В комментарии к статье об аналоговых и цифровых радиостанциях для леса один из читателей оставил комментарий:
В чём выражается качество связи..., мне непонятно? Наверное должны быть выражены параметры связи: номинал частоты, погрешность отклонения опорного генератора, мощность передатчика, чувствительность приёмника, если это цифровая станция, то вероятность ошибки... и, т.д. У таких станций есть порог дальности радиосвязи в зоне прямой видимости, а в кварталах мегаполиса или горной местности, какой?
В ответном комментарии сложно уместить полный ответ на задаваемые вопросы, поэтому решил написать статью на эту тему.
Начнём с теоретического порога дальности радиосвязи переносных радиостанций при работе с компактными антеннами на уровне человеческого роста в условиях ровного рельефа без преград (чистое поле) и источников электромагнитных помех.
Т.к. земля у нас круглая - то при работе в таких условиях через 12 км будет находиться линия горизонта - и это будет естественным "порогом" дальности радиосвязи так называемой "прямой" радиоволной любых (как низкочастотных - 27 МГц, так и высокочастотных 136-174/400-520 МГц, как аналоговых, так и цифровых) переносных радиостанций с компактными антеннами на уровне человеческого роста.
При этом - если точки приёма и/или передачи находятся на возвышенностях (холмы, горы) - то "порог" дальности связи может существенно "отодвинуться" - с сопки на сопку при работе переносных раций с компактными антеннами связь может достигать десятков км.
С учётом явлений дифракции и тропосферной рефракции (но без учёта промышленных помех) зона "порог дальности" при связи прямой радиоволной (радиосвязь на сотни км при помощи отражённой от ионосферы волны не рассматриваем) в диапазоне 27 МГц простирается в соответствии со следующей формулой:
D=4,11((Н)1/2 +(h)1/2),
где D - максимальная дальность прямой видимости (в км), Н и h - высота подъёма приёмной и передающей антенн (в м).
Это в идеальных условиях - а что с дальностью будет при наличии препятствий (сложный рельеф местности с перепадами высот, плотный лес и т.п.) и наличии природных (обусловленных солнечной и грозовой активностью) и техногенных электромагнитных помех?
В этих условиях дальность связи будет ниже максимально возможной, а вот насколько ниже - зависит от параметров радиостанций (подробная статья о влияющих на дальность радиосвязи параметрах радиостанций здесь) и применённых антенн и рабочей частоты, на которой осуществляется радиосвязь.
В каких условиях радиосвязи лучше работают высокочастотные, а в каких - низкочастотные радиостанции
В теме данной статьи я рассматриваю переносные рации с компактными антеннами - а таковые невозможны на частотах ниже 27 МГц (если абстрактно рассмотреть порог дальности связи радиостанций в целом - то на сверхнизких частотах - на которых, например, передают сообщения находящейся в любом месте мирового океана подводной лодкой, такого порога дальности вообще нет - но размеры передающих антенн для такой радиосвязи запредельны - порядка 60 км в советских времён передатчиках - насколько я помню информацию из открытых источников).
Чем ниже частота - тем лучше радиоволна огибает препятствия, но при этом падает КПД компактных антенн (всё более и более длинные антенны нужны для эффективной передачи радиосигнала по мере уменьшения рабочей частоты).
Диапазон 27 МГц - наиболее низкий по частоте, в котором ещё можно применять компактные антенны в переносном варианте с достаточно высокой эффективностью получившейся антенн-излучающей системы.
В России в продаже широко представлены переносные радиостанции, работающие в следующих диапазонах частот:
1) 27 МГц (Си-Би, cb) - разрешён для гражданской радиосвязи физическими лицами без оформления каких-либо разрешений и без платы за частоту при условии работы с радиостанциями с уровнем мощности передатчика не более 4 Вт в режимах АМ (амплитудной модуляции - применяется в настоящее время только водителями-дальнобойщиками) и FM (частотной модуляции - обеспечивает наибольшую дальность и качество связи) и не более 12 Вт в режиме SSB (однополосной амплитудной модуляции - в переносных радиостанциях распространения этот тип модуляции не нашёл в силу необходимости постоянной подстройки рабочей частоты и низкого уровня помехозащищённости).
Импортные переносные радиостанции в диапазоне 27 МГц не отличаются продвинутыми параметрами (например, типичная избирательность по побочным каналам 60-65 дБ с провалом по зеркальному каналу до 40-50 дБ, применённая схема амплитудного шумоподавителя физически - в совокупности с параметрами приёмника - не может выделить из шума сигнал слабее 0,5 мкВ.
Отечественные переносные радиостанции диапазона 27 МГц производства Конструкторского Бюро Беркут (которое я представляю) имеют избирательность по побочным каналам на уровне 100 дБ с провалом по зеркальному каналу до 85 дБ (и ведутся работы по дальнейшему увеличению избирательности для обеспечения ещё более высокой помехозащищённости в перспективных моделях).
Эффективный спектральный пороговый шумоподавитель, применяемый в радиостанциях производства КБ Беркут, выделяет из шума уникально слабый сигнал 0,05-0,07 мкВ при малом числе ложных шумовых всплесков.
Также у переносных радиостанций производства КБ Беркут по-сравнению с импортными аналогами (переносными рациями диапазона 27 МГц) лучше параметры передатчика и существенно выше эффективность антенно-излучающей системы (которая должна настраиваться с учётом многих факторов - "земли" на печатных платах рации, руки оператора за счёт емкостной связи, для компактных антенн необходимо конструктивно обеспечить высокое резонансное усиление по частоте и т.д. и т.п.).
Вот сравнительные тесты работы в лесу наиболее популярной из импортных Си-Би (27 МГц) раций Alan 42 DS (в недавно появившейся новой версии с автоматическим шумоподавителем DS) и отечественных Си-Би раций серии Штурман:
В сравнении работы импортной переносной рации диапазона 27 МГц Alan 42 DS и отечественных раций диапазона 27 МГц серии Штурман (Штурман-80М и Штурман-90) особенно показателен (в том отношении, насколько важны для адекватной работы рации параметры приёмника, передатчика и антенно-излучающей системы) тест, в котором одна из точек связи находилась в городе, в 100 метрах от промышленной зоны (а остальные точки связи - после 700-метровой полосы городской застройки - находились в лесу).
В этом тесте Алан 42 отказался работать уже на первой - самой ближней (1,3 км) точке связи. А рации Штурман - соревнуясь уже не с выбывшим без борьбы Аланом, а с другими импортными переносными рациями(высокочастотными - 136-174 МГц и 400-520 МГц с выходной мощностью передатчика от 7 до 10 Вт) вышли в этом тесте победителями:
2) Диапазон 136-174 МГц - для гражданской радиосвязи в России не разрешён, что не останавливает многочисленных продавцов и покупателей. Для легализации надо либо на платной основе арендовать частоту в Радиочастотном центре с последующей регистрацией радиостанций в Роскомнадзоре, либо стать членом радиоклуба, сдать экзамен на соответствующую категорию, получить позывной, зарегистрировать рацию в Роскомнадзоре...
3) Диапазон 400-520 МГц - в котором есть выделенные для гражданской радиосвязи 69 каналов в диапазоне 433-434 МГц (LPD - с допустимой выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт) и 8 каналов в диапазоне 446 МГц (PMR - с допустимой мощностью передатчика 0,5 Вт). И в LPD, и в PMR также действуют ограничения на применяемые антенны (т.е. длинные автомобильные и стационарные антенны формально под запретом).
Продавцы в России под видом маломощных - не подлежащих регистрации - радиостанций продают мощные (2 Вт, 5 Вт и даже 10 Вт). Строго говоря - такие рации не являются разрешёнными для гражданской радиосвязи...
Радиостанции авиационного, речного и морского диапазона здесь рассматривать не будем - это достаточно дорогие и специализированные радиостанции для узкоспециального использования.
Так в каких условиях предпочтительны низкочастотные рации, а в каких - высокочастотные?
1) В условиях города гораздо лучше работают высокочастотные радиостанции (400-520 МГц). Это связано с несколькими факторами:
- низкий уровень природных и техногенных помех на этих частотах
- высокий КПД компактных антенн на этих частотах - т.к. они, по-сути, уже являются полноразмерными
- хорошо работают внутри зданий, в т.ч. железо-бетонных и монолитно-бетонных.
Проблемы со связью в городе на таких частотах могут возникнуть только при работе в условиях больших перепадов высот, а в случае ровного рельефа по дальности радиосвязи в условиях города рации на частотах 400-520 МГц опережают "низкочастотных конкурентов".
2) В чистом ровном поле хорошо работают рации любых диапазонов частот.
3) В условиях плотного леса и значительных перепадов высот в целом лучше работают низкочастотные рации (27 МГц), но только если у этих радиостанций высокая помехозащищённость (т.к. уровень и природных, и техногенных помех в низкочастотной части спектра выше) - т.е. хорошая избирательность (по побочным каналам, интермодуляционная и т.д) и эффективная схема шумоподавителя, способная обеспечить возможность работы со слабым сигналом без ложных шумовых всплесков. Этим условиям удовлетворяют производимые КБ Беркут переносные радиостанции диапазона 27 МГц
Рации диапазона 136-174 МГц в силу особенностей распространения радиоволн на этих частотах в целом неплохо справляются с задачей обеспечения устойчивой радиосвязи как в городе, так и в лесу. Проблемы со стабильностью радиосвязи могут возникнуть только в случае значительных перепадов высот. Единственным серьёзным недостатком подобных радиостанций является то, что для гражданской радиосвязи в РФ они не разрешены, для легализации требуются определённые усилия (описывал выше).
Приведу видео-отчёты о проверке работы переносных радиостанций диапазона 27 МГц (производства КБ Беркут) и группы импортных переносных раций диапазонов 136-174 МГц и 400-520 МГц (разных производителей, с выходной мощностью до 10 Вт) в условиях плотного леса и больших перепадов высот:
Аналоговые или цифровые радиостанции - порог дальности радиосвязи
Возвращаясь к комментарию в начале статьи - как правильно заметил автор комментария, у цифровых радиостанций - в отличии от аналоговых - есть вероятность ошибки в передаче пакета данных. Когда таких ошибок становится много - радиосвязь просто обрывается.
На предельном - определяемом условиями распространения радиоволн на частоте работы, эффективностью антенно-излучающей системы, рельефом местности, препятствиями, насыщенностью почвы влагой, характером растительности, параметрами приёмника и передатчика радиостанции - для связи расстоянии аналоговая радиостанция примет - хотя и на фоне возможных шумов - сигнал, а цифровая в таких условиях из-за большого числа накопившихся ошибок будет просто молчать.
Зато цифровые радиостанции обеспечивают более высокое качество радиосвязи на ближних и средних дистанциях - прежде всего в городских условиях в присутствии достаточно большого уровня техногенных помех, поэтому нельзя однозначно утверждать, что аналоговые радиостанции лучше цифровых и наоборот (подробнее об аналоговых и цифровых радиостанциях можно прочитать здесь).
Но для легализации использования цифровых радиостанций потребуется либо оплачивать аренду частоты в Радиочастотном центре с регистрацией радиостанции в Роскомнадзоре, либо стать членом Радиоклуба, сдать экзамен на соответствующую (1-2-3) категорию, получить позывной, зарегистрировать радиостанцию в Роскомнадзоре - т.е. узок круг революционеров, которые легально могут использовать цифровые радиостанции.
Видео о выборе переносных радиостанций с учётом условий радиосвязи и действующего законодательства:
Если Вам интересна тема переносных раций, посетите сайт отечественного разработчика и производителя средств радиосвязи Конструкторского Бюро Беркут.
Спасибо!
