В первой части статьи “Sub-GHz во Flipper Zero и бесконечное множество внешних модулей” мы рассмотрели модули для Flipper Zero, работающие в до-гигагерцовом диапазоне, а именно на частоте ±433MHz. И как известно, в радио важно не только, как ты преобразуешь цифровой сигнал в аналоговый (в нашем случае это  делает микросхема CC1101 в модуле),но и чем ты передаешь и принимаешь сигнал, т.е. антенны. Сейчас о них и поговорим и так же сделаем сравнение их между собой + покажем как далеко

Дельфин с антенной <3

Простейшая антенна для определенной длины волны — это вибратор длиной в четверть этой самой волны. Такой антенной может стать кусок проволоки или даже гвоздь. Для 433MHz четверть — это 173мм, так что можно взять гвоздь-на-200, отрезать от него 27мм и у вас будет антенна-штырь на ±433MHz, и она будет даже сносно работать.

Кроме штырей есть ещё  диполи, J-Антенны, Яги, и тысячи других. Так вот об этом и поговорим и замерим самые популярные антенны, которые используются в коммьюнити, и выберем самую оптимальную для определенных задач.

Пипирка

В нашем случае с модулями приходит антенна длинной всего пару сантиметров (главное не длина, а точность и хорошая работа). Здесь эффективность антенны принесена в жертву её габаритам. В целом если посмотреть, то это самая компромиссная антенна, которая “просто работает” и не самая большая по размеру, что позволяет ее переносить в кармане.

Эту антенну отправляют в комплекте с Sub-GHz модулями, и большинство продавцов, с кем я общался, проверяют антенны и подстраивают их до нужной длины.

На рисунке показан график КСВ (коэффициента стоячей волны) антенны  в зависимости от частоты. Не будем углубляться в подробности, но чем он меньше, тем меньше энергии отражается обратно к передатчику и тем лучше. Идеальный показатель — 1, меньше не будет. КСВ не показывает, насколько хорошо антенна излучает (резистор в 50 Ом в данном случае покажет отличный результат на всём диапазоне вообще, хотя и ничего излучать не будет), а без правильного  согласования антенны и передатчика хорошо излучать ничего точно не будет. Так что для начала нам надо добиться наименьшего возможного КСВ на нужных нам частотах. 

Тут ярко-зеленым — показатели настроенной антенна, а приглушенным зеленым — не настроенной. 

Как видим, на настроенной, даже такой маленькой, антенне мы получили очень даже хороший показатель 1.24 КСВ. Неплохая заявка.

Антенны для раций, а то там же тоже 433 (но не только)

Антенны на рациях настроены на другие диапазоны. Например, всеми любимый Baofeng UV-5R работает в двух диапазонах VHF (136-174 МГц) и UHF (400-520 МГц). А “убийца баофенга” Quansheng UV-K5 работает на прием и передачу в VHF 136-174 / UHF 400-480 МГц, и только на прием: 50-76, 108-136 (АМ), 174-350, 350-400, 470-600 МГц. Как видите, тут история такая же как и со встроенной антенной флиппера, которая должна работать компромиссно.

Ярко-зеленая — Baofeng , приглушенно зеленая — MIDLAND . Важно отметить, что у баофенга антенна двухдиапазонная, она еще и на двухметровый диапазон работает. Обе они широкополосные и на всем интересующем нас диапазоне КСВ больше 3 не понимается.

Тоже вполне неплохо, хотя нам такая широкая полоса как-бы и ни к чему.

Нагоя (nagoya)

Про нагою ходят легенды, но на самом деле для гражданского сегмента она не сильно-то и нужна, а по факту она только длиннее и немного неудобнее.

Ну такое, согласование похуже, чем у штатной резинки даже (она приглушенно зеленая). Тут конечно дело ещё в том, что на 144МГц она себя ведёт получше, но это сейчас вне поля наших интересов.

Штыри и телескопические антенны (вертикаль)

Такие штыри и телескопы можно купить на али, или поискать где-то телескопическую часть от старого телевизора, выдрать её из ненужного приёмника, ну, короче, как-то найти/купить.

Регулярный паттерн - это влияние кабеля, его можно не учитывать (откалибровать измерительный прибор на такую антенну не вышло - некуда подсоединять эталоны на конце кабеля, сорян).

Как видим, согласование более чем неплохое, 1.34. Да и полоса достаточно широкая, пару мегагерц вверх будет точно не хуже (хотя тоже, зачем? Почти всё что нам нужно на 433.92).

Про антенну DBTV и говорить особо нечего, согласование плохое, хорошей эффективности не стоит ждать точно.

И распиаренный диполь

Все его хвалят и рекомендуют, но чего-то супер-крутого от него мы не смогли получить, кроме большей направленности, чем у предыдущих антенн.

3.23???? Такое. На 460+ МГц он себя явно лучше покажет, но это далеко от интересной всем частоты. Лучшая направленность, конечно, скажется в положительную сторону.

Возможно конкретно наш экземпляр оказался коротковат, и если приделать ему усы длиннее, то будет другой разговор, но имеем, что имеем.

Яга (Уда-Яги)

Ну такое не купить, а самому проще сделать. Ничего сложного, просто соблюдать все размеры, а получается настоящая пушка!

В измерениях участвуют 2 антенны, одна ярким зеленым, вторая приглушенно зеленым. Обе не хуже 1.56 согласованы, очень неплохой результат (для второй антенны вообще с первого раза попадание, ничего не пришлось подстраивать).

Расстояния, длины, мощности и “рекорды”

Куда же без рекордов. Пробовали мы чатицца на стандартные пипирки, но они больше 50 метров связь уже не давали. Может ещё дело в шумной городской среде, но тем не менее, 50 метров — мало, хочется дальше!

Мы возьмем направленную антенну Яга (Уда-Яги) и на ней остановимся поподробнее. Как говорили в прошлой статье, людям хочется “быстрее, выше, сильнее — вместе” поэтому мы пойдем мерить насколько далеко мы сможем передать информацию флиппером с внешним модулем без усилителя.

Мы посидели над картами и выделили три расстояния, чтобы и точные расстояния были, и вам показать красоты Ульяновска :) 

Фотографии с правого берега с видом на Нижнюю террасу (она даже ниже уровня Волги)

Фотки с левого берега, с дамбы, которая защищает Нижнюю террасу от Волги

Первый рубеж для нас был почти 4 км. И знаете, на этом можно было бы и остановиться, потому что “да кому надо ворота на 4 км открывать?”, но нас такой уверенный результат на 10 mW на 4 км не остановил.

Дальше уже было 9 км

Снова тот же правый берег (удобное место получилось), но другой и не такой солнечный день

А это с Верхней террасы на левом берегу, из тепла, и все так же в прямой видимости центр города

Ну и ещё мы сделали замер уже на 12 км, пришлось поехать за город на дачу.

Снова то же место, тот же правый берег

Красный Яр, вид с другой стороны моста через огромную Волгу

Дальше уже не стали мерить, потому что кому в здравом уме придет мысль открывать шлагбаум через 12 км прямой видимости, да и пробираться через леса не хотелось :) Поэтому летом померим, как на природу начнем выезжать.

Результаты

Ну и ещё немного лабораторных результатов, которые объяснят, почему же на простой пипирке получается всего 50 метров (Виктор quen0n делал замеры с двумя пипирками и внешними модулями и получил 150 метров уверенного приема-передачи), а на направленной Уда-Яги вышло на 2 порядка больше.

Согласование антенны — это одно дело, а эффективность её излучения — дело немного другое. Если антенна плохо согласована, то часть энергии просто отразится обратно в передатчик, и даже потенциально не сможет быть излучена и поработать во благо (а может и спалить передатчик, если он к такому не готов). Но даже если ничего назад не отражается, то антенна может просто превратить её в тепло (и сколько-то неизбежно превратит, резистор например хорошо согласуется, но всё просто превращает в тепло, нам такое явно не надо).

Так вот, эффективность антенны мы замерим приёмником, излучая с некоторого расстояния, и проверяя уровень сигнала на нём. Данные, конечно ,получатся относительными, но это даёт неплохое представление о том, что и насколько эффективно работает.

Как видно, все ненаправленные антенны дают ± одинаковые показатели: те, что похуже согласованы, похуже и работают, та, что получше — даёт результат получше, но не радикально. И только направленная Уда-Яги резко вырывается вперед, аж на 15dB от среднего. А это раз в 30 с небольшим.

То есть при той же мощности передатчика мы неплохо так сконцентрировали энергию в одну сторону. И так же усилили приём с одной стороны, ослабив все помехи с других направлений.

Так что прям магии не произошло, на Луне нас всё равно не услышат, но вот значительное улучшение — налицо. Расплатились за это габаритами, к сожалению, по-другому не получается никак. Но тут сам факт такой дальней связи такой малой мощностью делает на душе приятно.

Теперь маленькая ложка дёгтя

Хоть мы и провели такой эксперимент, и полностью легально даже, буква закона говорит, что простому человеку без радиолюбительского позывного можно пользоваться для своих передатчиков более простыми и менее эффективными антеннами.

Наша направленная антенна явно обладает большим чем, 3dB коэффициентом усиления, так что рекомендуем для того, чтобы самим пользоваться такими пушками получить заветный позывной хотя бы 3 категории, и соблюдать простые правила вежливости в эфире, чтобы не создавать проблем никому из окружающих, ведь эфир общий, один на всех, и сделать его побольше никак не получится.

Про это и другие нюансы мы расскажем на встрече 0x09 DC78422 в Ульяновске в рамках доклада “Радио - законы писаные и неписаные”. Приезжайте-приходите :)