¿Qué se necesita para construir un transmisor de RF de 2 km (433 Mhz) de DIY (condiciones de la ciudad)?

La ecuación de transmisión Friis suele ser un buen comienzo. En forma de dB, la pérdida de potencia entre las antenas de transmisión y recepción isotrópicas en el espacio libre es: -

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

Donde f está en MHz y d está en kilómetros. Esta ecuación le indica cuántos dB de pérdida de potencia puede esperar a una distancia determinada con una frecuencia portadora determinada.

A 433 MHz y 2 km, la pérdida es de 32.45 dB + 52.7 dB + 6.02 dB = 91.2 dB.

Pero esto es en el espacio libre (el entorno perfecto) y en una ciudad, podría agregar fácilmente otros 40dB a las pérdidas, lo que lo llevará a aproximadamente 131 dB de pérdidas.

¿Qué necesita el receptor?

La potencia del receptor requerida (a temperaturas ambientales) es de -154 dBm + 10 \ $ log_ {10} \ $ (Velocidad de datos) dBm.

Esto generalmente se acepta como una buena regla general para BER decentes. Entonces, si su tasa de datos es de 100 bits por segundo, la sensibilidad del receptor debe ser de -134 dBm.

Dado que su pérdida de transmisión será de aproximadamente 131 dB, puede estimar su potencia de transmisión en -3 dBm. Eso es 0.5 mW en números reales para tener un éxito razonable en la entrega de 100 bits por segundo en 2 km de entorno tipo ciudad.

Si usa antenas dipolo, obtendrá aproximadamente 1.7 dB de ganancia porque, a diferencia de la antena isotrópica teórica (que transmite la potencia por igual en todas las direcciones), el dipolo solo transmite perpendicularmente al aumento de la antena. Por lo tanto, claramente se emite más energía en esta dirección para que pueda utilizar el concepto de ganancia de antena para mejorar la transmisión.

  

¿Estoy usando la frecuencia correcta o hay otras opciones?

Bajar es mejor en términos de espacio libre (examine la fórmula) pero en la ciudad no iría a menos de 80 MHz porque la penetración entre y alrededor de los edificios puede ser problemática. Piense en la radio AM de 1 MHz mientras conduce por un túnel - muere de inmediato, mientras que la banda de FM estándar de unos 100 MHz va mucho más allá - es una cuestión de longitud de onda. ¡La longitud de onda más grande no encaja en el agujero tan fácilmente!

  

¿Qué tan grande será la antena del transmisor si todo lo anterior es   alcanzable?

Utilice un dipolo de cuarto de onda; la longitud a 300 MHz es de 25 cm. A 433 MHz es de unos 17 cm. Las frecuencias más bajas requieren antenas proporcionalmente más largas.

El gran problema con lo que estás tratando de lograr es que cada hombre y su perro probablemente usarán 433 MHz y en una distancia de 2 km, esto puede causar una interferencia muy grave, así que inmediatamente querría mejorar. Mis posibilidades de transmisión aumentan la potencia de salida en 30 dB (lo que sería aproximadamente 500 mW de potencia de salida) o el uso de antenas direccionales como yagis.

Creo que tienes suficiente información en esta respuesta para comenzar a descubrir cosas ahora.

En la mayoría de los casos, algo que transmita suficiente potencia para ser recogido a 2 km de distancia requerirá una licencia. No proporciona la información más importante sobre dónde se encuentra, pero aquí en los EE. UU. Posiblemente pueda hacer esto con CB, alrededor de 27 MHz. Eso es lo que usan los "walkie talkies". Antes se podía apagar hasta 5 W, pero, por supuesto, había varias reglas que seguir y la señal tenía que ser una voz normal. En cierto modo recuerdo que CB ha sufrido algunos cambios legales en los 40 años desde la última vez que lo vi. No sé si todavía está disponible, o cuáles serían las restricciones si lo estuviera.

La banda ISM a 434 MHz no requiere una licencia con restricciones de encendido y ciclo de trabajo para operaciones desatendidas. Hay otras bandas ISM que están libres de licencia, pero nuevamente, el poder estará severamente restringido. Esto es lo que utilizan los dispositivos como los abridores de puertas de garaje. Solo están diseñados para trabajar hasta unos pocos 10 metros.

Otro problema es que a menudo se trata de bandas militares que el público puede usar bajo su propio riesgo y con poco poder. Hubo un caso en Carolina del Norte (?) Donde un grupo de abridores de puertas de garaje dejó de funcionar porque una base militar cercana estaba usando el espacio de frecuencia.

Deténgase y, de hecho, piense sobre lo que está pidiendo. Si todos pudieran construir transmisores lo suficientemente potentes para alcanzar los 2 km, tendríamos un desastre. Si todos tus vecinos hicieran lo mismo que intentas hacer, ninguno de ustedes tendría algo útil. Esta es exactamente la razón por la que existen regulaciones sobre el uso del espectro de RF.

En mi opinión como entusiasta de Arduino, usaría un Xbee con un Arduino para construir un prototipo funcional. La línea Xbee se comunicará dentro de un rango de hasta 40 km en la banda de 900 MHz, según el modelo específico.

Para ver la guía en la que Xbee trabajará para usted, consulte aquí

Puede consultar con su autoridad sobre su gestión de esta banda, pero una mirada rápida en Wiki muestra que esta banda está asignada a aficionados en varios países.

Puedes construir fácilmente un prototipo rápido usando un Xbee de elección con un Arduino (UNO, por ejemplo). Cuando funciona como se espera, puede reducir el tamaño del producto utilizando un Arduino Mini, o hacerlo aún más pequeño utilizando un Arduino independiente (solo Google "Arduino independiente").