Часто поступают разнообразные вопросы о выходной мощности передатчика портативных раций, т.к. в массовом сознании людей прочно укрепилось, что "главное в рации - это мощность передатчика".
В этой статье постараюсь ответить на часть из них (наиболее часто задаваемых).
Начну с влияния выходной мощности, оказываемого на дальность передачи - в большинстве ситуаций дальность зависит мощности в интервале пропорциональности от корня квадратного до корня четвёртой степени из мощности.
Причём корень квадратный - это для идеальных условий - над плоской поверхностью без каких-либо препятствий при использовании антенн с круговой направленностью, см. формулу Фрииса:
В условиях отсутствия прямой видимости (перепады высот) и леса зависимость дальности от мощности на уровне корня четвёртой степени. Это значение получено в результате многочисленных экспериментальных измерений, теоретическую формулу для работы в условиях плотного леса с обилием зелени и перепадами высот получить представляется нереальным из-за огромного количества заранее неизвестных факторов - хотя попытки "усложнить" граничные условия были, разумеется, например, в известных формулах Введенского или Ван-дер-Поля/Шулейкина.
Т.е. при работе в условиях леса с обилием зелени и перепадами высот для увеличения дальности в 2 раза мощность надо увеличить примерно в 16 раз.
Есть факторы, гораздо более важные для дальности радиосвязи, чем мощность (например, эффективность применённой антенны или параметры приёмника).
Но это не означает, что мощность "совсем не важна". Разумеется, при прочих равных более мощные радиостанции обеспечат более высокую дальность передачи - и, что важно, более стабильную радиосвязь в условиях присутствия внешних электромагнитных помех.
Для портативных раций, работающих с укороченными (особенно с сильно укороченными в диапазоне 27 МГц) компактными антеннами наблюдается существенная разница в уровне выходной мощности, измеренной на приборе на 50 Ом-ный эквивалент нагрузки с уровнем реальной излучаемой мощности (при работе на компактную антенну).
Разные схемы передатчика могут с разной эффективностью работать с компактными антеннами.
Так, обычная (назову её условно "классической") схема передатчика, применяемая в импортных портативных рациях имеет при работе в диапазоне 27 МГц КПД при работе на хорошо согласованную стационарную или длинную автомобильную антенну (или эквивалент нагрузки при измерении на приборе) КПД около 60%, а при работе на компактную антенну (с неизбежно большим коэффициентом "укорочения" относительно полноразмерной антенны) в переносном варианте - всего лишь 25-30%. При этом при включении без нагрузки (антенны) выходной каскад может попросту выгореть.
В рациях диапазона 27 МГц производства КБ Беркут идеология схемотехники иная, обеспечивающая пропорциональность потребляемого тока излучаемой мощности. КПД остаётся высоким - около 70% - при работе на любую антенну, в т.ч. компактную. При включении без нагрузки выходной каскад будет работать в облегчённом режиме (около 40% нагрузки от номинальной) - в отличии от передатчиков импортных раций.
В результате - при работе на компактную антенну реальная излучаемая мощность (при одинаковой измеренной на приборе на эквивалент нагрузки) у раций производства КБ Беркут будет выше, чем у импортных раций. Тогда как у импортных радиостанций диапазона 27 МГц при работе на компактную антенну выходной каскад работает в очень тяжёлом режиме ("пыхтит", греется, а толку мало) - у радиостанций диапазона 27 МГц производства КБ Беркут выходной каскад работает адекватно при работе с любой антенной, в т.ч с компактной.
Для демонстрации этого приведу видео теста, проведённого "активным недоброжелателем" портативных раций диапазона 27 МГц (к сегменту которых относится продукция КБ Беркут), не забывающего в каждом своём тесте портативок диапазона 27 МГц сказать во вступлении, что вообще не понимает, для чего нужны такие рации, известного блогера-радиолюбителя Алексея Игонина, который сравнил работу раций диапазона 27 МГц - импортной Stabo xh9006e (она же President Randy II), лучшей по параметрам среди выпускаемых за последние 3 десятилетия импортных портативных раций диапазона 27 МГц, и отечественной портативной AM/FM cb (27 МГц) рации Штурман-90.
В этом тесте Stabo со штатной 20-см антенной обеспечила на принимающей стационарной радиостанции 0 "кубиков" уровня сигнала, а при работе с эффективной 30-см штатной антенной от Штурмана-90 с установленным противовесом - 3 "кубика".
Рация Штурман-90 с этой же (родной, идущей в комплекте поставки) 30-см антенной флекс с установленным противовесом обеспечила 5 "кубиков" на индикаторе принимающей радиостанции.
При этом ранее тот же Алексей Игонин измерял выходную мощность этих радиостанций (Stabo xh9006e и Штурман-90) на приборе на эквивалент нагрузки - и получил примерно одинаковые значения.
Разница в уровне сигнала (5 "кубиков" у Штурмана-90 и всего 3 "кубика" у Stabo) при работе на одну и ту же антенну радиостанций с примерно одинаковым уровнем измеренной на приборе выходной мощности объясняется тем, что реальная излучаемая мощность при работе на компактные антенны у рации Штурман-90 - за счёт специфической реализации схемы передатчика - выше.
Тест Алексея Игонина можно посмотреть здесь:
Часто задают вопросы об измерении выходной мощности передатчика радиостанций в режиме амплитудной модуляции.
Если в режиме частотной модуляции (FM) с измерением выходной мощности у пользователей особых проблем не возникает - даже широко распространённые недорогие приборчики для измерения КСВ/мощности (при том, что из-за большой погрешности в измерениях профессионалы часто их именуют "показометрами") при измерении на эквивалент нагрузки выдают похожие на правду результаты - то при попытке такими приборами измерить выходную мощность в режиме AM (амплитудной модуляции) у многих пользователей (даже считающих себя специалистами) возникает недопонимание...
Проблемы две:
во-первых, в режиме амплитудной модуляции такие приборы измеряют отнюдь не выходную мощность передатчика - а мощность несущей. Несущая в АМ не несёт полезной информации о сигнале и является, по-сути, паразитным расходом энергии. В то же время совсем без несущей при работе с рациями в режиме АМ модуляции не обойтись (в отличии от более сложно реализованных приёмников в режиме SSB - с полностью подавленной несущей и одной из боковых полос, что даёт большой энергетический выигрыш в работе передатчика относительно классического АМ) - классический АМ-детектор не сможет обработать АМ сигнал с полностью подавленной несущей (сигнал так называемой DSB модуляции - AM с обеими боковыми полосами полезного сигнала, но с подавленной несущей - не сможет принять обычный АМ приёмник)
Во-вторых, есть разные методы формирования режима амплитудной модуляции.
Классический, традиционный метод, широко применяемый в автомобильных и стационарных радиостанциях диапазона 27 МГц - на несущую приходится "львиная" доля расходуемой энергии.
Чтобы наглядно - на понятном для большинства читателей - языке объяснить разницу в методах формирования АМ модуляции (которые бывают разные):
Один из традиционных вариантов формирования АМ - мощность несущей "полная", а при модуляции она "проседает" почти до нуля (при 100% глубине модуляции) на пиках голоса (такой метод формирования АМ модуляции используется в большинстве импортных радиостанций диапазона 27 МГц и применялся в рациях Штурман выпуска до 2013 года).
"Альтернативный" вариант формирования АМ, применяемый в рациях Штурман выпуска после 2013г - несущая по уровню соответствует половине напряжения (а значит четверти мощности), а при наличии модуляции (речевого сообщения или тонального вызова) она "скачет" от нуля до максимума - при 100% глубине модуляции (вниз и вверх от середины). Этот метод не лучше и не хуже других методов формирования АМ - но он позволяет существенно уменьшить расход энергии передатчика в режиме АМ модуляции на не несущую полезной информации о сигнале несущую (полностью отказаться от несущей нельзя - обычный АМ приёмник не сможет принять сигнал с полностью подавленной несущей - для этого потребуются более сложные схемы приёмника (для приёма SSB или DSB модуляции с полностью подавленной несущей).
Соответственно, реальная выходная мощность полезного сигнала в АМ при "традиционном" (например, изложенном выше) методе формирования амплитудной модуляции не превышает измеренную таким приборчиком (КСВ-метр, совмещённый с измерителем мощности) мощность несущей.
А в рациях серии Штурман производства КБ Беркут выпуска после 2013г применяется "альтернативный" метод формирования АМ модуляции, при котором уровень несущей составляет (при 100% модуляции - которая в природе не встречается, при передаче речи обычная глубина модуляции 50-90% и разница в уровнях будет несколько меньше) 1/2 по амплитуде, т.е. 1/4 по уровню мощности от полезного сигнала.
Т.е. показание такого прибора при попытке измерения выходной мощности в АМ в современных радиостанциях серии Штурман будет ниже, чем при традиционном методе формирования АМ модуляции, но реальная мощность полезного сигнала будет не меньше, чем при традиционном методе формирования АМ, но с меньшим расходом энергии на несущую.
А теперь посмотрим на фото экрана осциллографа, когда на вход рации Штурман подан сигнал от низкочастотного генератора с уровнем глубины модуляции около 60%, соответствующий негромкой речи - при этом коэффициент между уровнями амплитуд несущей и полезного сигнала меньше 2 (2 был бы при 100% модуляции), но всё-равно выходная мощность сигнала выше мощности несущей, измеряемой прибором:
Т.е., резюмируя - в зависимости от того или иного из изложенных выше методов формирования амплитудной модуляции мощность полезного сигнала может быть аналогичной, но вот уровень мощности несущей (не несущей в АМ полезной информации о сигнале, а нужной только для адекватной работы АМ-детектора) отличается разительно, при этом показания приборов (измеряющих в АМ не выходную мощность, а мощность несущей) будут отличаться существенно - при примерно одинаковом уровне реальной выходной мощности передатчика.
В портативных радиостанциях - где важна экономичность - более адекватно применение второго - "альтернативного" метода формирования АМ, т.к. существенно снижается расход энергии на несущую при примерно таком же реальном уровне выходной мощности передатчика и дальности/качестве передачи.
Увеличение выходной мощности за счёт применения высоковольтных аккумуляторов
Часто меня спрашивают, есть ли смысл применять в радиостанциях производства КБ Беркут высоковольтных Ni-Zn аккумуляторов (1,6 В) вместо традиционных Ni-Mh (1,2 В).
Выходная мощность при работе от Ni-Zn повышается существенно, вот пример измерения:
В проведённых мною тестах работы я особенной разницы в реальном качестве/ дальности связи при работе от Ni-Zn относительно Ni-Mh не заметил (впрочем, я не проверял на максимально возможном для связи расстоянии - а разница должна проявляться именно на предельном для связи расстоянии; в будущем планирую сделать сравнительный тест работы раций с разными типами аккумуляторов в тяжёлых условиях связи, когда разница в выходной мощности может оказать влияние на результаты теста).
Но у Ni-Zn аккумуляторов есть и недостатки - они критичны к глубокому разряду (могут выйти из строя), для зарядки требуют специализированных зарядных устройств (внутри рации зарядить не получится), у них меньше ёмкость - соответственно, ощутимо меньше время автономной работы.
Поэтому я рекомендую (и сам предпочитаю использовать) Ni-Mh аккумуляторы со сверхнизким саморазрядом, например, Robiton Cyclone или Robiton Japan (за 10 лет хранения сохраняют 70% заряда, т.е. гарантированно прослужат много лет и не выйдут из строя при длительном хранении, плюс очень низкое внутреннее сопротивления и более высокая по напряжению, чем у обычных Ni-Mh аккумуляторов, кривая разряда)
Сравнение работы портативных радиостанций в условиях плотного леса и перепадов высот
В заключение приведу несколько сравнительных тестов работы раций разных диапазонов частот и разного уровня мощности в условиях плотного леса и перепадов высот:
Следующий тест проведён в условиях высокого уровня техногенных электромагнитных помех:
Проведённый летом 2020г тест работы портативных радиостанций диапазонов 27 МГц, 145 МГц и 433 МГц со штатными компактными и удлинёнными (до 50 см) антеннами на расстояниях до 8,6 км:
Сравнение работы отечественной портативной радиостанции диапазона 27 МГц Штурман-180 с радиостанциями 145 МГц на базе RDA чипа и супергетеродина:
Большой весенний тест работы раций в лесу (проверено много моделей разных производителей и разных диапазонов частот - 27 МГц, 145 МГц и 433 МГц - на разных контрольных точках с указанием профиля рельефа местности):
Если Вы интересуетесь радиосвязью - ставьте лайки и подписывайтесь на канал Конструкторского Бюро Беркут - отечественного разработчика и производителя средств радиосвязи.
Спасибо!