Was wird benötigt, um einen selbstgebauten 2 km (Stadtbedingungen) HF-Sender (433 MHz) zu bauen?

Die Friis -Übertragungsgleichung ist normalerweise ein guter Anfang. In dB-Form beträgt der Leistungsverlust zwischen isotropen Sende- und Empfangsantennen im freien Raum: -

Verlust (dB) = 32,45 + 20$log_{10}$(f) + 20$log_{10}$(d)

Wobei f in MHz und d in Kilometern steht. Diese Gleichung sagt Ihnen, wie viel dB Leistungsverlust Sie in einer bestimmten Entfernung mit einer bestimmten Trägerfrequenz erwarten können.

Bei 433 MHz und 2 km beträgt der Verlust 32,45 dB + 52,7 dB + 6,02 dB = 91,2 dB.

Aber das ist im freien Raum (die perfekte Umgebung) und in einer Stadt könnten Sie leicht weitere 40 dB zu den Verlusten hinzufügen, was Sie zu etwa 131 dB Verlusten bringt.

Was braucht der Empfänger?

Die erforderliche Empfängerleistung (bei Umgebungstemperatur) beträgt -154 dBm + 10$log_{10}$(Datenrate) dBm.

Dies wird allgemein als gute Faustregel für anständige BERs akzeptiert. Wenn Ihre Datenrate also 100 Bit pro Sekunde beträgt, muss die Empfängerempfindlichkeit -134 dBm betragen.

Da Ihr Übertragungsverlust etwa 131 dB betragen wird, können Sie Ihre Sendeleistung auf -3 dBm schätzen. Das sind 0,5 mW in realen Zahlen, um einen angemessenen Erfolg bei der Bereitstellung von 100 Bit pro Sekunde über 2 km einer stadtähnlichen Umgebung zu erzielen.

Wenn Sie Dipolantennen verwenden, erhalten Sie etwa 1,7 dB Gewinn, da der Dipol im Gegensatz zur theoretischen isotropen Antenne (die Leistung in alle Richtungen gleichmäßig überträgt) nur senkrecht zum Anstieg der Antenne sendet. In diese Richtung wird also deutlich mehr Leistung abgestrahlt, so dass man das Konzept des Antennengewinns zur Verbesserung der Übertragung nutzen kann.

Nutze ich die richtige Frequenz oder gibt es andere Möglichkeiten?

Niedriger ist besser in Bezug auf freien Speicherplatz (siehe Formel), aber in der Stadt würde ich nicht niedriger als 80 MHz gehen, da die Durchdringung zwischen und um Gebäude herum problematisch sein kann - denken Sie an 1 MHz AM-Radio, wenn Sie in einen Tunnel fahren - es stirbt sofort, während das Standard-FM-Band von etwa 100 MHz viel weiter geht - es ist eine Wellenlängensache. Die größere Wellenlänge passt nicht so einfach in das Loch!

Wie groß wird die Sendeantenne sein, wenn alle oben genannten Punkte erreichbar sind?

Verwenden Sie einen Viertelwellendipol - die Länge bei 300 MHz beträgt 25 cm. Bei 433 MHz sind es etwa 17 cm. Niedrigere Frequenzen erfordern proportional längere Antennen.

Das große Problem mit dem, was Sie zu erreichen versuchen, ist, dass jeder Mann und sein Hund wahrscheinlich 433 MHz verwenden werden und dies über eine Entfernung von 2 km zu einer megaschweren Störung führen kann, sodass ich sofort meine Übertragungschancen verbessern möchte B. durch Anheben der Ausgangsleistung um 30 dB (das wären etwa 500 mW Ausgangsleistung) oder Verwendung von Richtantennen wie Yagis.

Ich denke, Sie haben genug Informationen in dieser Antwort, um jetzt damit anzufangen, Dinge herauszufinden.

Etwas, das genug Energie überträgt, um in 2 km Entfernung abgeholt zu werden, erfordert in den meisten Fällen eine Lizenz. Sie liefern nicht die alles entscheidende Information darüber, wo Sie sich befinden, aber hier in den USA könnten Sie dies möglicherweise mit CB tun, um 27 MHz herum. Das ist, was altmodische "Walkie-Talkies" verwenden. Früher konnte man bis zu 5 W ausgeben, aber natürlich mussten verschiedene Regeln befolgt werden, und das Signal musste eine normale Stimme sein. Ich erinnere mich irgendwie, dass CB in den 40 Jahren, seit ich mir das letzte Mal angesehen habe, einige rechtliche Änderungen erfahren hat. Ich weiß nicht, ob es noch verfügbar ist oder welche Einschränkungen es geben könnte, wenn dies der Fall ist.

Das ISM-Band bei 434 MHz erfordert keine Lizenz mit Einschränkungen hinsichtlich Leistung und Einschaltdauer für den unbeaufsichtigten Betrieb. Es gibt andere ISM-Bänder, die lizenzfrei sind, aber auch hier wird die Leistung stark eingeschränkt sein. Dies ist, was Geräte wie Garagentoröffner verwenden. Sie sollen nur bis zu einigen 10s von Metern funktionieren.

Ein weiteres Problem ist, dass es sich oft tatsächlich um Militärkapellen handelt, die die Öffentlichkeit auf eigenes Risiko und mit geringer Leistung verwenden kann. Es gab einen Fall in North Carolina (?), wo ein paar Garagentoröffner nicht mehr funktionierten, weil eine nahe gelegene Militärbasis den Frequenzraum benutzte.

Halten Sie inne und denken Sie wirklich darüber nach, worum Sie bitten. Wenn jeder Sender bauen könnte, die stark genug sind, um 2 km zu erreichen, dann hätten wir ein Durcheinander. Wenn alle Ihre Nachbarn dasselbe tun würden, was Sie versuchen, hätte keiner von Ihnen etwas Nützliches. Genau aus diesem Grund gibt es Vorschriften zur Nutzung des HF-Spektrums.

Meiner Meinung nach als Arduino-Enthusiast würde ich ein Xbee mit einem Arduino verwenden, um einen funktionierenden Prototyp zu bauen. Die Xbee-Leitung kommuniziert je nach Modell innerhalb einer Reichweite von bis zu 40 km auf dem 900-MHz-Band.

Eine Anleitung, welches Xbee für Sie geeignet ist, finden Sie hier

Sie können sich bei Ihrer Behörde über deren Verwaltung dieser Band erkundigen, aber ein kurzer Blick auf Wiki zeigt, dass diese Band Amateuren in einer Reihe von Ländern zugewiesen ist.

Sie können ganz einfach einen schnellen Prototyp mit einem Xbee Ihrer Wahl mit einem Arduino (z. B. UNO) erstellen. Wenn es wie erwartet funktioniert, können Sie die Größe des Produkts verkleinern, indem Sie ein Arduino Mini verwenden, oder es noch kleiner machen, indem Sie ein eigenständiges Arduino verwenden (nur Google "eigenständiges Arduino").