Здравствуйте.

Я сделал устройство на покупном трансивере 2,4ГГц. Все работает хорошо, но когда устройство кладешь на землю (почва). Дальность падает в разы, может даже 10 раз - почти полная потеря пакетов. Поднимаешь на 1 метр над землей - все отлично, потерянных пакетов нет. 100% прямая видимость. Под землей никаких коммуникаций нет.

С чем это связано?

Антенна - штырь 1/4 волны на печатной плате, залитой общим передатчика. Мощность передатчика 60мВт.

Связанно с зоной Френеля

В присутствии земли ДН антенны за счет отражения от земли имеет изрезанный характер. Вдоль земли у нее формируется ноль, а первый максимум отжимается вверх. Чем ниже антенна, тем выше максимум и шире провал ДН. Поэтому при установке антенны на землю уровень сигнала резко падает. попробуйте расситать ДН антенны с учетом земли.

Какую антенну выбрать? И по какой литературе ее рассчитать? Печатную антенну с круговой диаграммой реально сделать?

Обратите внимание на поляризацию. В вашем случае при низкорасположенных антеннах предпочтительней будет вертикальная поляризация на обоих концах.

А с вертикальной поляризацией есть антенны с круговой направленностью?

А если на метр закопать?



Шутка, есичо.

Рассчитать влияние земли можно по любому учебнику распространения радиоволн, например, Черный или Долуханов. Что касается круговой ДН, то смотря что под ней понимать. Есть теорема, которая доказывает, что создание антенны фиксированной поляризации без нуля ДН во всем пространстве невозможно. Если говорить о круговой ДН во всем полпространстве, то поляризация в нем будет изменяться. Вблизи земли вертикальная поляризация подавляется слабее горизонтальной и потому на малой в длинах волн высоте поляризация поля всегда наклонная в направлении распространения. С ростом высоты эта связь меняется. Наилучшее приближение к всенаправленности может дать, пожалуй, варианты турникета. Если говорить о всенаправленной ДН по азимуту, то такую сделать можно.

Вы поставьте задачу, и если можно, укажите проблему. Тогда можно о чем то думать.

Известная проблема: в пластунском спецназе голову лишний раз не поднять. А техника новая в войска пришла!

Сомневаюсь, что эти учебники и расчеты помогут автору вопроса.
Обычно в таких учебниках рассматривается распространение радиоволн применительно к РРЛ и аналогичным системам, когда поверхность земли можно рассматривать буквально в виде "однородной" поверхности., препятствия характеризуются минимумом характеристик и т.д.
Ну и что можно получить в результате таких расчетов применительно к рассматриваемому тяжелому случаю? При обязательном расположении антенн на поверхности земли результат (дальность устойчивой связи) будет зависеть (в основном) от мощности передатчика , чувствительности приёмника и конкретных (на данной трассе в данное время) условий распространения.

Поэтому совет такой: если приёмная и передающая антенны должны обязательно быть на поверхности земли -а расстояние между ними небольшое (сотни метров), воспользуйтесь советом Ю.Потапова,:закопайте на глубину передающее устройство, только вместо антенны используйте коаксиальный кабель нужной длины (от передатчика до приёмника).
Если расстояния сравнительно большие: используйте традиционные технические решения.
И самое главное: если автор решил задать такой вопрос не только для демонстрации своей нетрадиционной технической ориентации, совсем не лишним было бы пояснить: а зачем надо антенну ложить (класть) на землю?

Задача простая - есть базовая станция на 2,4ГГц, 60мВт. Сюда можно ставить любую антенну на высоту до 1,5 метра.
Есть конечные станции, тоже 2,4ГГц, 60мВт. Они раскиданы по большой площади (до 9 кв км) прямо на земле (гарантированно антенной вверх). Высота антенны не более 5 см, в крайнем случае до 12 см. Антенну можно приподнять на высоту нескольких сантиметров от Земли.
Таким образом образуется сеть типа "звезда". Задача обеспечить устойчивую двунаправленную связь.

Еще можно сделать туже самую систему но на 900МГц. В этом диапазоне поглощение сигнала Землей тоже есть?



Закопать можно только один приемопередатчик. Второй должен лежать на земле.

На землю приемопередатчик кладется автоматом. Плюс приемопередатчик номер 2 должен иметь минимальные размеры

Тогда надо начать как обычно: с системных вопросов: выбор частот, мощностей, видов сигналов и т.п....

И так высота подвеса антенны 1.5 м (базовая), максимальное расстояние 1.6 км, вторая антенна на земле. Учтите ровной площадки без холмиков и оврагов, на таком расстоянии не бывает. Запросто может образоваться зона тени. 1 причина, по которой работать не будет.
Вторая причина. Мощность передатчика 17 дБм, затухание на трассе 160 дБм, чувствительность приемника -90дБм. Не хватает 53 дБ, где их взять? Сделать антенну базовой станции с таким усилением в горизонтальной плоскости можно, но это будет монстр.
Еще нужен запас на погодные условия 10 дБ.

Значит надо описать задачу еще более просто, не используя технические термины, не секретничайте, иначе задача останется не решенной.
Хотя возможно, решения не существует.

Откуда такая страшная цифра?

Ошибка вышла, пересчитал, получилось 140 дБ затухания на трассе. Даже при такой цифре 33 дБ усиления антенны, конструкция будет весомой.

Подьверждаю приведенные Вами расчеты. В зависимости от условий и расстояний потери на трассе могут достигать 138-155 дБ. Некторого улучшения можно добиться, поднимая антенну на одном или другом конце. но выигрыш при высоте установке 3 м на передатчике не превысит 10 дБ. Значит, нужно оптимизировать мощность. Цифры по дальности и "не связи" могу подтвердить многочисленными экспериментами.

Оптимизировать в данном случае -это увеличить. И если "не хватает 53 дБ", надо в соответствующее число раз увеличивать мощность.
Поэтому увеличение ("оптимизация" ) мощности в данном случае -это тупиковый путь.
Ещё раз повторю: надо начать с системных вопросов: выбора диапазона рабочих частот, вида сигналов, модуляции и т.п. (Интуиция подсказывает, что без сверхширокополосных сигналов в более низком диапазоне частот здесь не обойтись).
Автора темы подводит (как и многих, к сожалению) естественное желание использовать т.н. "готовые чипы".
Но не будем забывать, что различного рода "чипы" предназначены для вполне конкретных применений, решения достаточно простых задач, где нет элемента неопределенности в характеристиках трассы, уровнях сигналов , чувствительности приёмного устройства и скорости передачи.
Поставленная задача не является стандартной, поэтому и техническое решение должно быть не стандартным, основанным на оригинальной разработке.

Откуда дровишки, т.е. цифры? Затухание в свободном пространстве на расстоянии 1.6 км на 2.4 ГГц = 104 Дб.
Установка антенны на высоте 3м с одной стороны (при идеальной шарообразной форме земли) обеспечит прямую видимость более чем на 1.6 км, при условии что антенна с другой стороны из этой самой земли хотя бы торчит.
Конечно, если будет мокрая трава вокруг - совсем другое дело, но сколько ее будет в каждом конкретном случае - вопрос.

К сожалению, такова жизнь. Потери складываются как из прямых потерь в земле (немного), так и из образования провала в ДН за счет отражения от земли. А он становится при низком расположении антенны большой. Это и дает такое затухание по трассе. Такой харакетр отражения связан с, как его называют в книгах, полупроводниковым характером земли. Изменение высоты сильно улучшает ситуацию. Аналогичные процессы происходят и вблизи других полупроводниковых тел - соленой воды, тела человека. Правда, там в основном, идут прямые потери. Вблизи этих тел КУ антенны почти любого типа минус 15- минус 10 дБ.

Как вариант- перейти в более низкочастотный диапазон (140-220Мгц), например, и антенну "наземных" передатчиков сделать в виде тонкого упругого тросика или стальной проволочки высотой сантиметров 30.
при мощности в 10 мвт и полосе килогерц 10 такая система будет работать на расстояние в пару километров. Конечно, размеры направленной антенны на " базе" возрастут, но там 5/8 уже вполне сойдет.

Антенна должна быть малогабаритной (лучше плоской (не более 5 см в высоту)) и ненаправленной - от сюда и диапазон 2,4ГГц. Есть возможность перейти на диапазон 900 МГц с увеличением мощности до 100мВт. Хотя, упругая проволочка может тоже подойти.

Это многое изменит. 5см на 900мгц - почти четверть волны, после настройки работать будет еще достаточно эффективно.

Если полоса не широкая (10-20 МГц) антенну можно сделать на 900 МГц высотой 10=12 мм, на более низких частотах - пропорционально. С размерами проблем то особых не будет. Только вот затухание по трассе вблизи земли великоваты. Надо работать высотой антенны.

868МГц. Полоса частот 500кГц макс. мощность 100мВт. Антенна в 100 мм это предел. от земли до нижней точки антенны - 40-60мм. Земля может быть мокрая или даже лежать в снегу (до 30 см) Есть смысл делать такую систему? Систему делаю на покупных платах, надо определиться - заказывать или нет. Нужно получить 1500 метров устойчивой (99% информации должно быть получено приемником) связи.

Вы так и не указали объем и требуемую скорость передачи информации (или я не нашел?).

Трудно что то сказать не зная задания на проектирование, но попытка не пытка.
Дело не в мокрой земле, это не будет мешать. Снег - не помеха. Антенну можно сделать спиральной и размер будет по заданию. Но в воде это не будет работать из-за расстройки антенны. Можно для этой цели применить рамочную антенн, но КПД у нее мал.
Какие параметры у модулей должны быть не известно, т.е. неизвестно что покупать!?
Если вы это знаете, то вперед. Иначе при таком раскладе будет только мука.

9600 бод. Размер пакета без преамбулы - 4..30 байт.

При такой скорости должно работать.
Чувствительность приемника можно получить:
-174дБм(50Ом,300°К,1Гц) + 10log(√9600) + 10дБ(коэфф. шума) = -144дБм
Уровень сигнала на входе приемника:
+20дБм(100мВт) -155дБ(затухание) +6дБ(усиление приемной антенны) = -129дБм

Если можно уменьшить скорость, то можно получить и больший запас по сигнал/шум.

Такого не бывает. В расчете ошибка.

Да, корень для полосы здесь лишний.
Итого должно быть -134дБм.

Не учтена полоса пропускания приемника. и требуемое соотношение сигнал/шум на входе демодулятора.

Есть во такая формула еще интересная:
D=sqrt((R3+h1)^2-R3^2)+sqrt((R3+h2)^2-R3^2)
Rз=радиус земли(6370км) h1,h2-высоты антенн
или упрощенная т.к. Rз>>h1,h2
D(км)=3.57(srqrt(h1)+sqrt(h2)) h1,h2 вероятно в метрах)))
Препод по военке давал такую

не в тему.