передачи волновое сопротивление фидера согласовано с входным сопротивлением антенны, это обеспечивает в фидере режим бегущей волны и с выходом передатчика для максимальной отдачи мощности. В режиме приёма согласование входа приёмника с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки — условие максимальной отдачи мощности в нагрузку приёмника.
Опираясь на вышеизложенную информацию и на тест раций на дальность, который неоднократно проводился как с портативными, так и с мобильными радиостанциями, можно судить о средних величинах радиуса действия раций в городе и в сельской местности. Повторим, что приведённые на схематичном изображении цифры являются средними показателями и могут отличаться не только в разных городах, но и в разных районах одного и того же города, однако дают представление о том, на какую примерную дальность УКВ радиостанций можно рассчитывать, общаясь на безлицензионных каналах пешком, на автомобиле или в случае, если рация используется в качестве базовой с высоко установленной антенной.
При работе с базовыми станциями нередко бывают случаи, что абонент с портативной рацией слышит диспетчера, а диспетчер его нет. Это связано с тем, что мощность и высота расположения портативной рации недостаточна для двусторонней связи. Чтобы повысить дальность связи между носимой и стационарной радиостанцией в прямом канале, необходимо заменить антенну на портативной рации, что может существенно повысить дальность передачи.
Если мы рассматриваем дальность автомобильной рации, а именно между двумя транспортными средствами, то она, опять же, может меняться в зависимости от положения обоих автомобилей даже во время движения. Если в густонаселённом городе связь будет небольшой, то после того как машины окажутся на шоссе, дальность связи значительно возрастёт. Так например, дальность связи для автомобильной радиостанции Такт 201 может достигать 15 километров по трассе. Автомобильные рации, радиус действия которых недостаточен, также можно настроить на работу через ретрансляторы. Для Си-Би раций можно использовать усилители, которые значительно увеличат дальность передачи сигнала.
В городе со сложной инфраструктурой много помех, которые существенно ограничивают дальность раций. Наиболее сильные помехи возникают вблизи линий электропередач, троллейбусов, трамваев или электропоездов. Также фактором помех являются сами по себе работающие автомобили и их внутренние схемы питания.
Выбрать рацию с большой дальностью – задача несложная, главное выяснить, в каких условиях необходима радиосвязь. Порой простая рация обеспечивает дальность от 3 до 20 км, а иногда самая дорогая работает лишь на несколько сотен метров. При выборе рации дальнего действия важно учитывать прежде всего внешние факторы и условия использования. Надеемся, наша статья поможет Вам сделать правильный выбор надёжного средства связи.
От чего зависит расстояние радиосвязи?
Обычно под дальностью связи понимается максимальное расстояние, на котором обеспечивается обмен информацией между приемником и передатчиком с заданным качеством. Как правило, такой обмен должен быть возможен в любое время, а для мобильной связи еще и на всей обслуживаемой территории. Поэтому, когда говорят о дальности связи, необходимо уточнить, при какой обеспеченности связью по времени и месту она возможна. Например, дальность связи между мобильными радиостанциями 10 км при обеспеченности 90% означает, что в среднем в 9 случаях из 10 связь между ними будет успешной, а сеансы связи возможны в произвольные моменты времени и в произвольно выбранных местах. При этом связь осуществима и на расстояниях в 30 км, но успешными будут только 5 из 10 попыток связи, т. е. обеспеченность связью при такой дальности будет составлять 50%.
Дальность связи раций определяется многими факторами, но, прежде всего, она зависит от частоты радиосигнала, так как с изменением частоты меняются условия распространения радиосигнала.
Другим фактором, существенно влияющим на дальность связи, является высота размещения антенн приемника и передатчика над уровнем земли. На это имеются две причины: поглощение радиосигнала подстилающей поверхностью и необходимость радиовидимости между антеннами.
Минимальное затухание при распространении сигнал испытывает в свободном пространстве. При распространении радиоволны вдоль поверхности земли возникают дополнительные потери. Поэтому, чем выше над землей подняты антенны, тем меньше влияние подстилающей поверхности на затухание сигнала. Понятие радиовидимости соответствует наличию пути распространения радиосигнала между антеннами передатчика и приемника. Известно, что радиоволны обладают свойствами дифракции, интерференции, рассеивания и отражения, характерными для любых других волн. C увеличением частоты поведение радиоволн приближается к поведению светового луча, и радиовидимость приближается к оптической. Очевидно, что с высотой увеличивается расстояние оптической видимости, растет и расстояние радиовидимости. Таким образом, при увеличении высоты установки антенн радиостанций дальность связи увеличивается благодаря уменьшению поглощения сигнала подстилающей поверхностью и увеличению расстояния радиовидимости. Дальность связи раций зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника. Однако, при детальном рассмотрении эта зависимость не столь существенна. В диапазонах радиоволн, в которых работают средства профессиональной мобильной радиосвязи (ПМР), сигнал распространяется прямолинейно вплоть до границы радиовидимости, за которой он резко затухает. Поэтому, если мощности передатчика достаточно для обеспечения связи на обслуживаемой территории, ограниченной расстоянием радиовидимости, то дальнейшее увеличение мощности передатчика нецелесообразно, так как практически не приведет к расширению зоны связи. Улучшение чувствительности приемника тоже не всегда приводит к увеличению дальности связи. Прием сигнала всегда осуществляется на фоне шумов или помех. Если чувствительность ограничена шумами, возникающими в самом приемнике, то, используя приемник с лучшей чувствительностью, возможно увеличение дальности связи. Однако, если прием сигнала осуществляется на фоне внешних шумов или помех, то улучшение чувствительности приемника не даст никакого эффекта, т. к. чувствительность будет ограничена внешними шумами.
Таким образом, при повышении мощности сигнала и улучшении чувствительности приемника возможно увеличение дальности связи, но только при соблюдении определенных условий. Применение эффективных антенно-фидерных устройств (АФУ) является одним из способов увеличения дальности связи. В простейшем случае АФУ состоит из антенны и кабеля снижения. Используя антенны с большим коэффициентом усиления и кабель снижения с малыми потерями, можно повысить уровень сигнала на входе приемника без увеличения мощности передатчика. Таким образом, дальность связи радиостанций зависит от многих факторов, которые оказывают неочевидное влияние на дальность. Поэтому оценку дальности связи и качества радиопокрытия необходимо поручать специалистам в этой области. Они способны дать конструктивные рекомендации по обеспечению высокого качества работы сети при рациональных затратах.
Так же при выборе надо учитывать, что радиус действия радиостанций зависит от:
1. рельефа местности;
2. диапазона частот;
3. мощности рации;
4. качества радиостанции;
5. KSW (КСВ)антенны (для автомобильных и базовых радиостанций ).
Если Вы решили организовать “ такси “ Вам понадобится базовая станция, мощность которой будет зависеть от плотности застройки Вашего населенного пункта и необходимого радиуса действия радиосигнала.
Можно купить готовую базовую радиостанцию, но, как оказывает практика, это не выгодно. Себестоимость ее довольно высокая, и как правило нерасчитана на увеличение мощности. Можно самому собрать базовую станцию из компонентов. Как правило она состоит из:
1. Автомобильной радиостанции;
2. Усилителя (BUSTER);
3. Блока питания;
4. Базовой антенны;
5. Радиочастотного кабеля снижения.
Радиостанции, которые будут стоять на автомашинах состоят из:
1. Автомобильная радиостанция;
2. Автомобильная антенна.
Особенности радиуса действия рации
Выбирая радиостанцию, очень важно учитывать ее технические характеристики, чтобы быть уверенным в том, что в своей работе она будет соответствовать ожиданиям. Одним из самых важных показателей является радиус действия рации. В нашем магазине вы сможете приобрести высококлассные приборы для связи по демократичным ценам от ведущих производителей. Радиус действия каждой модели разнится в зависимости от модификации, назначения и цены. Поэтому вы сможете выбрать именно тот вариант, который вам подходит на 100 процентов.
Что это за характеристика
Многие полагают, что радиус действия напрямую зависит от того, какую мощность имеет устройство. И это справедливое мнение, однако нужно помнить, что эта характеристика зависит не только от мощности. Большей частью этот параметр влияет на радиус в случае использования раций типа СВ/LB, которые имеют амплитуду модуляции.
Если же речь о том, чтобы купить высокочастотное оборудование, то даже если мощность была увеличена от 3 до 8 Ватт, то это никоим образом не позволит увеличить расстояние, на котором будет работать радиостанция. В каждом отдельном случае на дальность будут влиять окружающие условия. На пересеченной местности большую роль играют объекты, располагающиеся в радиусе, так как они могут поглощать волны с высокой частотой. К примеру, многоэтажка может поглотить вплоть до пяти ватт энергии.
Многочисленные исследования любителей экспериментов с рациями доказали, что даже при увеличении мощности прибора, работающего с высокими частотами, вдвое, расширить дальность действия удастся не больше, чем на 35-40 процентов.
Мощности радиостанций в зависимости от сферы применения
Традиционные радиостанции, предназначенные для любительского использования, обладают мощностью от 3 до 5 Ватт. Если вы хотите гарантировать максимальную дальность радиосвязи, то показатель устройства не превысит 30-35 Ватт. Дело в том, что выпускать приборы с большей мощностью просто нецелесообразно, так как больше увеличить дальность действия не удастся.
А вот с устройствами, которые чаще всего используют спасатели, рыбаки, охотники и другие лица, часто работающие на пересеченной местности с густой растительностью или водоёмами, все обстоит несколько иначе. Одна и та же портативная радиостанция может вести себя по-разному. Все зависит от влажности воздуха, лесных массивов, типов деревьев, степени кривизны ландшафта. Если рассматривать рацию с мощностью в 5 Ватт, то ее радиус действия будет:
Что касается водоемов, то устройство с такой же мощностью на прямом участке реки может передавать и принимать сигнал в радиусе 10 километров, тогда как, находясь на открытой глади озера, уровень дальности действия увеличивается до 30 километров.
Как определить дальность действия прибора на дороге
Вне зависимости от того, покупаете ли вы рацию для любительского использования, или она вам необходима для профессиональной деятельности (дальнобойщики, МЧС), важно помнить, что на радиус действия влияет и тип дороги, по которой вы передвигаетесь на автомобиле. К примеру, сигнал может передаваться на расстояние от 2 до 20 километров при использовании устройства с мощностью в 5 Ватт.
Играет роль ещё несколько факторов:
Какое значение играет чувствительность
Выбирая радиостанцию, обращайте внимание на показатель чувствительности. Этот параметр также имеет влияние на радиус действия. По международной системе показатель измеряется в мкВ. Чем он меньше, тем лучше качество передачи сигнала. При этом важно, чтобы одновременно с хорошей чувствительностью рация имела качественную систему шумоподавления, автоматическую или ручную (для продвинутых пользователей).
Важно учесть, насколько рация защищена от влияния электромагнитных помех, которые существенно сокращают расстояние передачи сигнала.
Как определиться с выбором диапазона частот
В ассортименте нашего магазина есть радиостанции с такими рабочими диапазонами:
Есть приборы с характеристиками частот в 27 МГц. Этот диапазон относится к длинноволновым. Благодаря этому удается передавать сигналы на несколько тысяч километров.
Выбираем конфигурацию антенны
Как правило, портативные рации оснащаются антеннами небольшой длины. Однако некоторые могут сопрягаться с внешними антенными устройствами, которые способствуют расширению дальности действия. При этом важно, чтобы внешний передатчик имел заземление. В противном случае работа такой антенны будет неэффективной.
Как улучшить характеристики
Если вы хотите увеличить радиус действия прибора, воспользуйтесь следующим:
Самое важное – внимательно выбирайте модель при покупке и уточните все ее характеристики, чтобы понимать, насколько устройство будет соответствовать ожиданиям.
10.2. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОСВЯЗИ
10.2. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОСВЯЗИ
Можно указать целый комплекс факторов, влияющих на дальность и надежность связи в Си-Би диапазоне.
В первую очередь дальность связи, как и в телевидении, определяется максимальным расстоянием прямой видимости (рис. 10.1), которое зависит
Рис. 10.1. К вопросу о дальности радиосвязи
от высоты расположения передающей и приемной антенн над поверхностью Земли:
В связи с тем, что длина волны в Си-Би диапазоне почти вдвое больше, чем в длинноволновом участке телевизионного диапазона, заметнее
сказываются явления дифракции и тропосферной рефракции, благодаря чему зона радиовидимости простирается несколько дальше:
Так, при установке передающей антенны на крыше 9-этажного дома
Трудно переоценить влияние на дальность связи марки кабеля, которым радиостанция соединяется с антенной. Основным фактором здесь является удельное затухание, которое для разных марок кабеля различно. Опытные радиолюбители предпочитают кабель с наименьшим удельным затуханием, что особенно важно при его длине в десятки метров. Аппаратура Си-Би обычно выпускается для работы на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Для 50-омных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией удельное затухание на частоте 27 МГц можно оценить с помощью табл. 10.5
Таблица 10.5 Удельвое затухание кабеля на частоте 27 МГц
При покупке кабеля для радиостанции часто не известна его марка, однако, приведенная таблица позволяет оценить его удельное затухание, а волновое сопротивление можно определить, разделив диаметр внутренней изоляции на диаметр центральной жилы так, как рекомендуется в разделе 2. 2.
Наконец, дальность связи зависит от вида используемой модуляции. Обычный модулированный сигнал содержит несущую частоту и две боковые полосы. Несущая частота не несет никакой информации о передаваемом сообщении, которая распределена поровну между двумя боковыми полосами. Поэтому излучаемая передатчиком мощность бесполезно тратится на излучение несущей частоты, а наличие двух боковых полос соответствует избыточности информации. Если в передатчике подавить несущую частоту и одну боковую полосу, в другой можно сосредоточить всю разрешенную мощность. Кроме того, для приема одной боковой полосы частот можно вдвое сузить полосу пропускания приемника, что сопровождается уменьшением уровня его собственных шумов и улучшением чувствительности. При однополосной модуляции (SSB) эффективная излучаемая мощность возрастает на 9 дБ, т. е. в 8 раз. Таким образом, однополосный передатчик мощностью 4 Вт эквивалентен двухполосному с несущей мощностью 32 Вт. Дальность уверенной связи при работе SSB возрастает на 50-75 %.
Кроме упомянутых факторов нельзя недооценивать значение согласования антенны с фидером и фидера с радиостанцией. При идеальном согласовании вся энергия передатчика передается фидером в антенну и вся принятая антенной энергия сигнала передается фидером на вход приемника. Для согласования волновое сопротивление фидера должно быть равно входным сопротивлениям антенны и радиостанции. При рассогласовании часть энергии передатчика отражается от фидера, а та часть, которая поступает в фидер, отражается от антенны. В режиме приема часть энергии сигнала, принятого антенной, отражается от фидера, а та часть, которая поступает в фидер, отражается от радиостанции. В фидере помимо прямой волны возникает отраженная, вместо «бегущей волны» возникает «стоячая волна». Степень рассогласования количественно характеризуется либо коэффициентом стоячей волны КСВ, либо коэффициентом бегущей волны КБВ, произведение которых равно единице. Чем лучше согласование, тем меньше КСВ и больше КБВ. Признаком идеального согласования является равенство КСВ=КБВ=1, хотя при КСВ
Какая дальность связи?
Во-первых, это острота слуха второго абонента.
Во-вторых, это помеховая обстановка (попробуйте, например, во время футбольного матча, когда забили гол, докричаться хотя бы до соседа).
В-третьих, это окружающие предметы, которые могут либо препятствовать, либо благоприятствовать связи. Бесполезно кричать из закрытого пространства, но очень хорошие результаты получаются, если кричать в один конец трубы (communication tube), а слушать с другого конца.
В-четвертых, неплохо бы кричать направленно, сложив ладони у рта, да и слушать при этом, приложив ладонь к уху. Вот только если не знаешь точно, где находится абонент, приходится вертеться волчком, регулярно повторяя «Ау». С радиосвязью дела обстоят еще хуже. Применяется она, как правило, там, где докричаться уже невозможно, а на таких расстояниях уже начинают проявлять себя искривление земной поверхности, солнечная активность, атмосферные явления, рельеф местности, а в городах еще и железобетонные здания и промышленные помехи.
Обсудим все возможные варианты, хотя некоторые из них до слез банальны.
Первое: изменить местоположение. Если нет связи (или не устраивает качество связи) в данном конкретном месте, то она может появиться в дюжине шагов слева. По возможности располагайтесь на возвышенных местах, не рекомендуется выбирать место связи перед плотной стеной леса, перед скалой, внутри железобетонных зданий, металлических помещений и средств передвижения (вагон поезда), а также вблизи источников электромагнитного излучения (ЛЭП, компьютеры и др.).
Второе: подождать. Если местоположение изменить нельзя (например, вы в гордом одиночестве сидите на льдине, медленно дрейфующей к Северному полюсу), то связь может появиться через полчаса. За это время может измениться состояние слоёв атмосферы или северное сияние пробьёт прямой радиоканал до Вашей дачи в Подмосковье.
Четвертое: если поблизости нет высотных зданий, на которых можно смонтировать антенну, на запуск спутника не хватает трёх рублей, или всё это не помогло, то увеличьте мощность передатчика (чем громче крикнешь. ). Для этого существуют устройства, которые так и называются: усилители мощности. По теории увеличение дальности примерно кратно корню четвёртой степени от увеличения мощности передатчика, то есть, увеличив мощность в 16 раз, увеличим дальность в два раза. Но этот теоретический расчет верен при отсутствии сильных электромагнитных помех. При работе в индустриальном городе увеличение мощности сильнее влияет на изменение дальности, но заблуждаться по поводу «самой мощной рации» не стоит: радиостанции с одинаковой мощностью могут отличаться по дальности в десятки раз (мощность далеко не самый важный параметр – гораздо важнее эффективность антенны, чувствительность и избирательность приёмника…)
Основные факторы, влияющие на дальность и качество связи:
Б) Избирательность. Чем выше численное значение (в дБ), тем лучше помехозащищённость радиостанции, следовательно, больше дальность связи при наличии электромагнитных помех. Схема с двумя преобразованиями частоты обеспечивает существенно более высокую реальную избирательность, чем с 1 ПЧ.
У лучших моделей импортных Си-Би радиостанций избирательность по побочным каналам достигает 60-65 дБ.
Такая разница в резонансных усилениях приводит к различию в дальности примерно на 20-30%. Применение более эффективных (телескопических, автомобильных, стационарных) антенн существенно увеличит дальность действия.
В «идеальных» условиях условиях (прямая видимость, отсутствие помех, отражений и т.д) дальность пропорциональна корню квадратному из мощности.
Поэтому, если Вы работаете в условиях слабых помех или при их почти полном отсутствии (загород), не тратьте зря деньги – используйте станции с обычной (не более 4 Вт) мощностью. При этом расход источников питания в режиме передачи также будет меньше, что важно в условиях похода или когда подзарядка аккумуляторов затруднительна.
Если же станция эксплуатируется в условиях сильных индустриальных помех (город), то увеличение мощности позволяет превысить уровень помех и увеличить дальность связи, либо осуществить связь, ранее невозможную. Также важна мощность при использовании раций в условиях плотного леса и пересечённой местности. В этих случаях расходы, связанные с увеличением мощности, оправданы и приводят к положительным результатам.
Рации производства КБ Беркут могут работать с сигналом гораздо более слабым (в 8-10 раз), чем необходим для работы лучших импортных Си-Би (27 МГц) радиостанций.
Е) Экономичность радиостанции. К сожалению, на это редко обращают внимание при покупке. Зато потом часто испытывают определённые разочарования, погнавшись за «самой мощной рацией». Экономичность, безусловно, важнейший параметр портативных радиостанций. Так, в режиме 90/5/5 (ожидание/приём с максимальной громкостью/передача с максимальной мощностью) комплекта аккумуляторов ёмкостью 1000 мАч хватает у раций «Егерь-3М» на 24 часа работы, а у лучшей среди импортных портативок диапазона 27 МГц «Maycom SH-27» акб 1000 мАч хватает на 8 часов.
Ж) Надёжность в работе: ударо-, пыле-, водостойкости, температурный режим работы. Проведённые испытания показывают, что радиостанции «КБ Беркут» работают в любых температурных и погодных условиях (разрабатывались в расчёте на наши морозы), благодаря исключительно малому весу и прочному брызгозащищённому корпусу хорошо зарекомендовали себя при работе в самых тяжёлых условиях. Импортные Си-Би рации в морозы сильнее 10-15 градусов С не работают, при попадании внутрь воды выходят из строя, ударов не переносят.
Сравнение рации «Егерь-80М» с «обычной» импортной портативной рацией диапазона 27 МГц (этот диапазон частот в связи с условиями распространения радиоволн обеспечивает наибольшую дальность связи в условиях леса, пересечённой местности, гор, рек, озёр) и с рациями других диапазонов частот:
Как увеличить зону переносных раций с компактными антеннами до нескольких десятков км?
Для увеличения зоны радиосвязи портативных раций с компактными антеннами можно применить установленную с высоко поднятой стационарной антенной базовую радиостанцию с функцией репитера (принимает, записывает и ретранслирует сигнал).