что такое рация трансивер
Что такое трансивер?
Описание и основные виды трансиверов, используемых в радиосвязи
Трансивер
Согласитесь, довольно часто мы слышим загадочное и непонятное слово «трансивер», причем используется оно в различных сферах деятельности. По своей сути трансивер является устройством приема-передачи различных сигналов между объектами, находящимися на определенном удалении друг от друга. Сам термин появился в результате симбиоза двух английских слов: transmitter и receiver, передатчик и приемник соответственно. Этот небольшой экскурс в историю образования термина во многом объяснят обширность его применения. На данном этапе своего развития человечество активно использует приемопередающее оборудование практически во всех сферах своей жизнедеятельности. Так, свет увидели сетевые трансиверы, КВ-трансиверы, рации трансиверного типа и многое другое. В данной статье мы сузим область наших интересов и поговорим только о тех трансиверах, которые используются в радиосвязи.
Итак, трансивер представляет собой рацию, где основные функциональные узлы (гетеродины, усилители, фильтры и прочее) осуществляют работу в двух направлениях (прием\передача). Подобный процесс требует автосогласования приемных и передающих частот. За счет представленных особенностей строения и реализации переговорного процесса, в трансивере присутствует меньше органов управления, что существенно облегчает всю конструкцию.
Следовательно, каждый трансивер представляет собой рацию, но далеко не каждая рация является трансивером. Хотя, справедливости ради, стоит отметить, что в настоящее время радиостанции все чаще создаются по трансиверной схеме (с объединенными оперативными узлами).
Трансивер: преимущества
Чуть выше мы уже коснулись основных преимуществ трансивера, но для полного раскрытия образа, следует еще раз определить наиболее важные плюсы:
Трансивер: принцип работы
Сам по себе процесс работы трансивера абсолютно не сложный и любой радиолюбитель знает его достаточно хорошо. Схематично это выглядит так: антенна приемного элемента ловит поступающие электромагнитные сигналы, которые сразу передаются на источник переменного тока и там проходят первичную обработку от шумов. После этой процедуры сигнал проходит дальнейшую очистку с помощью специальных фильтров, усилителей и прочее. На данном этапе происходит вычленение и усиление необходимой информации. Далее в работу вступают генераторы и синтезаторы частот, именно они обеспечивают движение сигнала и, в зависимости от необходимости, меняют длину волны, выполняют преобразование частот и тд. В конечном итоге модифицированный сигнал поступает на передатчик.
Как видно из схемы, помимо двух основных элементов, в трансивере находится еще ряд функциональных узлов, которые проводят все внутренние операции с сигналами.
Поскольку организация работы трансивера в принципе довольно простая, то радиолюбитель может создать образец трансивера самостоятельно. Это было особенно распространено несколько десятилетий назад, когда телевидение было черно-белым, а об интернете могли только мечтать.
Трансивер: виды
В области радиосвязи существует несколько классификаций трансиверов:
По волновому диапазону:
КВ-трансивер. Как видно из названия данный трансивер работает исключительно с короткими волнами (3-30 МГц) и может транслировать информацию на достаточно большие расстояния при относительно малой мощности. На одной небольшой территории могут работать сразу несколько КВ-трансиверов, абсолютно не мешая друг другу. Работа с короткими волнами подразумевает не только пользование их преимуществами, но и нивелирование их недостатков. Так, КВ имеют различную проходимость в зависимости от времени суток, а иногда наблюдается непродолжительное замирание волн. Производители КВ-трансиверов учитывают все эти особенности и разрабатывают свои продукты соответствующим образом.
УКВ-трансивер. Этот приемопередатчик использует волны УКВ (30-300 МГц). Их главной особенностью является распространения только в диапазоне прямой видимости.
Любительский трансивер. К этой категории относятся те модели, которые применяются для организации связи между непрофессиональными абонентами в строго регламентированных частотах. Любительский трансивер, как правило, оснащен богатым внешним функционалом (дисплей, программируемые клавиши, регуляторы).
Профессиональный трансивер. Чаще всего он используется в военных и силовых структурах, для обеспечения оперативной связи, например на учениях. Органов управления обычно немного, поскольку функциональные задачи профессионального трансивера ограничены и подчинены одной единственной цели – установлению качественного соединения в нужное время.
Компания Маринэк предлагает широкий выбор любительских и профессиональных КВ-трансиверов от таких именитых производителей как Icom, Yaesu, Alinco.
Что такое радиостанция (рация)?
Портативные радиостанции, автомобильные рации наземного применения
Радиостанция (рация): принцип работы
В широком смысле радиостанция обозначает техническое устройство или комплекс устройств, которые производят обмен данными посредством радиоволн. Как видно из определения радиостанцией можно назвать довольно большой круг приборов. В данной статье мы затронем непосредственно сухопутное приемопередающее оборудование.
Радиостанция (рация) состоит из двух основных элементов: приемника и передатчика, которые имеют общие узлы. Для лучшего понимания принципа работы рации, рассмотрим более подробно данные элементы.
Приемник радиостанции отвечает за преобразование радиочастотных сигналов в привычные для человеческого слуха акустические колебания. Современная радиостанция использует двойное преобразование частот, с помощью которого улучшается качество воспроизводимого голоса. Сначала принимаем сигнал (С) отфильтровывается и усиливается, далее происходит понижение по частоте и перевод С на специальный дешифратор, который вычленяет из всего потока информационную составляющую. Затем происходит еще одно усиление и вывод уже обработанных звуковых данных на динамик. Это довольно общая схема работы приемника, которая доступным языком объясняет принцип и особенности его функционирования.
Передатчик рации выполняет диаметрально противоположные действия: преобразует данные (чаще всего это голос, но могут быть и текстовые сообщения) и отправляет его с помощью радиоволн к другому абоненту. Приблизительно этот процесс можно описать так: передаваемая информация наслаивается на выбранную частоту и передается посредством антенны в эфир. Строение приемника и передатчика схоже, поэтому здесь мы рассмотрим только один узел, имеющий принципиальное различие. Если приемник при своей работе задействует дешифратор, то передатчик – модулятор. Модулятор преобразует голосовую информацию в радиосигнал по определенным правилам.
Радиостанция (рация) получила широкое распространение в годы Второй мировой войны, когда необходимость в оперативной связи на дальних расстояниях возросла в геометрической прогрессии. К слову, стационарная радиостанция уже использовалась в то время, однако она была довольно громоздкой. А вот в военные годы появилась первая портативная радиостанция (рация). Ее спроектировали инженеры фирмы Motorola. И хотя она и называлась носимой, от современных раций ее разделяет огромная пропасть различных модификаций и изменений.
Радиостанция (рация): классификация
Сухопутная радиостанция (рация) имеет множество различных классификаций, основным из них мы уделим должное внимание.
По мобильности: 
По типу пользователя:
По принципу работы:
Также все рации имеют различные степени защиты от пыли и влаги. Так, некоторые радиостанции могут исправно функционировать даже после длительного погружения под воду.
Радиостанция (рация): частоты
Каждая сухопутная радиостанция (рация) работает в определенном диапазоне частот (ДЧ). Условно все частоты можно разделить на 2 большие категории: безлицензионные (не требуют регистрации рации и разрешают свободное пользование) и лицензионные (требуют получение специальной лицензии). Основные рабочие частоты (Ч) современных раций.
CB (27 МГц) – гражданские частоты. Радиостанция (рация), работающая на данной Ч, с выходной мощностью до 10 Вт не требует регистрации или лицензирования (на территории РФ). Часто используются дальнобойщиками или таксопарками.
LPD (433,075-434,775 МГц) – безлицензионный диапазон для маломощных радиостанций.
Радиостанция (рация): как выбрать
Для начала пользователь должен определиться со сферой применения рации и основными задачами, которые она должна решать. Например, если вы хотите отправиться на рыбалку и просто переговариваться со своими товарищами, находящимися на противоположном берегу, то вам совершенно необязателен расширенный функционал или получение лицензии.
В то же время шахтерам, трудящимся во взрывоопасных условиях, будет крайне необходима такая особенность, как искробезопасность радиостанции.
Как только пользователь определился с задачами, он может приступать к выбору радиостанции. Основные характеристики, на которые стоит обращать внимание:
Прочие характеристические особенности рации являются второстепенными.
Любительская КВ радиосвязь, часть 1 — наблюдатель
Редкое в наше время, почти ушедшее понятие «радиолюбитель», «КВ радиоспортсмен» еще каких-то 15-20 лет назад было интригующим. Энтузиасты с паяльником в руках разбирали схемы, обменивались идеями, новыми конструкциями приемо-передающих устройств. Проявляли недюжинную смекалку в поисках нужных радиодеталей в условиях всеобщего дефицита.
В условиях, когда и обычный стационарный телефон был не в каждой квартире возможность устанавливать связь, общаться с тысячами радиолюбителей и познавать мир было настоящим чудом. Именно так я и приобщился к этой большой семье.
Увлечение началось с похода в местный клуб ДОСААФ при котором была радио-школа, радиоклуб и коллективная радиостанция RZ4AWB. Именно там меня заинтересовали многогранностью любительской связи на КВ волнах. Это и просто работа в эфире, и охота за DX станциями (редкими и дальними), наблюдение за работой радио-экспедиций и участие в соревнованиях. Да и просто возможность связаться с разными континентами земного шара. Одна мысль о такой возможности будоражила воображение.
Категории радиолюбителей-коротковолновиков разделяют на две большие группы – тех, кто проводит сеансы радиосвязи (QSO) и наблюдателей. Несомненно, для знакомства с радиосвязью проще начинать именно с наблюдений, набираться опыта, изучать как работают опытные радиолюбители, постигать этикет радиообмена.
Именно как наблюдатель я и начал свое путешествие по радиоволнам. Написав заявление и получив свой первый позывной наблюдателя. UA4-156-1538! Практически в тот же день в аппаратном журнале появились первые записи о радионаблюдениях, чуть позже радость от первых полученных QSL карточек.
Забегая вперед скажу, что увлечение КВ связью, практика радиооператора и изучение устройства приемо-передающей аппаратуры и антенного хозяйства дали мне неоценимые знания, которые очень помогли во время службы в ВС России в подразделении связи.
Вообще говоря, радиоспорт подразумевает несколько направлений: спортивная телеграфия, спортивная радиопеленгация («охота на лис»), многоборье радистов, радиосвязь на КВ и УКВ. Именно про последний вид я и постараюсь немного рассказать.
Аппаратная часть любительской радиостанции
Оборудование любительской КВ радиостанции может состоять как из отдельных блоков приемника и передатчика, так и объединенного устройства, называемого трансивер. А также их комбинациями, что не редкость особенно при участии в соревнованиях. Плюс антенное хозяйство. Как правило, трансивер рассчитан на все любительские диапазоны радиосвязи и покрывает частотный диапазон 0,1 – 30 МГц, но начинающим радиолюбителям будет достаточно и 1-2 диапазонного устройства для постижения азов, а вот приемник желательно иметь многодиапазонный. Частота приемника и передатчика в трансивере совпадают, что упрощает оперативную работу в эфире.
Любительскую аппаратуру можно собрать и самостоятельно, однако это требует соответствующей квалификации радиолюбителя, опыта в постройке устройств такого класса, измерительной аппаратуры. Как и в любом деле оснащенность рабочего места имеет решающую роль.
Наблюдателю в этом плане требуется лишь приемник, но от его качества и в первую очередь чувствительности принимающего тракта зависят спортивные результаты. Я начинал с лампового приемника от какой-то военной радиостанции, весил аппарат непомерно много подчеркивая своей броней силу советской армии. Затем, взявшись за паяльник по журналам «Радио» и «Радиолюбитель» были собраны более современные приемники, что сразу сказалось на качестве приема.
Большое значение для качественной работы имеет антенное хозяйство радиолюбителя. Значительную сложность здесь представляет установка и содержание качественной антенны на значительной высоте от земли, а при использовании мачты на крыше многоэтажки требуется еще и получение разрешительных документов на установку, что не всегда возможно в принципе. Да и соседи не будут сильно в восторге, если только вы сами не живете на последнем этаже. Я слышал, что некоторые увлеченные радиолюбители даже меняли место жительства из-за своего хобби и возможности полноценно заниматься радиосвязью.
Радиолюбители устанавливают антенны по пространственным возможностям и соответствию выбранному диапазону работы в эфире. Немаловажным аспектом является возможность установки мачты, однако существенно увеличивает стоимость и не везде доступно. Распространенными антеннами признаны полуволновый диполь, антенна inverted V(разновидность диполя), треугольник или квадрат с периметром равным длине волны, «грайнд плейн» groung plane. Большинство других типов антенн являются производными. Важна также ориентация антенны в пространстве и отсутствие препятствий в виде высотных домов линий электропередач.
Основными видами работы в эфире является SSB – телефонная однополосная модуляция и CW – телеграф с амплитудной модуляцией (необходимо знать азбуку Морзе), но вкупе с компьютером становятся доступны такие виды связи как телетайп RTTY, пакетная связь и телевидение с медленной разверткой (SSTV). Каждый вид радиосвязи соответствует определенной КВ категории радиолюбителя. В России категории радиолюбителей разделяются на 4 класса и зависят от результатов квалификационных экзаменов и наличия аппаратуры для работы в соответствующих частотных диапазонах, а также участием в соревнованиях, наличием дипломов. Переход на более высокую категорию возможен не чаще раза в год.
Радиолюбительские и Q коды
НАМ – радиолюбитель-коротковолновик
CALL SIGN – позывной сигнал радиостанции
BAND – диапазон частот
LOG BOOK – аппаратный журнал
CQ – внимание всем
DX – редкая радиостанция
73! – Наилучшие пожелания, передается в конце сообщения
Радиолюбительские коды не ограничиваются приведенными выше, общее их количество насчитывает сотни, а часто используемые ограничивается десятками. При работе телеграфом (CW) имеет значение длина каждого передаваемого слова, поэтому введены обозначения названные Q кодом. Q код используется и при работе телефоном (SSB) как удобное международное сокращение терминов.
Примеры Q кода:
QSL – карточка квитанция подтверждения радиосвязи
QSO – сеанс радиосвязи
QTH – место жительства
QRL – запрос свободна ли частота
QRT – прекратите передачу
QRA – как называется ваша радиостанция?
QRZ – кто меня вызывает?
QUA – Есть ли у вас известия?
Полоса распределения любительских частот
1810 — 2000 кГц 1,8 МГц или 160 метров
3500 – 3800 кГц 3,5 МГц или 80 метров
7000 – 7200 кГц 7 МГц или 40 метров
10100 – 10150 кГц 10 МГц или 30 метров
14000 – 14350 кГц 14 МГц или 20 метров
18068 – 18318 кГц 18 МГц или 17 метров
21000 – 21450 кГц 21 МГц или 15 метров
24890 – 25140 кГц 24 МГц или 12 метров
28000 – 29700 кГц 28 МГц или 10 метров
Радиолюбителям доступно 9 отрезков коротковолновых (КВ) диапазонов, основными из них являются 160, 80, 40, 20, 15 и 10- метровый диапазоны, что соответствует частотным диапазонам: 1,81 — 2,0 МГц, 3,5 – 3,8 МГц, 7,0 – 7,2 МГц, 14,0 – 14,35 МГц, 21,0 – 21,45 МГц и 28,0 — 29,7 МГц
Начинающим спортсменам доступен диапазон 1.8 МГц, именно в нем происходит становление коротковолновика. По мере повышения мастерства радиолюбитель может перейти на новую категорию, вплоть до разрешения работы на всех выделенных диапазонах и максимально допустимой мощностью передатчика.
Каждый диапазон частот имеет свои свойства прохождения сигнала, поэтому дальность связи сильно зависит от времени года, времени суток и уровня солнечной активности. Минимальная солнечная активность, зима и ночь более благоприятны для возможности дальней связи на КВ в диапазонах 160/80 метров.
Система позывных
Индивидуальный уникальный позывной (CALL SIGN) – основа основ для работы в эфире. Он требуется для однозначной идентификации радиолюбителя или спортсмена, одним словом это визитная карточка, необходимая для радиосвязи. Каждый позывной состоит из префикса и суффикса из латинских букв и цифр. Префикс соответствует стране радиолюбителя, а суффикс – индивидуальная составляющая позывного. Например UA4AAA – префикс «UA4» обозначающий страну и регион/зону внутри страны, первая буква суффикса «AAA» в совокупности с цифрой 4 в России обозначает волгоградскую область. Позывной также может быть короче 6 символов, как правило, 5-ти значные позывные имеют коротковолновики 1 категории. Спец-позывные выдавались участникам ВОВ, периодически выдаются участникам экспедиций. Короткий позывной имеет преимущество при произношении/передаче в эфире, при участии в соревнованиях. Иногда к позывному через слеш добавляются расширенные символы, обозначающие работу вне основного места, например с борта автомобиля, судна или в походе.
Для радиолюбителей-наблюдателей сделан свой формат позывных например UA4-156-1538. Здесь префикс «UA4-156» обозначает страну и область, а «1538» — индивидуальный номер наблюдателя. Длина позывного наблюдателя не имеет большого значения, поскольку используется вне эфира для получения QSL, дипломов, участия в соревнованиях.
Аппаратный журнал и QSL
Также как и на морских судах ведется судовой журнал у радиолюбителя-коротковолновика должен быть аппаратный журнал радиостанции. В нем он фиксирует произошедшие сеансы связи, а наблюдатели – факт наблюдения радиосвязи между радиостанциями с указанием времени, позывных и качества связи. Как правило, в комментариях записывается имя оператора, данные об аппаратуре собеседника, месте выхода в эфир и цель если это экспедиция. Аппаратный журнал можно вести как в обычной тетради, так и на компьютере.
Факт проведения сеанса радиосвязи или наблюдения может быть подтвержден QSL-карточкой – бумажной открыткой с информацией о радиостанции и позывным. Данные о запросе/получении QSL заносятся в аппаратный журнал станции. QSL карточка может быть от самой простой (штампа на серийной открытке или на карточке запрашивающего) до индивидуальной заказной в типографии, одно или двухсторонней. Получение и отправка QSL происходит через QSL-бюро радиоклубов федерации радиоспорта.
Для чего нужны QSL карточки? QSL это подтверждение факта радиосвязи (возможно с очень удаленным радиолюбителем), которое идет в зачет соответствующих дипломов радиоспорта. А подчас просто интересная открытка и память об интересном сеансе радиосвязи, новая возможность изучить географию и историю. У многих радиолюбителей особенно из дальнего зарубежья на QSL карточке изображена аппаратура станции, а у некоторых и фото оператора. Поэтому QSL карточка скорее лицо радиолюбителя.
Персональная радиосвязь. Что? Почем? Зачем?
Здесь не будет никаких схем и скучных лекций об основах радио. Цель статьи – объяснить разницу между имеющимися на рынке моделями. Почему цена может так отличаться, и как это влияет на потребительские характеристики.
Небольшой экскурс
Почти каждый раз, когда в непрофильном кругу заходит речь о средствах персональной радиосвязи, находится кто-то, кто очень удивляется, что подобные устройства все еще активно используются. А аргументация таких скептиков всегда одинаковая: зачем нужны все эти рации, если у каждого в кармане и так есть мобильный телефон с GSM, UMTS, LTE, WiFi, GPS, и еще десятком других страшных слов в комплекте.
Сразу хочу попросить прощения за некоторый снобизм, но по «религиозным» соображениям в этой статье я все-таки буду использовать слово радиостанция.
Конечно, любителям активного отдыха, равно как и профессионалам, работающим группами где-нибудь далеко за пределами теплых кабинетов, ничего объяснять не нужно. Эти люди регулярно пользуются персональной радиосвязью и ее удобство для них очевидно. Но, тем не менее, для остальных поясню ключевые различия мобильных телефонов и радиостанций. Сначала о преимуществах последних.
Автономность. В большинстве случаев персональная радиосвязь осуществляется в так называемом прямом канале, непосредственно от передающего устройства к принимающему. Соответственно, никакая внешняя инфраструктура для такой связи не требуется. Радиостанции прекрасно работают на полюсе и посреди океана, где нет сотовых сетей. Побочный продукт автономности – отсутствие какой-либо платы за связь.
Мгновенность. Радиостанция не требует набора номера и ожидания ответа. Ты просто нажимаешь на кнопку, говоришь, и твои слова сразу доносятся из любого приемного устройства, настроенного на тот же частотный канал. Это бывает очень важно в экстремальных условиях, где тыкать в сенсорный экран, свисая с края обрыва, бывает не всегда удобно.
Широковещание. Одну передающую радиостанцию принимают все, кто находится в зоне ее действия и настроены на ее канал. То есть это связь один-ко-многим, где количество приемников вообще никак не ограничено. Хоть десять, хоть тысяча. Крайне удобно при работе в большой группе, где обычным телефоном пришлось бы обзвонить каждого, потратив на это уйму времени.
Я в курсе про PTT и Zello-подобные сервисы, но мало кто знает, что сообщение через такой канал может приходить с задержкой до десятков секунд. В условиях борьбы с пожаром, например, это вечность.
Теперь о главных недостатках.
Ограниченная дальность. Обратная сторона автономности. Сигнал портативной радиостанции в условиях земной поверхности распространяется обычно на расстояние от нескольких сотен метров до пары-тройки километров. В зависимости от высоты, рельефа, и других факторов. Связи на многие десятки километров, как это иногда показывают в кино или на страничках продавцов, не будет.
Мгновенность. Да, это еще и недостаток. При входящем телефонном звонке можно не спеша вынуть его из кармана, психологически настроиться на прием информации. А вот радиостанция может начать говорить сразу и по делу, без предварительных ласк, так сказать. В результате пионер должен быть всегда готов.
Отсутствие адресности. Обратная сторона широковещания. При связи в группе нельзя вызвать отдельного человека. Максимум, что можно сделать, это в общем канале предложить абоненту перейти на другой канал, где и обсудить персональные вопросы. Это, конечно, гораздо менее удобно, чем прямой звонок по телефону. Да и еще нужно не забыть потом вернуться в общий канал.
Нет подтверждения доставки. Далеко не факт, что переданную информацию принял ее адресат. Не факт, что ее вообще хоть кто-нибудь принял. Например, все абоненты находятся слишком далеко, или их радиостанции настроены на другой канал. Именно поэтому при такой связи правилом хорошего тона является подтверждение факта приема словом «принял» или каким-то подобным образом.
Симплекс. Это когда нельзя одновременно говорить и слушать. Еще и кнопку нажимать. Более того, когда говорит кто-то один, никто другой больше говорить тоже не может. Точнее может, но кого из нескольких говорящих услышит тот или иной абонент – воля случая. Близкий передатчик перекроет дальнего, а вот сигналы равноудаленных передатчиков не наложатся как обычные голоса, а сделают друг друга полностью нечитаемыми.
Ограниченное количество каналов. В отличие от сотовой связи, где за динамическое распределение каналов отвечает сеть, здесь канал выбирают люди, причем его смена часто сопряжена с организационными, а, может, и техническими трудностями. Все это часто ведет к конфликтам в эфире. Для уменьшения влияния этого фактора придумали субтона (CTCSS, DTS и тому подобные «субканалы»), которые позволяют хотя бы не слушать чужую болтовню.
Внимание! Закрытие на субтон не является средством шифрования или иного способа ограничения доступа к вашим разговорам. Эта технология всего лишь закрывает ваш приемник от чужих сигналов на той же частоте. Другими словами, это вы перестаете слышать передачи соседей, а не они ваши.
Отсутствие приватности. Если не уходить в высокие материи шифрованной цифровой связи, то все ваши разговоры могут быть не просто легко услышаны посторонними, но и нарушены чужим в них вмешательством. Некоторые радиостанции имеют в своем составе аналоговый обфускатор сигнала – скремблер, но это сравнительная редкость, да и как шифрование он так себе, что-то типа WEP из мира WiFi, кто захочет – легко раскодирует. Поэтому не забываем старую армейскую мудрость.
Как видим, недостатков выше крыши. Часть из них устранена в профессиональной аппаратуре, но все равно понятно, что радиостанции – это не про бытовую или деловую связь, т.е. не замена телефону.
Мне очень нравится аналогия с сетевыми протоколами.
Сотовый телефон – это TCP. Связь точка-точка; обязательно предварительное соединение с получением согласия на связь от принимающей стороны; гарантированная доставка пакетов; нотификация сторон об аварийном разрыве канала; используется как в локальных, так и в глобальных сетях.
Радиостанция – это UDP. Связь как точка-точка, так и точка-многоточка; никаких предварительных соединений, просто шлешь пакеты и все; нет не только гарантии доставки, но и гарантии того, что кто-то вообще слушает данный порт; аварийный разрыв канала обнаруживается только по отсутствию входящего трафика; чаще применяется в локальных сетях.
При этом никто не говорит, что TCP должен стать заменой UDP. Более того, в «тяжелых» сетевых условиях рекомендуется использовать как раз-таки UDP.
Но, не смотря на все недостатки, такая связь снискала популярность у озвученных выше категорий пользователей. А теперь переходим к теме статьи.
Чуть более десяти лет назад выбора радиостанций фактически не было. Конечно, была и есть дюжина производителей, предлагающих похожие решения по похожей (высокой) цене. Но разница между этими продуктами заключается в основном в оформлении и сервисных функциях. Строятся они все по одному принципу и работают примерно одинаково.
Приемный тракт этих радиостанций построен по супергетеродинной схеме на дискретных элементах или аналоговых микросхемах малой степени интеграции. Передатчик состоит из задающего генератора, совмещенного с модулятором, нескольких каскадов умножения частоты, и усилителя мощности. Тут тоже используются отдельные транзисторы или простенькие микросхемы (а так же гибридные сборки). То есть передатчик и приемник являются аналоговыми устройствами, а из-за того, что некоторые части схемы используются ими совместно, радиостанции такого типа еще называют трансиверами.
Такие устройства я буду далее называть «классическими», ведь принципы их работы известны уже более ста лет.
Сегодня же, благодаря китайским товарищам, на рынке представлено около сотни моделей. Порой похожих друг на друга как близнецы, порой очень не похожих. Но, что главное, цены разных моделей тоже порой отличаются чуть ли не на порядок. Дело в маркетинге и «свистелках», или не только?
RDA и все-все-все
Начнем с самого вкусного по цене и оттого крайне любимого в народе бренда под названием Baofeng. Не буду отрицать, он просто перевернул рынок с ног на голову. Благодаря ему портативные радиостанции превратились из гаджетов в расходный материал. Теперь не нужно откладывать целую зарплату на радиостанцию, достаточно разок не сходить в ресторан. В чем же секрет?
Секрет в этой маленькой микросхеме, всего 5×5 мм, одна тетрадная клетка
Несмотря на некоторый антагонизм радиостанций и мобильных телефонов, своим появлением на свет «Баофенги» обязаны как раз разработкам в области сотовой связи.
Однажды, один инженер спросил себя: если в любом копеечном мобильнике прямо в процессор встроен приемопередатчик с неплохими характеристиками, то почему радиостанции такие сложные и дорогие? Нельзя ли наработки мобильной связи применить для построения такой же дешевой радиостанции?
И закономерно оказалось, что вполне можно. Ведь приемопередатчик радиостанции структурно значительно проще приемопередатчика сотового терминала. Тут и частоты ниже, и переключение прием-передача проще, и требования к стабильности характеристик на порядок мягче. Почему бы и да?
В результате всех этих логических заключений, а потом и инженерных усилий, на свет появилась замечательная микросхема RDA1846, которая включает в себя почти всю радиостанцию. Тут и синтезатор частот, и тракты приемника с передатчиком, включающие в себя все ключевые узлы, и даже интерфейсы SPI и I 2 C для связи с внешним микроконтроллером, более характерные для периферии «ардуин» с «малинками».
Короче, идея сработала на все 200%. Радиостанции на базе этой микросхемы получились примерно той же цены, что и самые дешманские мобильники на базе высоко-интегрированных SoC типа все-в-одном, то есть буквально от двух десятков долларов. И, что тоже очень важно, по некоторым параметрам они даже превзошли классические изделия начального уровня при кратно более низкой цене!
Но наш мир устроен так, что не бывает, чтобы все было хорошо. Где-то должен быть подвох. И он, к сожалению, есть.
Что находится внутри радиостанции Motorola или Kenwood, стоимостью двести долларов? Там очень много разных деталей, среди которых уйма конденсаторов и катушек. Причем, часть катушек еще и с переменной индуктивностью, которую нужно вручную подгонять в каждом экземпляре на этапе производства. Еще обычно есть несколько увесистых кварцевых резонаторов и керамических фильтров.
Все эти детали не запихнуть внутрь кристалла микросхемы. Особенно подстроечные элементы. А если просто вынести их наружу, то получится не намного проще и дешевле, чтобы считать это революцией.
Аналоговые микросхемы приемников и передатчиков, которые содержат в своем составе все, что можно разместить на кристалле, конечно, давно существуют. Но их применение не дает радикальных преимуществ, поэтому многие классические радиостанции все еще базируются на дискретных транзисторах в своей высокочастотной части.
Именно по этой причине интегральные приемники и передатчики строятся по другому принципу. В них аналоговый сигнал подвергается лишь самой минимальной обработке.
Если несколько упростить, то приемник после непродолжительной подготовки переносит сигнал на более низкую частоту, попутно разделяя его на составляющие, и сразу же оцифровывает. Все последующие манипуляции производятся уже над цифровым потоком. Ровно тот же принцип, что у SDR, только алгоритмической обработкой занимается встроенное DSP-ядро, а не отдельный компьютер.
Передатчик наоборот, формирует целевой сигнал полностью «в цифре», и только перед самым выводом его на ножку чипа, подвергает цифро-аналоговому преобразованию и переносу на нужную частоту.
Такой подход позволяет избавиться от 90% тех деталей, которые нельзя вытравить на поверхности кремниевой подложки, а заодно и от всех тех, которые нужно подкручивать в процессе настройки.
Конечно, по количеству элементов схема такого трансивера оказывается на три порядка сложнее аналогового. Но благодаря тому, что вся она теперь размещается на кристалле, который можно штамповать миллионными тиражами, итоговая цена оказалась очень низкой.
В результате получается отличный передатчик, и приемник, который обладает очень хорошей чувствительностью, но имеет некоторые проблемы.
Тот, кто использовал приемники типа RTL-SDR в городе, хорошо знает, как они ведут себя при наличии в эфире мощного мешающего сигнала. Сигнал этот начинает приниматься везде, а не только на своей частоте. А в момент появления такой помехи «проседает» весь спектр, как будто уровень всех остальных сигналов резко уменьшился.
Происходит это из-за того, что диапазон входных напряжений, которые такой приемник может обработать, ограничен схемотехникой входных цепей и разрядностью АЦП. Если типичная чувствительность приемника равна примерно 0.1 мкВ, то даже в идеальных условиях 16-разрядный АЦП упрется в верхний предел своего динамического диапазона уже при входном напряжении всего около 3 мВ. В реальности еще в несколько раз ниже. А такой сигнал легко можно «словить» даже в нескольких километрах от его источника, особенно на внешнюю антенну.
Что происходит при «переполнении» АЦП мощным сигналом? Примерно то же самое, что и при засветке камеры прямым солнечным светом. Каждый видел подобные кадры.
Внутри яркого круга тоже есть ветки и листья, но их не видно
На снимке мы видим, что из-за солнца все цвета поменялись. Темные тона превратились в серые, причем чем ближе к солнцу, тем сильнее искажается цвет. А начиная с некоторой степени приближения уже все пиксели сливаются в сплошной белый цвет и информация о них теряется полностью. Этот порог яркости и есть предел возможностей аналоговых ячеек или АЦП матрицы.
Ровно те же эффекты происходят и в «ослепленном» приемнике. Сильный сигнал заметно подавляет даже то, что далеко отстоит от его частоты. Слабые сигналы при этом начинают тонуть в шумах. А все то, что оказалось рядом с частотой «засветки» – полностью перекрывается помехой.
Это далеко не все негативные последствия перегрузки приемника, но уже достаточно, чтобы объяснить такую неприятную особенность «Баофенгов», как способность принимать помехи от автосигнализаций на любой частоте, даже при большой отстройке от мусорного канала 433.920 МГц. Сигнал рядом расположенной жужжалки в данном случае играет ту же роль, что и прямой солнечный свет на испорченной фотографии.
Можно, конечно, повысить разрядность АЦП до 24 бит и получить неплохой динамический диапазон от 0.1 мкВ до 0.7 В, но тогда нужно будет перевести на 24-битные рельсы и DSP. И заодно не забыть про аналоговые цепи на входе, которые должны потреблять значительный ток для того, чтобы без искажений пропускать через себя почти вольт входного напряжения. Все это можно сделать, но итоговая цена и потребление энергии подобного чипа уже делает его почти бессмысленным по сравнению с аналоговой «классикой».
Кстати, такие решения активно применяются, например, на рынке коротковолновых радиостанций, где проблема динамического диапазона стоит гораздо острее. Но цена их, как я уже сказал, даже выше, чем у классических аппаратов, и вся возня затеяна не для удешевления, а ради огромных возможностей, предоставляемых цифровой обработкой сигнала.
Итак, что мы имеем? «Баофенги» дешевые, компактные, экономичные, чувствительные по приему, но плохо чувствуют себя в загруженном городском эфире.
Их идеальная «среда обитания» – на природе, в море, в пустыне, на полюсе. Короче, подальше от помех, где полностью сможет раскрыться потенциал их чувствительного приемника.
Соответственно, где их применять не нужно – это в авиации и воздухоплавании, на электротранспорте, а в городских условиях быть готовым слушать все сигнализации в радиусе ста метров. И ни в коем случае даже не думать о подключении внешней антенны, в том числе и автомобильной. Вообще ничего кроме штатного «крысиного хвостика» подключать крайне не рекомендую. Чем лучше антенна, тем сильнее проявляются все недостатки RDA-чипа. Вплоть до того, что прием слабых сигналов на внешнюю антенну будет хуже, чем на штатную.
RDA на стероидах
Описанные выше недостатки заставили некоторых производителей пойти на небольшое усложнение и удорожание радиостанции с целью улучшить ее приемные характеристики.
Суть улучшения простая. Раз однокристальный приемник так боится сильных помех, нужно его от них по возможности оградить. Для этого на входе приемника ставятся дополнительные фильтры, состоящие из катушек индуктивности и электрически управляемых конденсаторов переменной емкости – варикапов.
На самом деле варикап – это простой диод, но сейчас не об этом.
Во время установки частоты процессор при помощи встроенного ЦАП меняет напряжение на варикапах так, чтобы их емкость в комбинации с индуктивностью катушек образовывала LC-контуры, настроенные примерно на эту же частоту. Буквально пара таких контуров, соединенные в цепочку, образуют фильтр, который позволяют прямо на входе приемника эффективно отсеять все сигналы, отстоящие от рабочей частоты более чем на несколько мегагерц. В результате радиостанция перестает слышать сигнализации по всему диапазону и вообще работает на прием гораздо лучше.
Ценой улучшений кроме подорожания становится небольшое ухудшение чувствительности приемника из-за потерь в фильтре (ведь остальная схема, в частности усилитель ВЧ, осталась без изменений). Но эти потери с лихвой компенсируется улучшением помехозащищенности, в результате чего способность к приему слабых сигналов в условиях города становится только лучше.
ShiQun SQ-UV25 выглядит точно так же
Какие выводы? Эти радиостанции по качеству приемника занимают промежуточное положение между «Баофенгами» и супергетеродинами. Их можно достаточно комфортно применять в городе со штатной антенной. А в отдаленных местностях даже присоединить наружную антенну по необходимости.
По-прежнему плохо RDA себя чувствует в городе с внешней антенной, и на электротранспорте.
Классика
Классическая схемотехника позволяет приемнику работать в трудных условиях городского эфира и на электротранспорте, где помех еще больше. Но во всем нужно знать меру. Входные цепи даже у супергетеродинного приемника портативной радиостанции заточены в первую очередь на чувствительность и экономичность. Способность противостоять сильным мешающим сигналам хоть и выше, чем у RDA, но использовать внешнюю антенну все равно надо с осторожностью.
Для работы с полноразмерными антеннами рекомендуются только стационарные и некоторые автомобильные аппараты. Их разработчикам не нужно было экономить каждый миллиметр на плате. Даже в режиме приема с закрытым шумоподавителем эти аппараты потребляют от источника питания ток до нескольких ампер. Именно такой ценой достигается широкий динамический диапазон, и поэтому портативная радиостанция никогда не сравнится с ними по этому параметру.
Каков итог? Классические аппараты можно использовать почти без ограничений в любых условиях кроме варианта с внешней антенной в особо загруженном эфире.
Из недостатков более высокая цена и энергопотребление, обычно меньше разных сервисных функций.