Описание системы

Имеется система, состоящая из 3х микроконтроллерных приборов: базового, мобильного и летающего (названия условные). Все три прибора состоят из микроконтроллера и приемопередатчика Si4432B1.

Все работают на частоте 433.95МГц GFSK модуляция, выходная мощность +20dBm, схемы согласования с антенной одинаковые. Передается пакет (фрейм) из 20 байтов. Режим комнадно - информационный. Базовый прибор передает команду, а один из остальных приборов¸ соответствующий переданному адресу, передает ответ. Обмен идет непрерывно.

Базовый контроллер управляется от ПК по USB.
Базовый и мобильный приборы имеют фирменную штыревую ¼ волновую антенну и могут работать только на поверхности земли.
Летающий прибор может работать как на земле, так и на высотах до 4 км. Он представляет собой шар с диаметром 4 см внутри которого, кроме вышеуказанных микроконтроллера и приемопередатчика, расположена литиевая батарея емкостью 1,5 ВА, а также приемник GPS. Антенна согласована – спираль длиной ¼ длины волны, земля имеет круг диаметром 3,5 см.

Результаты экспериментов

При проведении экспериментов на земле многократно зафиксирована уверенная связь на расстоянии 4,3 км по прямой видимости как между базовым прибором и мобильным, так и между базовым прибором и летающим!

Однако при проведении экспериментов между базовым прибором и летающим прибором находящимся на высоте 100 м устойчивой связи не зафиксировано!!!

Предполагаемые причины и возможные варианты решения проблемы

Поскольку я сам являюсь специалистом по микроконтроллерам и слабо знаком с особенностями АФУ и РПРУ, я попробовал обратиться за помощью к более сведущим специалистам.

На весь Кишинев удалось найти только трех специалистов, и то – эксплуатационников, которые что-то смогли посоветовать. Далее публикую три версии причин происходящего:

1. Первый сказал, что наземные штыревые антенны имеют при вертикальном расположении штыря диаграмму направленности типа “бублик”. Т.е. в направлении земли и чувствительность при приеме и мощность при передаче максимальны. За счет этого зарегистрирована полученная дальность 4,3 км. Когда связь осуществляется между базовым прибором и летающим над ним – и чувствительность базового прибора, и мощность излучения при передаче МИНИМАЛЬНЫ!!! Выходов из этой ситуации может быть несколько:

a. Можно создать конструкцию базового прибора с 5 антеннами, одна из которых неподвижна, а остальные наклонены на 30-45 градусов в 4 противоположные стороны. Необходимо принимать данные от каждой антенны отдельно, и при получении валидного фрейма передавать его в ПК.

b. Можно создать прибор с одной вращающейся антенной, наклоненной от вертикали на 30-45 градусов. За счет того что обмен фреймами ведется постоянно, команды многократно повторяются и время передачи всего 3-4 мС – фрейм гарантированно будет принят при определенном положении антенны. Проблематичным в данном случае представляется физическая связь (интерфейс) между вращающейся антенной и неподвижной частью прибора. Кроме того, вероятное искрение будет источником помех для антенны.

2. Второй специалист сказал, что в летающем приборе очень малый по площади отвес антенны, определяемый площадью печатной платы. Когда прибор на земле, площадь отвеса увеличивается за счет паразитных емкостей с землей. При этом отмечается хорошая связь. Когда же прибор далеко от земли – хотя бы на высоте более 20 м – паразитные емкости значительно уменьшаются и связь отсутствует.
Специалист предлагает что-то сделать с землей летающего прибора.

Прошу специалистов высказаться и помочь в решении описанной проблемы.

С Уважением,
Onic777