¿Qué se necesita para construir un transmisor de radiofrecuencia de 2 km (en condiciones de ciudad) (433Mhz)?

Question

Esta es mi primera pregunta en este sitio. No soy un ingeniero electrónico/eléctrico, así que perdonen mi falta de conocimiento.

Estoy intentando construir un transmisor/receptor de RF. Estos son mis objetivos finales :

• una transmisión de texto (bytes). (La voz no es necesaria)
• Alcance de 1,5 a 2 km (independiente de la línea de visión, en condiciones de ciudad)
• una antena lo más corta posible
• un circuito tan pequeño como sea posible
• uso del espectro libre sin licencia

después de leer un poco he averiguado que 433Mhz es uno de los más utilizados para estos fines pero no estoy seguro de que compruebe todas las condiciones anteriores.

Qs :

1. ¿Estoy utilizando la frecuencia correcta o hay otras opciones?

2. ¿Cuánta energía de la batería se necesitará para enviar la señal hasta 2 kms? ¿Es posible transmitir tan lejos? Me parece bien que la batería se agote en 1 o 2 transmisiones (no preguntes por qué :)) pero la batería tiene que ser muy pequeña para que el circuito sea pequeño.

3. ¿Qué tamaño tendrá la antena del transmisor si todo lo anterior es posible?

Una solución ideal deseada sería algo así como un circuito de bloqueo/desbloqueo remoto de la puerta del coche con un mayor alcance y sin limitación de línea de visión.

Os agradeceré mucho si me podéis proporcionar estas respuestas y cualquier indicación de circuitos o proyectos similares en internet.

P.D. : Me encuentro en la India (para referencia de la licencia)

Answer 1

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

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

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

A 433MHz y 2km 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 podrías añadir fácilmente otros 40dB a las pérdidas llevándote a unos 131 dB de pérdidas.

¿Qué necesita el receptor?

La potencia del receptor necesaria (a temperatura ambiente) es de -154 dBm + 10 \$log_{10}\$ (Velocidad de datos) dBm.

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

Dado que la pérdida de transmisión va a ser de unos 131 dB, puedes estimar tu 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 a través de 2 km de un entorno similar al de una ciudad.

Si se utilizan antenas dipolo se obtienen unos 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 sólo transmite perpendicularmente a la subida de la antena. Por lo tanto, es evidente que se emite más potencia en esta dirección, por lo que se puede utilizar el concepto de ganancia de la antena para mejorar la transmisión.

¿Estoy utilizando la frecuencia correcta o hay otras opciones?

Más bajo es mejor en términos de espacio libre (examina la fórmula) pero en la ciudad yo no bajaría de 80 MHz porque la penetración entre y alrededor de los edificios puede ser problemática - piensa en la radio AM de 1 MHz cuando entras en un túnel - se apaga enseguida mientras que la banda FM estándar de unos 100 MHz llega mucho más lejos - es una cuestión de longitud de onda. La mayor longitud de onda no cabe en el agujero tan fácilmente.

¿Qué tamaño tendrá la antena del transmisor si todo lo anterior es se puede conseguir?

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 estarán usando 433 MHz y a través de una distancia de 2 km esto puede causar una interferencia mega-seria así que, inmediatamente querría mejorar mis posibilidades de transmisión aumentando la potencia de salida en 30 dB (eso sería alrededor de 500 mW de potencia de salida) o usando antenas direccionales como yagis.

Creo que tienes suficiente información en esta respuesta para empezar a averiguar cosas ahora.

Answer 2

Algo que transmite suficiente potencia para ser captado a 2 km de distancia va a requerir una licencia en la mayoría de los casos. No proporcionas la información tan importante sobre dónde estás, pero aquí en los Estados Unidos podrías hacerlo con CB, alrededor de 27 MHz. Eso es lo que usan los antiguos "walkie talkies". Antes se podía emitir hasta 5 W, pero, por supuesto, había que seguir varias normas y la señal tenía que ser de voz ordinaria. Recuerdo que la CB ha sufrido algunos cambios legales en los 40 años transcurridos desde la última vez que miré esto. No sé si todavía está disponible, o cuáles podrían ser las restricciones si lo está.

La banda ISM de 434 MHz no requiere licencia con restricciones de potencia y ciclo de trabajo para el funcionamiento sin vigilancia. Hay otras bandas ISM que están libres de licencia, pero de nuevo, la potencia estará severamente restringida. Esto es lo que utilizan dispositivos como los abridores de puertas de garaje. Sólo están pensados para funcionar hasta unos pocos decímetros.

Otra cuestión es que a menudo se trata de bandas militares que el público puede utilizar por su cuenta y riesgo y con poca potencia. Hubo un caso en Carolina del Norte (?) en el que un montón de abridores de puertas de garaje dejaron de funcionar porque una base militar cercana estaba utilizando el espacio de frecuencias.

Detenerse y realmente piense en sobre lo que está pidiendo. Si todo el mundo pudiera construir transmisores lo suficientemente potentes como para llegar a 2 km, entonces tendríamos un lío. Si todos tus vecinos hicieran lo mismo que tú estás intentando hacer, ninguno tendría nada útil. Precisamente por eso existen normas sobre el uso del espectro de radiofrecuencia.

Answer 3

En mi opinión, como entusiasta de Arduino, utilizaría un Xbee con un Arduino para construir un prototipo que funcione. La línea Xbee se comunicará en un rango de hasta 40km en la banda de 900Mhz, dependiendo del modelo específico.

Para guiar qué Xbee funcionará para usted, vea aquí

Puedes consultar con tu autoridad sobre la gestión de esta banda, pero un rápido vistazo en Wiki muestra que esta banda está asignada a los aficionados en varios países.

Puedes construir fácilmente un prototipo rápido usando un Xbee de elección con un Arduino (UNO por ejemplo). Cuando funcione como se espera, puedes reducir el tamaño del producto utilizando un Arduino Mini, o hacerlo aún más pequeño utilizando un Arduino autónomo (sólo tienes que buscar en Google "Arduino autónomo").