No sé cómo elegir una antena adecuada

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Necesito elegir una antena para una comunicación de espacio libre de largo alcance (~ 10 km), y actualmente tengo una antena receptora, pero no entiendo lo suficiente como para poder elegir un emisor adecuado.

El receptor es una antena de 900 MHz, con una ganancia de 14dBi. Aprendí sobre la ecuación de Friis, pero hay algunas cosas que no entiendo.

  1. Por supuesto, si aumenta la potencia eléctrica en su emisor, la señal será más fuerte, pero ¿existe un vínculo directo entre esos dos valores o es diferente para cada antena?

  2. Con esta fórmula, puede calcular cuál será la potencia teórica de la señal recibida, pero ¿cuál es el mínimo requerido para tener una transmisión correcta?

Gracias

    
pregunta Ludonope

2 respuestas

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Lo que está buscando es crear un "presupuesto de enlace". Aquí hay una calculadora. Primero considere la potencia de transmisión y la sensibilidad del receptor de su sistema. Entonces averigua todas tus pérdidas. Si su fuerza de transmisión + pérdidas > recibir sensibilidad, entonces el sistema debería funcionar.

Tendrá al menos 111dB de pérdida de espacio libre. calculadora. También presupuestaría algo así como un margen de 30dB debido a la pérdida de múltiples trayectorias, la oclusión, etc. El clima podría convertirse en un factor importante e impedir que su sistema funcione también si está todo fuera.

Ahora su antena de receptor tiene una ganancia de 14dBi, por lo que, si se apunta correctamente, necesitará un receptor que sea al menos sensible a -127dBm (-111dB - 30dB + 14dB). Si tiene una antena de transmisión con ganancia, o un transmisor con una potencia superior a 0dBm, entonces puede relajar ese requisito.

Normalmente, las configuraciones de RF ya están en dB para la potencia de transmisión, pero en general la relación es la relación de registro para la potencia. Una duplicación de la potencia aumentará la potencia de la señal en 3dB. Un aumento de potencia de 10x, le proporciona un aumento de potencia de 10dB, etc.

Para diseñar el sistema, debe elegir el transmisor, el receptor, la antena transmisora y la antena receptora al mismo tiempo. Elegir uno sin el otro no tiene mucho sentido.

Este documento también puede ser una buena lectura.

También dBi, dBm, dB, etc. pueden confundirse, así que this es una lectura que vale la pena también.

    
respondido por el Gonzik007
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¿Qué tal si trabajamos con este diseño de enlaces de otra manera?

Supongamos que el receptor es alto, por lo que no hay rutas múltiples.

Suponga que la potencia radiada, a través de un látigo vertical (8 cm de largo) a 900 MHz, es de solo 1 microwatt (-30 dBm [dB milivatios], o la energía de un auto de juguete que responde al controlador humano). p>

¿Podemos proporcionar 100 bits por segundo, desde el transmisor de 1uW hasta el receptor, más de 10 km?

Permite ejecutar algunos números

-174dBm / Hz el piso de ruido aleatorio Boltsmann / Nyuist / Johnson

Aumento de +20 dB en el ruido del sistema, con un ancho de banda de 100Hz

Relación de ruido de señal de +20 dB que proporciona esencialmente NO                    Errores de bits

cifra de ruido del receptor fácil de +4 dB a 900MHz

+0 dB multipath, lluvia, pérdidas de follaje

-6 dB beneficio de hacer coincidir la antena RX en LNA

Transmisores cercanos a +6 dB, receptor de 900 MHz desensing

========================================

-174 + 20 + 20 + 4 -6 +6 = -174 + 44 = -130dBm, que a través de 50 ohmios es [(-120dBm = 0.623 microVolts PP) / sqrt (10)] == > 0.20uVpp.

Ahora suponga que su TX produce 1uW (-60dBW, -30 dBm o dBmW) en una antena de 8 cm con látigo vertical de ganancia cero.

¿Qué rango podemos esperar? RX necesita -130, TX produce -30.

Su antena produce una ganancia de 14dB, por lo que hay cierta formación de haz y la región sensible es 360 grados / 2 ^ (14/3) o 360/20 o aproximadamente 18 grados de campo de visión. Asumiremos que toda esta formación de haz está en el eje horizontal.

Nuestro enlace tiene 130 - 30 + 14 = 114dB.

La pérdida de ruta es

22dB + 10 * log10 (distancia distancia / longitud de onda longitud de onda)

Tenemos aproximadamente 92 dB para gastar en la distancia entre TX y RX.

Divida 90 por 2 (para manejar la D ^ 2 / W ^ 2) y obtenga 45.

Descarta el 5 (da más margen), y tienes 40, lo que indica solo 10 ^ 40/10 = 10,000 longitudes de onda; a 1/3 metro de longitud de onda, Tienes 3,333 metros de distancia de comunicación. O alrededor de 2 millas. Con mucho margen, si su antena RX está en lo alto.

¿Qué significa esto? a 900MHz, puede realizar una señal lenta durante varias millas, utilizando una potencia muy baja, tal vez generada a partir de un simple XTAL osc y un prescalar de 90: 1 y un PhaseLockLoop.

¿Puede enviar 100 bits / segundo a más de 10,000 metros? No sin más potencia o algo de ganancia de antena de TX O usando la codificación (Corrección de errores) de los datos para que la SNR pueda reducirse drásticamente.

Necesitamos alrededor de 3 veces más rango; dado que el rango 4X más costará 6 + 6 = 12dB, el 3 * 3 costará 10dB. La codificación debería permitirle bajar la SNR de 20dB a 10dB. La codificación estándar de Viterbi (fácil de decir, difícil de hacer) proporcionará esto.

La diversión proviene de la señal de banda estrecha: solo 100 Hertz, por lo tanto, el receptor y el transmisor deben rastrearse entre sí dentro de 10Hertz. o 1 parte en 90,000,000. O, como lo hace la NASA al adquirir señales de una transmisión de satélite de banda estrecha: barrer lentamente la región de frecuencia alrededor de la portadora de transmisión esperada.

Y el ruido de fase de TX y RX se convierte en un gran negocio, que requiere habilidad, dinero, complejidad y una fuente de energía.

    
respondido por el analogsystemsrf

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