Comunicación de globo de gran altitud

Lo que necesita es un presupuesto del enlace . Las especificaciones que usted suministra dicen que la potencia de transmisión máxima es de 25 dBm, y la sensibilidad del receptor es de -112 dBm. Esto significa que usted puede permitirse, en el mejor de los casos:

$$ 25 \: \ mathrm {dBm} - (-112 \: \ mathrm {dBm}) = 137 \: \ mathrm {dB} \ text {of loss} $$

Por supuesto, querrás dejar un margen saludable para la robustez, pero te da algunos límites.

El cálculo de la pérdida se simplifica enormemente para un globo, ya que podemos asumir razonablemente una línea de visión clara. Las condiciones atmosféricas (niebla, lluvia, etc.) pueden aumentar la pérdida, y es posible que deba competir contra el ruido de otras radios en la misma frecuencia, pero para eso es el margen.

La pérdida más obvia es la debida a la distancia entre las antenas. Esto se denomina pérdida de ruta de espacio libre , y podemos calcular esta pérdida, en decibelios, como:

$$ 20 \ log_ {10} (d) + 20 \ log_ {10} (f) + 32.45 $$

Donde:

• \ $ d \ $ es la distancia, en kilómetros
• \ $ f \ $ es la frecuencia, en megahertz

Entonces, para su distancia especificada de 30 km y una frecuencia de 868 MHz:

$$ 20 \ log_ {10} (30) + 20 \ log_ {10} (868) + 32.45 = 120.76 \: \ mathrm {dB} $$

Esta pérdida (121 dB) es menor que la pérdida máxima en función de la potencia de transmisión y la sensibilidad por encima de (137 dB), por lo que en teoría, el enlace debería funcionar, incluso con una antena isotrópica .

De hecho, tiene un margen de \ $ 137 - 121 = 16 \: \ mathrm {dB} \ $. Cualquier ganancia que tengan sus antenas va a aumentar este margen. No importa si agrega ganancia de antena en el receptor, el transmisor o ambos. Debido a la reciprocidad de , cualquier ganancia en el sistema ayuda de la misma manera. Un margen adicional también puede permitir que los transmisores operen a una potencia más baja, lo que aumentará la vida útil de la batería, si eso es un problema.

Hay otra fuente de pérdida que puede no ser obvia: pérdida de polarización . Como el globo gira, no sabes cuál será su orientación. Las comunicaciones por satélite tienen el mismo problema, y la solución canónica es polarización circular .

Como no necesita mucha ganancia (y, de hecho, demasiada ganancia hará que sea difícil apuntar las antenas), un la antena de torniquete puede ser una buena opción. Es circularmente polarizado y fácil de construir. Agregar un conjunto de reflectores como en la primera imagen de ese artículo de Wikipedia podría no ser una mala idea para la antena de tierra, solo por un margen adicional:

Estaantenatambiénpodríadescribirsecomodosantenas Yagi cruzadas en el mismo brazo y alimentadas en cuadratura, por lo que para calcular la geometría de los elementos de la antena, puede utilizar los diseños Yagi existentes. Si busca antenas Yagi para la comunicación por satélite, debería encontrar amplia información.

El problema que tendrá en cualquier antena de alta ganancia es la pérdida de diversidad espacial. Simplemente, a mayor ganancia, mejor será el rastreo. El lado de las cosas transmitido por el globo dicta que probablemente no pueda haber ningún seguimiento allí simplemente por el peso, la potencia y la complejidad. Sin embargo, tenga en cuenta que no es necesario que esté transmitiendo hacia arriba, por lo que una antena con solo un componente hacia adelante (hacia abajo) le dará una buena compensación entre la ganancia de la antena y la diversidad espacial, realmente no hay compensación allí. Si tiene una buena idea de las condiciones del viento (es decir, la predicción de la distancia de recorrido del viento) que son típicas y la altura que pretende alcanzar, es posible que pueda restringir aún más la direccionalidad de su antena y no tenga que seguir la pista.

Una buena antena direccional como un YAGI con seguimiento en la estación base suena como la idea correcta. Especialmente si es móvil y puedes moverte para estar más cerca.

Si va a transmitir a 20-30 km de la antena, sugeriría usar una antena omnidireccional en el globo. No puede tener una antena direccional apuntando hacia abajo, y si intenta montarla en un ángulo, no podrá controlar la dirección ya que el globo puede girar en cualquier dirección.

Aunque parece que cuanto más larga sea la antena, mejor, en realidad, una antena monopolar de "látigo" monopolo de longitud de onda de 1/4 (86 mm a 868 MHz) es la mejor opción para usted. Para otras longitudes, como 1/2 o 5/8 de longitud de onda, habrá un componente reactivo en el punto de alimentación que requiere una carga adicional para que coincida con 50 ohmios.

La ventaja de las antenas monopolares es que su patrón de radiación es uniforme en todas las direcciones, a diferencia de, por ejemplo, una antena dipolo (que típicamente es 1/2 longitud de onda) que tiene patrones de radiación concentrados en dos lóbulos.

Las antenas de látigo están diseñadas para montarse sobre (o debajo, en su caso) un plano de tierra, como el techo de una tarjeta, y no hay radiación debajo (arriba) de este plano de tierra. Finge que el auto de abajo es tu globo.

Porlotanto,debeproporcionarunplanodetierraounpseudoplanodetierrautilizandoelementosadicionalesqueseinclinanhaciaabajodesdelaantena,comosemuestraacontinuaciónaladerecha.Enrealidad,soncuatro,losdosperpendicularesalosotrosnosemuestran.Puedensercualquiermaterialrígido;perchasharíanbien.Estosotroselementostienenlamismalongitud,1/4delongituddeonda,quelaantena.Elplanodetierrametálicodebajodelaantenaalaizquierdaeseltechodeunautomóvil.

Entuestaciónbase,usaríaunaantenadireccionalcomounYagi,yaquepuedescontrolarladirecciónconprecisión.

He utilizado con éxito esta disposición para recibir datos a 920 MHz desde un transmisor en un globo que vuela a 70,000 pies y 240 millas de distancia de mi estación base (un camión), usando una antena de látigo en ambos extremos.