Hve langt dregur fjarstýringin?

Eru ekki allir í stuði!?
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Hve langt dregur fjarstýringinn? Þannig er oft spurt. Svarið er oftast „nógu langt“, því við fljúgum yfirleitt ekki lengra frá okkur en 500 metra. Ég hef prófað að fljúga með hæðarmæli upp í 500 metra hæð, fyrst með Cessna kennsluvél fyrir næstum aldarfjóðungi (heimasmíðaður radíóhæðarmælir) og síðar með Ultra-Hots fyrir um áratug (úrið hans Rafns var með hæðarmæli og fékk að fljóta með). Ég komst ekki hærra því þá var orðið ómögulegt að sjá vélina nógu vel og halda henni á réttum kili. Ég hef grun um að ég hafi flogið svifflugunni minni álíka hátt, og mældi það reyndar með hæðarmæli sem skráir í minni og er hægt að hlaða niður mæligildum um USB, en man ekki niðurstöðuna. Ég er þó nokkuð viss um að það er orðið erfitt að hafa stjórn á véinni þegar hún er komin fjær en 500 metra. Það getum við því haft sem viðmiðun um mestu fjarlægð.

Ég hef nokkrum sinnum reiknað út drægni radíóhlekkja í vinnunni, bæði þar sem sjónlína er milli staða, og þar sem reynt hefur verið að nota brot yfir fjallstoppa (knife edge diffraction). Lengsti hlekkurinn sem var notaður á VHF fyrir fjarmælingu var um 30km, en þar var ekki sjónlína. Þar passaði útreikningurinn furðu vel við raunveruleikann þegar búnaðurinn var settur upp. Ég hef líka mælt um 100km hlekk fyrir UHF, þar var yfir opið haf að fara og ekkert fjall, en taka þurfti tillit til þess að jörðin er kúla og því ekki sjónlína ef sendir og viðtæki eru ekki nógu hátt uppi.


Ég ætla að reyna að skýra þetta út svo skiljanlegt sé hér fyrir neðan:


Til þess að hægt sé að reikna út drægnina þarf maður að hafa nokkrar upplýsingar um tækin:

- Senditíðni
- Sendiafl
- Gerð loftnets við sendi
- Lengd og gerð koax kapals við sendi
- Næmi viðtækis
- Gerð loftnets við viðtæki
- Lengd og gerð koax kapals við viðtæki

Þegar þessar upplýsingar liggja fyrir er hægt að áætla drægnina nokkuð vel ef sjónlína er milli staða. Til þess þarf maður auðvitað að vita deyfinguna milli tækjanna, svokallaða free-space deyfingu.

Ef ekki er sjónlína, þá er stundum hægt að ná sambandi vegna þess að radíóbylgjurnar geta „beygt fyrir horn“ þegar aðstæður eru réttar. Þannig er oft hægt að ná sambandi milli staða þó svo að fjall skyggi á, sérstaklega ef nokkuð skörp fjallsbrún er efst á fjallinu og það er ekki of nærri sendi eða viðtæki. Þetta er líka hægt að áætla.
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Þar sem ég á Aurora 9 fjarstýribúnað hafði ég hug á að reikna þetta út. Ég veit hvert sendiaflið er, næmi viðtækisins og gerð loftnetanna. Þannig ætti ég að geta farið nærri um drægnina.

Sendiaflið er um 100 mW (milliwött), eða 0,1 watt. Þegar verið er að prófa drægni fyrir flug, þá er sendiaflið minnkað niður í 1 mW. Í svona útreikningum er miðað við sendiaflið 1 mW og það sem er umfram það er mælt í desibelum. Þannig er 1 mW = 0 dbm, 10 mW = 10 dbm, 100 mW = 20 dbm, o.s.frv. (dbm stendur fyrir desibel yfir milliwatt).

Mögnun eða ávinningur (gain) loftnets getur verið mjög mismunandi. Ef loftnet er bara einhver vírspotti þá getur verið erfitt að áætla hvernig útgeislunin frá því er. Ef loftnetið á sendinum (og viðtækinu) er dípóll, þá vitum við hvernig útgeislun þess er. Þannig loftnet hefur um 2 db ávinning yfir staðal-loftnet sem geislar jafnt í allar áttir, svokallað isotropic loftnet. Loftnetið á Aurora 9 sendinum og viðtækjunum er dípóll, svo þetta er þekkt.

Tap í koaxkapli og loftnetstengjum verðum við að skjóta á. Ég giska á 2 db í hvorum enda á radíóhlekknum.

Næmi viðtækisins er gefið upp í datablaði Texas Instruments sem framleiðir samrásina (Integrated circuit) sem notuð er í viðtækið. Það er gefið upp sem -104 dbm fyrir 2400 bita á sekúndu gagnahraða, og -101 dbm fyrir 10.000 bita á sekúndu. Í báðum tilvikunum er miðað við að 1% skeytanna brenglist og tapist (bit error rate). Við skulum nota -101 dbm.
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Nú vitum við allt nema deyfinguna í loftinu milli tveggja staða á senditíðninni 2,4 GHz.

Við getum notað nómógramið mitt gamla, reiknað það út með flókinni formúlu, eða notað reiknivél á netinu.

Skoðum fyrst gamla nómógramið sem er orðið töluvert útkrassað:

Mynd

Lengst til hægri er skali fyrir tíðni sem notuð er.

Lengst til vinstri er skali fyrir vegalengdina milli sendis og viðtækis.

Í miðjunni er skali sem sýnir okkur deyfinguna milli sendis og viðtækis.

Skoðum rauðu línurnar. (Þessar skýru rauðu, ekki þessar daufu rauðu). Báðar skera skalann hægra meginn í 2400 MHz, eða 2,4 GHz. Strikaða rauða línan sker km-skalann vinstra megin við 8km og db-skalann í miðjunni við tæp 120 db. Sem sagt, á 2,4 GHz tapast um 120 db ef geislinn er sendur milli staða sem eru aðskildir með 8 km.

Neðri rauða línan sýnir okkur á sama hátt að deyfingin er um 106 db ef fjarlægðin er um 2 km.

Takið eftir mikilvægu sem lesa má úr nómógramminu:

1) Tvöföldun á senditíðni hefur í för með sér deyfingu sem nemur 6 db. Fjórföldun á senditíðni jafngildir því 12 db deyfingu.

2) Tvöföldun í fjarlægð hefur í för með sér deyfingu sem nemur 6 db. Fjórföldun í fjarlægð jafngildir því 12 db deyfingu.

3) Tvöföldun á senditíðni hefur í för með sér jafn mikla deyfingu og tvöföldun í fjarlægð, eða 6 db. Það jafngildir 4-földum mun í sendistyrk, sem einnig er 6 db.

Það vinnur sem sagt á móti okkur að hækka senditíðnina, en á móti kemur að loftnet verða viðráðanlegri. Hálfbygju dípóll á 35 MHz er 4 metrar á lengd, en aðeins um 6 cm á 2,4 Ghz. Ef loftnet er styttra en hálf bylgjulengd, þá kemur það niður á útgeisluninni frá því. Hún verður mun minni. Á 2,4 GHz og sambærilegum tíðnum nota menn oft stefnuvirk loftnet til að vinna á móti „free space“ deyfingunni sem er miklu meiri en t.d. á 35 Mhz, en auðvitað getum við það ekki.
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Nú skulum við reikna út hvort líklegt sé að fjarstýringin dragi 2 km. Nota upplýsingar frá Aurora í þessu dæmi.

+20 dbm (Sendiafl 100 mW)
+ 2 db (Ávinningur (gain) dípóls yfir isotropic)
- 2 db (Ttap í tengjum og skermkapli milli sendis og loftnets)

-106 db (deyfing yfir 2 km á 2,4 Ghz skv. nómógram)

- 2 db (Tap í tengjum og skermkapli milli viðtækis og loftnets)
+ 2 db (Ávinningur (gain) dípóls yfir isotropic)

-------
-86db samanlagt. (Styrkur merkis að viðtæki, sem er gott því næmi viðtækis er -101 db). :)

Munum að næmi viðtækisins er gefið upp -101 db. Munurinn á 101 db og 86 db er 15 dB sem við höfum til góða t.d. til að vinna á móti því þegar loftnetin snúa ekki samsíða eins og best er.

Niðurstaðan er að sendirinn ætti að draga auðveldlega 2 km í sjónlínu.

Ef við endurtökum þetta með sendiaflinu sem fjarstýringin notar til að mæla drægni fyrir flug, þ.e. 1 mW sem jafngildir 0 dbm, þá kemur í ljós:

+0 dbm (Sendiafl 100 mW)
+ 2 db (Ávinningur (gain) dípóls yfir isotropic)
- 2 db (tap í tengjum og skermkapli milli sendis og loftnets)

-106 db (deyfing yfir 2 km á 2,4 Ghz skv. nómógram)

- 2 db (tap í tengjum og skermkapli milli viðtækis og loftnets)
+ 2 db (Ávinningur (gain) dípóls yfir isotropic)
-------
-106 db samanlagt. (Styrkur merkis að viðtæki, sem er ófært því næmi viðtækis er -101 db). :(

Það er því útilokað að sendir dragi 2 km meðan verið er að prófa drægnina og vantar töluvert uppá. Það gerir auðvitað ekkert til, því við miðum bara við að hann dragi a.m.k. 30m þegar prófað er þannig.
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

En...

Svona gagnvirkar fjarstýringar eins og í Hitec Aurora 9 eru með lítinn sendi í viðtækinu sem sendir í sífellu merki til sendisins, t.d. um batteríspennuna í flugmódelinu. Sendiaflið er aðeins 1 mW eða 0 dbm. Sama og þegar verið er að prófa drægni fjarstýringarinnar. Það er því áhugavert að vita hve langa vegalengd þessi merki geta borist frá módelinu.

Ef við reiknum með að næmi viðtækisins sem er í sendi fjarstýringarinnar, þ.e. handtækinu, sé sama og viðtækisins í flugmódelinu (þ.e. -101 dbm), þá sýnist mér að hámarks drægnin sé um eða tæplega 500 metrar við bestu aðstæður. Þ.e. ef módelið er í 500 metra hæð, þá er alveg á mörkunum að mæligildin skili sér frá módelinu á skjá sendisins niðri.

Hér gerir það minna til þó styrkurinn sé alveg á mörkunum... Jafnvel getur vel verið að við náum stöku mæligildum þó fjarlægðin sé meiri...
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Eins og við sjáum úr þessu, þá ætti radíóhlekkurinn að þola allt að 120 db deyfingu milli sendis og viðtækis, en það eru heilir 8 km.

Það er þó við bestu skilyrði, þ.e. sendir og viðtæki eru hátt yfir jörðu, sjónlína milli staða og lotnetin eru alveg samsíða, t.d. bæði lóðrétt.

Við hverju má þá búast ef fjarlægðin er 500 metrar?

Prófum að nota regluna "6 db deyfing fyrir hverja tvöföldun í fjarlægð":

Hver margar tvöfaldanir er munurinn á 500m og 8000m?

500 > 1000 > 2000 > 4000 > 8000

6db +6db + 6db +6db = 24 db.

Við 500 metra höfum við því heil 24 db upp á að hlaupa. Það er töluvert, því það jafngildir um 200-földum mun í sendiafli. (Munum að mörkin voru miðuð við að 1% merkjanna tapist, en ekki að merkið hverfi alveg).

Við vitum að innbyrðis stefna loftnetanna á sendi og viðtæki er ekki alltaf eins góð og æskilegt er. Það er ástæðan fyrir því að menn nota stundum svokölluð diversity loftnet, þ.e. tvö loftnet sem komið er fyrir þannig að annað snýr hornrétt á hitt. Sérstök rás í viðtækjunum velur síðan sterkara merkið. Þetta er tækni sem notuð hefur verið í áratugi á stuttbylgjusviðinu þar sem jónahvolfið er notað til að endurvarpa merkjum, en það er önnur saga...

En, ef viðtækið er gott, og ef loftnetin eru góð, þá ætti 24 db umfram það sem nauðsynlegt er að koma nánast alveg (ef ekki alveg) í veg fyrir að merki detti út þó svo innbyrðis afstaða loftnetanna sé óheppileg.
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Á vefnum eru til reiknivél til að reikna út "free space attenuation" eða "free space loss" fyrir mismunandi tíðnir og aðstæður.

Góð reiknivél er hér: http://www.cdt21.com/resources/siryo1_02.asp

Þegar við stöndum á jörðinni er sendirinn í svosem 1m hæð yfir jörðu. Það þýðir að hluti merkisins endurkastast frá jörðinni á leið sinni að módelinu og hluti þess fer beinustu leið. Endukastaða merkið getur truflað það sem fer skemmstu leið. Við verðum jafnvel varir við "glitch" örskamma stund.

Þessu er hægt að líkja eftir í reiknivélinni.

Ég bað reiknivélin að sýna mér hvað gæti gerst ef sendirinn er í 1m hæð og módelið í 50m hæð. Ég sagði reiknivélinni að ég væri á 2,4 GHz og hefði áhuga á allt að 1000 metrum frá mér. Reiknivélin skilaði svona mynd:

Mynd

Blái ferillinn sýnir svipað og það sem við vorum að reikna út hér fyrir ofan. Deyfingin við 500 metra er um 92 db. Kannski ekki fjarri því sem nómógramið sýndi ef skalinn næði svona langt niður, í stað þess að ná niður að 1600m.

Bleiki ferillinn sýnir okkur aftur á móti hvaða grikk endurkastið frá jörðinni getur gert okkur. Við sjáum verulegar dýfur annað slagið, t.d. við um 200m, 250m, 400m og 800m. Svona dýfur gætu hæglega þýtt augnabliks glitch og þá fer viðtækið væntanlega augnablik í "hold" og við verðum ekki varir við neitt.

Vona að einhver hafi haft gagn af þessum pælingum :)
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Passamynd
Haraldur
Póstar: 1409
Skráður: 20. Maí. 2005 15:19:44

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Haraldur »

Ég datt út eftir Hallo. Nei, án gríns þá er þetta mjög fróðlegt og flott grein hjá þér Ágúst.
lulli
Póstar: 1235
Skráður: 1. Des. 2006 21:14:09

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir lulli »

Ég skal með ánægju hjálpa þér að sannreyna raun-drægni Aurora 9
í fjallabílnum er GPS, mæling með cursor ætti að fara nærri lagi.
þar sem gps cursor væri látin mæla loftlínu að módelinu og sendir prufaður í sendingu.
Flugmódelfélagið Þytur
Flugmódelfélag Suðurnesja
Passamynd
Agust
Póstar: 2984
Skráður: 23. Apr. 2004 06:34:18

Re: Hve langt dregur fjarstýringin?

Póstur eftir Agust »

Menn hafa vewrið að prófa drægni 2,4 GHz fjarstýringa með því að keyra með búnaðinn í bíl. Það væri auðvitað miklu betra að nota flugvél, því nálægðin við jörð hefur mikil áhrif eins og við sjáum á myndinni hér fyrir ofan. Niðurstaðan var um 3,5 km (2,2 mílur), en þá fór brú að skyggja á.

Sjá http://www.rcgroups.com/forums/showthre ... 36&page=19
Bestu kveðjur
Ágúst H Bjarnason
Þytur
http://www.agust.net
Svara