Урожай в полях подрос. Запускать ракеты стало неудобно. К тому же приехали платы из JLCPCB. Исследуем разработки pinko в области «дальней радиосвязи».
Про исследуемые платы/модули снял отдельное кино.
Цель «исследований»:
- Проверить модули LoRa от pinko, построенные на SX1278, в качестве передатчика и приемника.
- Проверить отличия в уровне сигнала при использовании различных антенн диапазоно 433 МГц
- Проверить диаграммы направленности антенн в разных плоскостях
- Разработать ПО для Android для регистрации уровня сигнала на местности с привязкой к координатам (замер дальности связи)
Методика общая:
Передатчик фиксируется в одном положении. Приемник (и антенны) перемещаются относительно передатчика. Замеряется уровень сигнала в различных положениях приемника (приемной антенны).
Методика проверки антенн:
- Передатчик формирует пакеты данных одной длинны с одинаковой мощностью с периодом в пять секунд. В передаваемом пакете есть номер пакета, время от включения передатчика, уровень напряжения.
- На приемной стороне антенна фиксируется в определенном положении. Для каждого положения регистрируется 5…10 пакетов (в память регистрирующего устройства (смартфона) записывается содержимое принятого пакета и уровень сигнала).
- Положение антенны меняется (в горизонтальной плоскости с шагом 30 градусов, в вертикальной — 45 градусов)
- По таблице полученных данных проводится усреднение показаний по каждому положению антенны и строится лепестковая диаграмма.
Описание «исследуемых» объектов:
Передатчик собран на плате от JLCPCB. В варианте для тестирования на плате установлен контроллер (ESP-12F на ESP8266) и радиомодуль LoRa от pinko, выполненный на SX1278, используется отдельный ТСХО на 26МГц (в этом отличие от типовых модулей LoRa, например E19-433M20SC от E-byte). Антенна используется — обычная «спиралька». Питание от PowerBank 5В. На плате установлены стабилизаторы на 3,3В. SX1278 в режиме передачи настраивается на уровень сигнала 2dBm (менее 2мВт), используется модуль с максимальным выходом 20dBm (100мВт).
 |
 |
Приемник в виде макета — содержит контроллер на Arduino NANO, специальный модуль LoRa на SX1278 с малошумящим усилителем на входе приемника, цепи питания и согласования уровней. Питание макета осуществляется от OTG разъема смартфона через USB разъем Arduino NANO. Принятые пакеты транслируются в смартфон, отображаются на его экране и записываются в его память.
 |
 |
Антенны. «Исследованию» подверглись несколько антенн.
 |
 |
- «Обычная спиралька» с Алиэкспресс на 433МГц. Уровень сигнала с антенны замерялся в плоскости перпендикулярной направлению на излучающий сигнал. Ее хорошо видно на фото передатчика.
- PCB антенна «зигзагообразная» (на фото она снизу — как бы удлиненная — «хвостик» R39 для 315МГц не подключен). Проверялась диаграмма направленности в двух положениях: вертикально — плоскость антенны поворачивал на 360 градусов от направления на излучение; горизонтально — все тоже, но «зигзаги» антенны параллельны земле.
- PCB антенна «Z-образная» (на фото она сверху — покороче, на самом деле антенны одинаковы по длине, если растянуть зигзаги — получится примерно 1/4 волны). Проверялась в тех же режимах.
- Четвертьволновый штырь (отрезок провода длиной 17 см). Так же как для «спиральки» уровень сигнала с антенны замерялся в плоскости перпендикулярной направлению на излучающий сигнал.
- Отсутствие антенны (откусил провод из предыдущего абзаца, осталось на плате примерно 2 см). Так же как для «спиральки» уровень сигнала с антенны замерялся в плоскости перпендикулярной направлению на излучающий сигнал.
Результаты «исследования» антенн
«Обычная спиралька» (желтая кривая) — 0 соответствует вертикальному положению, 90 градусов — антенна повернута по часовой стрелке (вправо). 180 — антенна вертикально «смотрит вниз». Уровень сигнала в dBm.
Четвертьволновый штырь (синяя кривая на фото выше). Все тоже самое: — 0 соответствует вертикальному положению, 90 градусов — антенна повернута по часовой стрелке (вправо). 180 — антенна вертикально «смотрит вниз». Уровень сигнала в dBm.
«Без антенны» — такой же тест. Это оранжевая кривая на графике выше.
PCB антенна «зигзагообразная». Положение вертикальное (оранжевая кривая на скриншоте ниже). Плоскость антенны поворачивается вправо (по часовой стрелке) сохраняя вертикальное положение. Плоскость вращения — параллельна земле. 0 градусов — плоскость антенны смотрит на излучение. Уровень сигнала в dBm.
PCB антенна «зигзагообразная». Положение горизонтальное (синяя кривая на скриншоте выше). Плоскость антенны поворачивается вправо (по часовой стрелке) сохраняя горизонтальное положение. Плоскость вращения — параллельна земле. 0 градусов — плоскость антенны смотрит на излучение. Уровень сигнала в dBm.
PCB антенна «Z-образная». Положение вертикальное (синяя кривая на рисунке ниже). Плоскость антенны поворачивается вправо (по часовой стрелке) сохраняя вертикальное положение. Плоскость вращения — параллельна земле. 0 градусов — плоскость антенны смотрит на излучение. Уровень сигнала в dBm.
PCB антенна «Z-образная». Положение горизонтальное (оранжевая кривая на рисунке выше). Плоскость антенны поворачивается вправо (по часовой стрелке) сохраняя горизонтальное положение. Плоскость вращения — параллельна земле. 0 градусов — плоскость антенны смотрит на излучение. Уровень сигнала в dBm.
Выводы
По уровню сигнала лучше всех — четвертьволновый штырь, после него «спиралька», остальные антенны примерно на одном «ужасном» уровне.
По направленности — все (кроме четвертьволнового штыря) антенны имеют практически «всенаправленную» диаграмму. Штырь, когда перпендикулярен излучающей антенне дает существенно меньший уровень сигнала, хотя и много больший, чем другие антенны.
Как компромиссный вариант, использование «спиралек» вполне оправдано.
Проверка ПО и дальности
После проверки антенн надел приемник на голову,
 |
 |
спрятал передатчик под лавку
 |
 |
и отправился в поле — смотреть как сигнал далеко ловится, как работает программа регистрации. Надо сказать. что рожь выросла выше роста человека!
… высота «пичков» пропорциональна уровню сигнала…
Итог: при мощности излучения менее 2 мВт, получилась дальность 600 метров (хотя на таком расстоянии не все пакеты приняты).
Файлы
Программа для Android (регистрация данных) GPScalcAndSaveFile_2