Điều gì sẽ cần để xây dựng một máy phát RF 2km (điều kiện thành phố) DIY (433Mhz)?

Đây là câu hỏi đầu tiên của tôi trên trang web này. Tôi không phải là một kỹ sư điện tử / điện tử vì vậy hãy tha thứ cho kiến ​​thức chuyên sâu của tôi.

Tôi đang cố gắng xây dựng một máy phát / thu RF. Đây là những mục tiêu cuối cùng của tôi:

• một văn bản (byte) truyền. (Không cần giọng nói)
• Phạm vi 1,5 - 2km (Đường ngắm độc lập, trong điều kiện thành phố)
• ăng ten càng ngắn càng tốt
• càng nhỏ mạch càng tốt
• sử dụng phổ không có giấy phép

sau khi đọc một chút tôi đã tìm ra 433Mhz là một trong những mục đích được sử dụng nhiều nhất cho các mục đích như vậy nhưng tôi không chắc liệu nó có kiểm tra tất cả các điều kiện trên không.

Hỏi:

1. Tôi đang sử dụng đúng tần số hay có những lựa chọn khác?

2. Cần bao nhiêu pin để gửi tín hiệu lên tới 2 km? Nó thậm chí có thể phát sóng đến đó? Tôi ổn nếu toàn bộ pin bị cạn trong 1 hoặc 2 lần truyền (đừng hỏi tại sao :)) nhưng pin phải thật nhỏ để làm cho toàn bộ mạch nhỏ.

3. Anten phát sẽ lớn đến mức nào nếu tất cả những điều trên có thể đạt được?

Một giải pháp lý tưởng mong muốn sẽ là một cái gì đó giống như mạch khóa / mở khóa cửa xe từ xa với phạm vi rộng hơn và không có giới hạn tầm nhìn.

Tôi sẽ rất biết ơn các bạn nếu bạn có thể cung cấp cho tôi những câu trả lời này và bất kỳ gợi ý nào cho các mạch hoặc các dự án tương tự trên internet.

PS: Tôi đang ở Ấn Độ (để tham khảo giấy phép)

Các Friis phương trình truyền thường là một khởi đầu tốt. Ở dạng dB, sự mất công suất giữa truyền phát đẳng hướng và anten thu trong không gian trống là: -

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

Trong đó f tính bằng MHz và d tính bằng km. Phương trình này cho bạn biết có bao nhiêu dB mất điện mà bạn có thể mong đợi ở một khoảng cách nhất định với tần số sóng mang cho trước.

Ở 433 MHz và 2km, tổn thất là 32,45 dB + 52,7 dB + 6,02 dB = 91,2 dB.

Nhưng đây là trong không gian trống (môi trường hoàn hảo) và trong một thị trấn, bạn có thể dễ dàng thêm 40dB khác vào tổn thất đưa bạn đến khoảng 131 dB tổn thất.

Người nhận cần gì?

Công suất máy thu cần thiết (ở nhiệt độ môi trường xung quanh) là -154 dBm + 10$log_{10}$(Tốc độ dữ liệu) dBm.

Điều này thường được chấp nhận như là một quy tắc tốt cho các BER tốt. Vì vậy, nếu tốc độ dữ liệu của bạn là 100 bit mỗi giây, độ nhạy của máy thu cần phải là -134 dBm.

Cho rằng tổn thất truyền tải của bạn sẽ vào khoảng 131 dB, bạn có thể ước tính công suất truyền của mình là -3 dBm. Đó là 0,5 mW với số lượng thực để đạt được thành công hợp lý khi cung cấp 100 bit mỗi giây trên 2 km môi trường giống như thị trấn.

Nếu bạn sử dụng ăng-ten lưỡng cực, bạn thu được khoảng 1,7 dB vì không giống như ăng-ten đẳng hướng lý thuyết (truyền công suất theo mọi hướng), lưỡng cực chỉ truyền vuông góc với sự tăng của ăng-ten. Do đó, rõ ràng nhiều năng lượng hơn được phát ra theo hướng này để bạn có thể sử dụng khái niệm tăng ăng ten để cải thiện việc truyền tải.

Tôi đang sử dụng đúng tần số hay có những lựa chọn khác?

Thấp hơn là tốt hơn về không gian trống (kiểm tra công thức) nhưng xung quanh thị trấn tôi sẽ không xuống dưới 80 MHz vì sự thâm nhập giữa và xung quanh các tòa nhà có thể có vấn đề - hãy nghĩ đến đài 1 MHz AM khi bạn lái xe vào đường hầm - nó chết ngay lập tức trong khi băng tần FM tiêu chuẩn khoảng 100 MHz sẽ tiến xa hơn - đó là một bước sóng. Bước sóng lớn hơn không vừa với lỗ dễ dàng!

Anten phát sẽ lớn đến mức nào nếu tất cả những điều trên có thể đạt được?

Sử dụng một lưỡng cực sóng quý - chiều dài ở 300 MHz là 25cm. Ở 433 MHz, nó khoảng 17 cm. Tần số thấp hơn đòi hỏi ăng ten dài hơn tương ứng.

Vấn đề lớn với những gì bạn đang cố gắng đạt được là mỗi người đàn ông và chú chó của anh ta có thể sẽ sử dụng 433 MHz và trong khoảng cách 2 km, điều này có thể gây ra sự can thiệp cực kỳ nghiêm trọng, vì vậy tôi muốn ngay lập tức cải thiện cơ hội truyền của mình bằng cách tăng công suất đầu ra thêm 30 dB (sẽ là khoảng 500 mW công suất đầu ra) hoặc sử dụng ăng-ten định hướng như yagis.

Tôi nghĩ rằng bạn có đủ thông tin trong câu trả lời này để bắt đầu tìm hiểu ngay bây giờ.

Một cái gì đó truyền đủ năng lượng để nhặt được cách đó 2 km sẽ cần phải có giấy phép trong hầu hết các trường hợp. Bạn không cung cấp thông tin quan trọng về nơi bạn ở, nhưng tại Hoa Kỳ, bạn có thể làm điều này với CB, khoảng 27 MHz. Đó là những gì mà "bộ đàm" thời xưa sử dụng. Trước đây, bạn có thể đưa ra tới 5 W, nhưng tất nhiên có nhiều quy tắc phải tuân theo và tín hiệu phải là giọng nói bình thường. Tôi nhớ rằng CB đã trải qua một số thay đổi pháp lý trong 40 năm kể từ lần cuối tôi xem xét điều này. Tôi không biết nếu nó vẫn còn, hoặc những hạn chế có thể là gì nếu có.

Băng tần ISM ở 434 MHz không yêu cầu giấy phép với các hạn chế về chu kỳ nguồn và nhiệm vụ đối với hoạt động không giám sát. Có các băng tần ISM khác không có giấy phép, nhưng một lần nữa, quyền lực sẽ bị hạn chế nghiêm trọng. Đây là những gì các thiết bị như dụng cụ mở cửa nhà để xe sử dụng. Họ chỉ có ý định làm việc lên đến vài 10 mét.

Một vấn đề khác là đây thường là những ban nhạc quân sự mà công chúng có thể tự chịu rủi ro và với quyền lực thấp. Có một trường hợp ở Bắc Carolina (?) Khi một loạt các công cụ mở cửa nhà để xe ngừng hoạt động vì một căn cứ quân sự gần đó đang sử dụng không gian tần số.

Dừng lại và thực sự nghĩ về những gì bạn đang yêu cầu. Nếu mọi người có thể xây dựng các máy phát đủ mạnh để đạt tới 2 km, thì chúng ta sẽ có một mớ hỗn độn. Nếu tất cả hàng xóm của bạn đã làm điều tương tự mà bạn đang cố gắng thực hiện, không ai trong số bạn sẽ có bất cứ điều gì hữu ích. Đây chính xác là lý do tại sao có quy định về việc sử dụng phổ RF.

Với tư cách là một người đam mê Arduino, tôi sẽ sử dụng Xbee với Arduino để xây dựng một nguyên mẫu hoạt động. Đường dây Xbee sẽ liên lạc trong phạm vi xa tới 40km trên băng tần 900Mhz, tùy thuộc vào kiểu máy cụ thể.

Để được hướng dẫn Xbee nào sẽ làm việc cho bạn, xem tại đây

Bạn có thể kiểm tra với chính quyền của mình về việc quản lý ban nhạc này, nhưng xem nhanh trên Wiki cho thấy ban nhạc này được phân bổ cho những người nghiệp dư ở một số quốc gia.

Bạn có thể dễ dàng xây dựng một nguyên mẫu nhanh bằng cách sử dụng Xbee với Arduino (ví dụ UNO). Khi nó hoạt động như mong đợi, bạn có thể thu nhỏ kích thước của sản phẩm bằng cách sử dụng Arduino Mini hoặc làm cho nó nhỏ hơn nữa bằng cách sử dụng Arduino độc lập (chỉ là "Arduino" độc lập của Google).