piątek, 3 czerwca 2022

Zasięgi anten radiotelefonów samochodowych

 Natknąłem się na filmik pokazujący porównanie anten 2,1dBi oraz 6,6dBi używanych w australijskim i nowozelandzkim CB-Radiu na częstotliwości 477MHz (to trochę powyżej europejskiego PMR 446MHz):

I nie było większej różnicy, dłuższa miała odrobinę większy zasięg, ale przy odległości około 10 kilometrów gorszą jakość sygnału. Więc co tu się stało?

Te australijskie anteny to w ogóle marketing, placebo jakieś.

Prawdopodobnie klientom w Australii wydaje się, że im grubsza antena, tym lepiej działa, a to nie ma absolutnie żadnego znaczenia. Zjawisko odkryto już na początku ery radiokomunikacji, kiedy próbowano stosować jako anteny metalowe płyty i okazało się, że cienki drucik o tej samej długości spisuje się równie dobrze. Grubość anteny nie ma znaczenia.

Nie ma znaczenia, czy do budowy anteny zastosuje się drut grubości 1mm, czy rurę średnicy 10 cm, efekt będzie prawie ten sam. Owo "prawie" wynika z pewnych zjawisk fizykalnych, a mianowicie prąd wysokiej częstotliwości płynie po powierzchni przewodnika (naskórkowość), więc grubsza antena to większa powierzchnia, czyli mniejszy opór, mniejsze straty na grzanie. W praktyce to są różnice pomijalne, na poziomie ułamków oma, cienki miedziany drucik można pokryć warstwą galwaniczną z dodatkiem srebra i będzie lepiej niż zastosowanie grubej stalowej rury.
W tych australijskich antenach zapewne w środku jest zwykły cienki drucik, bo rura byłaby droższa (zwłaszcza miedziana), a efekt zerowy.

Z grubością anteny wiąże się pewien parametr zwany smukłością, jest na to wzór, ogólnie chodzi o to, że grubsza antena będzie odrobinę krótsza niż cienka przy tej samej częstotliwości. Ale odrobinę, różnica kilku milimetrów, nie ma to żadnego wpływu na działanie.

Trzecia różnica, to grubsza antena (cały czas rozważam grubszy promiennik, bo plastikowa rura w którą jest wpakowany nie ma znaczenia) będzie odrobinę bardziej szerokopasmowa niż cienka. Jednak to też bez znaczenia, bo na tych częstotliwościach nawet cieniutki drucik będzie miał szerokość pasma znacznie powyżej 20MHz, a australijskie CB Radio UHF wykorzystuje wycinek pasma około 1MHz.

Skoro grubość nie ma znaczenia, to co z długością?

Teoretycznie niby różnica jest, ale jej nie ma.

Teoretycznie, w otwartej przestrzeni (czyli w kosmosie) radio UHF z nadajnikiem o mocy >5W z anteną 1/4 fali (kilkanaście cm długości dla tego pasma) miałoby zasięg ładnych kilkuset kilometrów, jeśli nie więcej (nie chce mi się tego liczyć, ale tysiąc może przekroczyć).
Z anteną o większym zysku więcej.

Jednak na powierzchni ziemi sama Ziemia stanowi problem, jej krzywizna. Z wysokości około 1,8 metra, czyli na jakiej znajdują się anteny radiotelefonów samochodowych i przenośnych, horyzont to odległość około 5...6 kilometrów.
Dwa samochody to podwojenie, czyli anteny widzą się nad horyzontem na odległość 10...12km. I to jest praktyczna granica zasięgu. Dalej najczęściej już się nie odbierze sygnału, bo on leci górą, nad samochodem i jego anteną.

Rozmowa na odległość 10 kilometrów jest możliwa z użyciem każdej poprawnej anteny samochodowej, bo to nie są duże dystans jak na nadajniki o mocy 5...20W. Dalsza nie będzie możliwa nie z powodu parametrów anteny, tylko kulistości Ziemi.

Oczywiście Ziemia nie jest idealnie kulista, zdarzają się wzniesienia i doły, pomiędzy dwiema górkami zasięg będzie większy. Ale jeśli anteny się widzą, to i 50 kilometrów nie będzie problemem, jeśli góra zasłania to nie przebije się żadna antena.

W praktyce nieco lepsze zasięgi dłuższych anten wynikają po prostu z faktu, że górna część takiej anteny znajduje się wyżej, czyli horyzont radiowy będzie dalej. Krótsza na ciężarówce da lepszy efekt, niż dłuższa na samochodzie osobowym, w wyniku samej wysokości zamocowania.

Za to zbyt długie anteny gorzej spisują się w mieście, bo wzmocnienie w decybelach wynika z zawężenia charakterystyki przestrzennej, czyli antena promieniuje bardziej płasko, tam gdzie w mieście sygnał jest najmocniej zasłaniany przez budynki. W efekcie w dłuższych antenach występują silniejsze wahania siły sygnału. 

Kolejny błąd użytkowników australijskiego CB-Radia to montowanie anten na orurowaniu w przedniej części samochodu. To na dzień dobry daje stratę na poziomie jakiś 3 decybeli, a to dużo, trzeba o wiele dłuższą antenę by tyle nadrobić.

W praktyce zwykła antena prętowa, ale zamontowana na dachu samochodu, taka z pręta grubości 1mm i o długości około 40...50cm (5/8 fali dla 400...480MHz) spisywałaby się nie gorzej niż najlepsze australijskie wynalazki przymocowane do orurowania w przedniej części samochodu. Ale w prospektach reklamowych nie wyglądałoby to za dobrze, poza tym byłoby znacznie tańsze.

Dłuższe anteny, o większym zysku, spisują się lepiej w 2 przypadkach (występujących razem):

  1. Poza miastem z gęstą zabudową.
  2. Przy łączności za pośrednictwem przemiennika.

Przemienniki bywają oddalone o 40...60 kilometrów, a tutaj już spory wpływ odgrywa tłumienie sygnału przez samą ziemią oraz roślinność. Długa antena da te dodatkowe kilka kilometrów.

W USA na podobnych częstotliwościach (462+467MHz) pracują radia FRS/GMRS, ale samochodowe mają wyższe limity mocy. Tam użytkownicy popełniają jeszcze gorszy błąd, montując nisko niską antenę.

Naprawdę grubość anteny nie ma znaczenia, ale jej niski montaż ma. Zwykła antena długości 1/4 fali (dla tych częstotliwości to będzie poniżej 17cm), ale zamontowana na dachu, spisze się o wiele lepiej niż te wynalazki. Nawet zamontowana na magnesie.
Jeśli już nie ma innego wyjścia i trzeba niżej, to nie taki wynalazek, ale zwykłą 5/8 fali, to nadal poniżej 50cm.

1 komentarz:

Anonimowy pisze...

JAKA "krzywizna" ??