Emisor de ondas ultra cortas (UKW) de tamaño pequeño

Puedo darte algunos consejos sobre si esto podría ser práctico.

Se acepta generalmente que la potencia necesaria a la temperatura ambiente para recibir datos adecuadamente es de -154 dBm + 10 log \ $ _ {10} \ $ (tasa de datos). Por lo tanto, si su tasa de datos es de 1 bit (s) por segundo, un receptor debería poder funcionar con una potencia de entrada de la antena de -154 dBm. Si la velocidad de datos fuera de 10 bits por segundo, la potencia necesaria sería de -144 dBm.

Sin embargo, esto no es una transmisión sin obstáculos a través del espacio libre, por lo que una regla general es volver a agregar otros 30 dB de potencia, por lo que podría alejarse (la mayor parte del tiempo) con aproximadamente -124 dBm.

Por supuesto, debe diseñar el receptor de modo que tenga un filtro de paso de banda bastante sustancial y una velocidad de datos de 1 bit por segundo requeriría un filtro de 1 Hz como regla general. Por supuesto, esto significa que su transmisor tiene que transmitir una portadora que es sustancialmente mejor que 1 Hz de precisión o el sistema simplemente no funcionará.

Entonces, diseña un filtro de paso de banda de recepción que sea lo suficientemente ancho para cubrir la deriva del transmisor y esto podría significar que el ancho de banda más amplio acepta mucha más interferencia de ruido. Aquí es donde la fórmula que escribí arriba entra en juego. Es una fórmula empírica que asume que realiza un buen filtrado en su receptor y que la portadora de transmisión permanece sustancialmente dentro del rango de ese filtro de recepción.

De manera realista, está buscando trabajar con una potencia que podría ser de aproximadamente -110 dBm para obtener buenos datos.

Hay otra fórmula inventada por Harald Friis que describe cómo se reduce la potencia con la distancia y también aporta en la frecuencia de transmisión: -

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

Donde f es MHz y d es kilómetros.

Entonces, a 170 MHz, la atenuación en una distancia de 100 km es de 32.45 dB + 44.6 dB + 40 dB = 117 dB. Hay otra suposición aquí; las antenas utilizadas son no direccionales y, en muchas situaciones prácticas, se pueden usar antenas un tanto direccionales.

Respuesta modificada debido a un error matemático

Por lo tanto, podría obtener una pérdida de aproximadamente 113 dB con una antena dipolo y esto significa que necesita transmitir -110 dBm + 113 dB = 3 dBm o 2 mW. Esto es factible desde una batería pequeña y ciertamente es factible con un módulo de 5 cm x 5 cm.

Sin embargo, en las frecuencias de VHF, no se obtienen reflexiones de la ionosfera, por lo que necesita una comunicación de línea de sitio y esto significa que el montaje de la antena de transmisión y la antena de recepción es muy alto. Por ejemplo, utilizando la calculadora ESTA necesitaría 150 metros de altura en ambos extremos para obtener la línea de visión.

No obtendrá 100 km con VHF (el término en inglés para UKW). En estas frecuencias, la ola recorre casi completamente la línea de visión. Por lo tanto, la curvatura de la Tierra bloqueará su señal a estas distancias.

Un CR2032 durará 10 años, no hay problema. Incluso debería poder alimentar un microcontrolador para hacer algunas mediciones de vez en cuando. Pero esto significa que tienes que mantener todas las fugas actuales bajo control. Es decir. tiene que mantener el consumo de corriente promedio a menos de 2µA. Y eso aún no cuenta para la autodescarga. Incluso si su propio circuito utiliza menos de 500 nA en promedio (y eso no es un trivial de lograr), y asumimos que puede transmitir lo que quiera dentro de 1 segundo una vez por día que aún lo dejará con 100 mA disponibles para realizar la transmisión. (Aún sin tener en cuenta la autodescarga y no la ESR de la batería o la capacidad reducida debido a la alta corriente de salida).

Con estos bajos niveles de energía, no veo cómo debería ser posible emitir suficiente energía de RF para cubrir más de unos 100 m o quizás 1-2 km. E incluso eso requeriría un sofisticado protocolo de comunicación que haga uso de todo tipo de trucos para ahorrar energía en el lado del transmisor.

En distancias más bajas, es decir, dentro de unos 10 m, esto se puede lograr. Hay conjuntos de chips de radio de baja potencia BTLE y sub-GHz que están diseñados para este tipo de aplicaciones. Aunque no estoy seguro de si realmente llegan a 10y en un CR2032, ya que nunca he hecho mediciones a largo plazo con esos.

El tamaño de la PCB suena bien. He hecho wifi completo ARM9 + en tablas de 2x2cm. Con unos cuantos trucos puedes llegar incluso más pequeño que eso.