Радиоприем без волшебства, букварь для чайников. Часть вторая.

Рассмотрим возможность приема радиосигнала, модулированного видеосигналом.
Очевидно, что видеосигнал на выходе приемника должен обладать определенными свойствами.
И прежде всего отношением полезный сигнал/шум. Хорошая статья по этой теме находится по адресу-
www.telesputnik.ru/archive/archive/15/…/60.html
В аналоговом спутниковом телевидении используют те же решения что и мы для FPV.
Модуляция, применяемая для спутникового- частотная. Важным фактором ее применения является то что она дает значительный выигрыш по выходному отношению сигнал/шум по сравнению с другими методами модуляции.
Применяемые для этого приемники в своем составе имеют частотный детектор Если рассматривать график сигнал/шум на выходе ( а чистота изображения и есть этот параметр) детектора от сигнала/шум на входе детектора то обнаружим интересное свойство. После определенного порога выходной сигнал много чище чем входной.
В указанной выше статье есть табличка, которая получена теоретически и подтверждена практически.
Рассмотрим ее

Табл. 1.
C/N (дБ) Качество сигнала
5 срыв синхронизации
6 максимально зашумленное изображение со “снегом”
7 то же, но с меньшим “снегом”
10 редкий “снег” по всему изображению при SECAM и на цветных его частях при PAL
12 “снег” только на очень ярких насыщенных цветом деталях изображения
13 качество хорошего видеомагнитофона
14 качество кабельной сети

Из таблицы следует что для того чтоб изображение по нашим меркам было цветным и чистым отношение сигнал/шум на входе детектора должен быть 9-10 дб, Срыв синхронизации- не читаемое изображение наступает при 5-6 дб. Запомним эти цифры, они нам будут нужны для дальнейшего расчета.
Замечу, на 9-10 дб превышать должно по нашему, FPV- критерию… Модули эти применяют не только FPV-ники, но, к примеру, и в видеосендерах. А там критерий, при просмотре видео на большом экране- более завышен…
Потому и можно встретить параметр чувствительности на одни и те-же модули то в -85 дбм, то в -95… Видимо в одном случае для очень чистого изображения при применении в видеосендере, а в другом- по потере синхронизации, пропаже полностью изображения в FPV.

Заметьте- между чистым (по нашим меркам, не для большого экрана) цветным изображением и полной его потерей всего около 3-4 дб, а это только в 1.4 -1.6 раза по расстоянию…

Наша дальнейшая задача- посчитать минимально возможный шум на входе приемника, после этого мы можем определить чувствительность приемника.
В большинстве приемников применен модуль RX5808. Модуль очень хороший по чувствительности.

По этому фото мы определим важные компоненты, определяющие чувствительность.
Идеальный приемник ( абсолютно не шумящий) на своем входе будет иметь мощность шумового сигнала от антенны-
Мощность шумов Рш= k*Пш*Т
где k = 1,38 • 10–23 Дж/град — постоянная Больцмана;
Пш — шумовая полоса линейной части приемника, Гц;
T- температура, комнатная - 290К

В формулу входит полоса сигнала. В нашем случае она определяется полосой пропускания фильтра промежуточной частоты приемника SAW filter NDF4010 и равна 17.8 мгц.
www.datasheetarchive.com/dl/…/NDF4010
Шум составит, после подстановки наших данных -101.4 дбм
Тут стоит отметить, что от теплового шума нельзя избавиться, он присутствует всегда и везде.
Способ борьбы с ним только один- глубокое охлаждение, к примеру азотом, как в крутых радиотелескопах. Других вариантов нет.
Однако помимо теплового шума и сами элементы приемника вносят свои шумы. Наибольший вклад вносят активные элементы на входе приемника, в наше случае это транзисторы первого и второго каскада предварительного усиления ( LNA) NPN SILICON GERMANIUM RF TRANSISTOR
NESG3031M05, они легко определяются на фото платы модуля ( четырехногие с обозначением T1K).
Нас прежде всего интересует параметр собственного шума этого транзистора, даташит на этот транзистор желающие могут погуглить.
NF = 1.1 dB TYP., Ga = 9.5 dB TYP. @ VCE = 2 V, IC = 6 mA, f = 5.8 GHz
В идеальном случае этот транзистор увеличит тепловой шум еще на 1.1 дб, об этом говорит параметр NF.
Вносит шум и последующий каскад, только в относительных единицах в меньшей степени, так как полезный сигнал уже усилен первым каскадом.
Кто имеет желание более глубоко изучить этот вопрос то можно последовать по ссылке-
www.rfdesign.ru/…/325-2013-07-17-09-27-49.html
В итоге при идеальном выполнении усилителя на паре этих транзисторов с промежуточным фильтром вклад в добавлении шума будет не менее 1.5 дб, реальный прогноз из имеющейся практики - 3 дб.
Тут стоит заострить внимание- добавление шума к тепловому это единственное с чем могут бороться производители по улучшению параметра чувствительности ( охлаждение жидким азотом или гелием опустим) . То есть теоретический предел увеличения чувствительности как раз только эти 1.5- 3 дб. Выше никак не прыгнуть. Читая рекламу производителей о чувствительности фильтруем их обещания исходя из этих знаний.
Итак, минимальный шум на входе нашего приемника в идеальном случае составляет
-101.4дбм+1.5дбм= -99.9 дбм
В реалистическом прогнозе-
-101.4дбм+3дбм= -98.4 дбм
Выше мы рассмотрели вопрос о том на сколько должен превышать сигнал относительно шума по разным критериям чистоты изображения.
В итоге получаем-
Для того чтоб изображение по нашим меркам было на грани цветным и чистым сигнал на входе детектора должен быть 9-10 дб превышать уровень шума, что составит
В идеальном случае -99.9+ 9…10дб= -90.9 …-89.9дбм
В реалистическом прогнозе -98.4 дбм + 9…10дб= -87.4 …-88.4дбм
По критерию «Срыв синхронизации- не читаемое изображение» чувствительность составит
В идеальном случае -99.9+ 5…6дб= -94.9 …-93.9дбм
В реалистическом прогнозе -98.4 дбм + 5…6дб= -93.4 …-92.4дбм
Теперь зная ожидаемые уровни чувствительности приемника можно определить максимально возможные дальности, как считая по формулам, так и пользуясь калькулятором (allcalc.ru/node/334 ) и первой частью статьи в дневнике-
rcopen.com/blogs/1628/22400
Внимательный читатель заметил что мы рассматриваем идеальные условия приема. То есть помимо всегда присутствующего теплового шума не учитываем другие источники шума, не учитываем дополнительные ослабления сигнала состоянием атмосферы, препятствиями, соседствующими элементами рядом с антенной… То есть рассматривается теоретический предел по чувствительности, дальности.
При грамотном исполнении к теоретическому пределу вполне можно подойти очень близко.
Ради интереса можно посчитать типовой сетап : 23 дбм мощность передатчика, диполя с Ку= 2.1дби , чувствительности в рамках критериев что мы посчитали выше.
Поздравляю тех кто дочитал до этого места.