Что работает на 433 МГц
Полоса 433,05–434,79 МГц выделена для маломощных устройств без индивидуального разрешения. Здесь работают брелоки автосигнализаций и шлагбаумов, пульты ворот, беспроводные датчики охраны, домашние метеостанции, радиомодули для телеметрии и любительские проекты, а также безлицензионные носимые радиостанции LPD на 69 каналов с шагом 25 кГц. Общее у всех — малая мощность передатчика, обычно до 10 мВт.
Поэтому антенна на 433 МГц решает одну задачу: выжать максимум дальности из слабого сигнала. Лишние децибелы усиления и метры высоты здесь заметнее, чем у мощной радиостанции.
Длина антенны и четверть волны
Длина волны на 433,92 МГц — 69,1 см. Простейшая антенна — штырь в четверть волны, 17,3 см, над металлической плоскостью или платой. Полуволновой диполь — около 34 см. Если штырь короче, его «доращивают» катушкой: так устроены компактные спиральные антенны модулей длиной несколько сантиметров. Они удобны, но теряют несколько децибел по сравнению с полноразмерным штырём.
| Антенна | Размер на 433 МГц | Усиление (порядок) | Где уместна |
|---|---|---|---|
| Спираль на плате или кусок провода | 1–5 см | ниже 0 дБи | внутри корпуса датчика, когда нет места |
| Штырь λ/4 | 17,3 см | около 2 дБи с противовесом | модули, пульты, приёмники на столе |
| Диполь λ/2 | 34,6 см | 2,15 дБи | без металлической плоскости, на мачте |
| Коллинеарная | 0,5–2,5 м | 3–8 дБи | шлюз на крыше, круговая зона |
| Яги | 0,6–1,5 м | 6–15 дБи | канал точка–точка на километры |
Важно. Четвертьволновому штырю нужен противовес — металлическая плоскость или радиальные провода той же длины. Без противовеса роль второй половины антенны играет оплётка кабеля, и антенна работает хуже, чем ожидалось.
Почему короткая антенна работает хуже
Спиральная антенна длиной 3–5 см — это тот же четвертьволновый штырь, свёрнутый в пружину. Электрически она настроена на 433 МГц, но её сопротивление излучения мало, и заметная часть мощности уходит в нагрев провода и в потери согласования. Кроме того, полоса такой антенны узкая: соседние предметы, рука или стенка корпуса расстраивают её. Для датчика в закрытом корпусе это разумная плата за размер, а для приёмника, который должен ловить слабый сигнал, — лишняя потеря в 3–6 дБ.
Какие антенны каталога работают на 433 МГц
Отдельных антенн «только на 433 МГц» немного, зато полоса целиком лежит внутри диапазона UHF 400–470 МГц, на который рассчитаны антенны для раций и радиостанций. Посчитаем по каталогу KADAMM, сколько антенн перекрывают 433,05–434,79 МГц.
Число залитых на kadamm.com антенн, рабочая полоса которых целиком перекрывает 433,05–434,79 МГц.
Антенну UHF выбирают так же, как для рации: проверяют, что 433 МГц внутри полосы и не у самого края, где КСВН выше. Широкополосные антенны 400–480 МГц подходят с запасом; у узкополосных моделей 450–470 МГц 433 МГц уже за пределами полосы.
Сколько даёт антенна: запас по линии
Посчитаем потери на трассе в открытом пространстве для передатчика 10 мВт (+10 дБм). Приёмник модуля обычно принимает сигнал до −100…−110 дБм. Потери: L = 32,44 + 20·lg f(МГц) + 20·lg d(км).
| Расстояние | Потери | Сигнал при штырях 2 дБи с двух сторон | С антенной 6 дБи на приёме |
|---|---|---|---|
| 0,5 км | 79,2 дБ | -65,2 дБм | -61,2 дБм |
| 1 км | 85,2 дБ | -71,2 дБм | -67,2 дБм |
| 2 км | 91,2 дБ | -77,2 дБм | -73,2 дБм |
| 5 км | 99,2 дБ | -85,2 дБм | -81,2 дБм |
В открытом поле даже штыри дают запас на километры. На практике его съедают стены, деревья, низкое положение антенны и помехи: в городе модуль 10 мВт со штырями работает на сотни метров. Чтобы получить километры, поднимают антенну приёмника выше крыш и ставят на неё направленную антенну или коллинеарную с усилением 5–8 дБи.
Антенна под задачу
Модуль или датчик
Если плата стоит в пластиковом корпусе — встроенная спираль или штырь на разъёме SMA. Если корпус металлический — антенна выносится наружу на кабеле: металл экранирует сигнал полностью.
Приёмник шлагбаума, ворот, сигнализации
Приёмник обычно стоит в шкафу или под навесом. Выносная антенна на кабеле, поставленная выше и в зоне видимости подъезда, увеличивает дальность пульта в разы. Подходят антенны на магните или присоске с кабелем 3 м — их ставят на крышу шкафа или на стекло.
Шлюз сбора данных
Шлюз, к которому подключены десятки датчиков, ставят как можно выше и с круговой антенной: коллинеарной UHF 3–8 дБи на мачте. Кабель — короткий и с малыми потерями: на 433 МГц 10 м тонкого кабеля теряют 2–3 дБ, это заметная часть запаса по линии.
Канал точка–точка
Когда нужно связать два объекта на расстоянии нескольких километров, ставят две направленные антенны Яги, наведённые друг на друга. Каждая даёт 10–15 дБи — это 20–30 дБ к запасу по линии против штырей.
Рации LPD на 433 МГц
Безлицензионные носимые радиостанции LPD работают на 69 каналах в той же полосе 433,075–434,775 МГц с мощностью до 10 мВт. Штатная антенна такой рации — короткий штырь или спираль, и в лесу или на стройке связь держится на сотни метров. Увеличить дальность можно двумя способами: заменить штатную антенну на полноразмерный штырь того же разъёма или поставить в лагере, на вышке или на крыше бытовки стационарную антенну UHF на мачте и подключить к ней одну из раций. Поднимать мощность передатчика выше разрешённой нельзя, поэтому всё, что остаётся, — антенна и высота.
Пульт не добивает: разбор типичного случая
Частая жалоба: пульт шлагбаума срабатывает только в нескольких метрах от въезда. Приёмник стоит в металлическом шкафу у основания стойки, антенна — заводской кусок провода внутри шкафа. Металл шкафа ослабляет сигнал на 20–30 дБ, а антенна почти у земли закрыта машинами.
Решение — выносная антенна на 433 МГц: на магните на крышу шкафа или на кронштейне на высоте 2–3 м, с кабелем 3 м до приёмника. Даже простой четвертьволновый штырь снаружи даёт дальность в десятки метров вместо нескольких. Направленная антенна, повёрнутая к подъезду, добавит ещё, если машины подъезжают с одной стороны.
Кабель и разъём
Устройства на 433 МГц чаще всего имеют разъём SMA, реже — RP-SMA, BNC или пайку на плату. Перед заказом сверяют тип разъёма и пол: вилка или розетка. Кабель выносной антенны берут как можно короче. Тонкий кабель диаметром около 3 мм теряет на 433 МГц примерно 0,25–0,35 дБ на метр; кабель 5 мм — вдвое меньше. Если до антенны больше 10 м, лучше перенести на мачту само устройство и вести к нему питание или данные.
Помехи в полосе 433 МГц
Полоса общая для множества устройств, и в городе в ней шумно: пульты, датчики, метеостанции, рации LPD. Усиление антенны поднимает и полезный сигнал, и помехи. Направленная антенна здесь выигрывает у всенаправленной не только дальностью, но и тем, что принимает меньше мешающих сигналов со стороны. Если связь пропадает в определённое время суток, причиной чаще всего бывает соседнее устройство, а не антенна.
Как поставить выносную антенну
- Выше препятствий рядом и в прямой видимости второго устройства, если это возможно.
- Вдали от металлических стен и других антенн — хотя бы на 30–40 см.
- Вертикально, если на другом конце линии антенна тоже вертикальная.
- Кабель без резких изгибов, разъём на улице — загерметизирован.
- После установки проверьте дальность с реальным передатчиком, а не только КСВН.
Модули LoRa и FSK на 433 МГц
Модули с модуляцией LoRa и FSK на 433 МГц позволяют собирать данные со счётчиков и датчиков на расстоянии до нескольких километров при той же мощности 10 мВт: приёмник LoRa работает с сигналами ниже уровня шума. Для антенны это ничего не меняет — правила те же: полоса, высота, противовес, короткий кабель. Но выигрыш от хорошей антенны шлюза у LoRa особенно заметен: каждые 6 дБ в открытом пространстве удваивают дальность, а значит, и площадь, которую обслуживает один шлюз, растёт вчетверо.
Как проверить антенну
Измеритель КСВ или анализатор антенн на 433 МГц показывает, настроена ли антенна на эту частоту и цел ли кабель. КСВН до 1,5 — хорошо, до 2 — допустимо для маломощных устройств. Но КСВН не говорит о дальности: нагрузка 50 Ом тоже даёт КСВН 1,0. Итоговую проверку делают реальным передатчиком — обходят зону и отмечают, где связь пропадает. Результат стоит записать: при следующей замене антенны или переносе приёмника будет с чем сравнить.
Поляризация
У штырей, коллинеарных и большинства антенн UHF поляризация вертикальная. Обе антенны линии должны стоять одинаково: штырь, лежащий горизонтально, теряет 10–20 дБ по сравнению с вертикальным. Яги можно повернуть и в горизонтальную поляризацию, но тогда так же поворачивают и антенну на другом конце.
Частые ошибки
- Антенна на 450–470 МГц поставлена на 433 МГц — частота за пределами полосы, высокий КСВН.
- Штырь без противовеса прямо на корпусе модуля — дальность меньше ожидаемой.
- Модуль в металлическом шкафу с антенной внутри шкафа.
- Длинный тонкий кабель к выносной антенне: потери кабеля больше выигрыша от высоты.
- Антенны на концах линии стоят в разной поляризации.
Что прислать для подбора
- Устройство и его разъём: модуль, приёмник, шлюз.
- Нужная дальность и условия: город, промзона, поле.
- Где будет стоять антенна и какой длины кабель до устройства.
- Нужна круговая зона или связь в одном направлении.
Модели KADAMM
Антенны KADAMM на 433 МГц — в разделах антенн для телеметрии и антенн UHF.
| Диапазон | 433 МГц |
| Диапазон | 390–510 МГц |
| Диапазон | 400–480 МГц |
| Диапазон | 400–480 МГц |