Увеличение дальности датчиков метеостанций Oregon Scientific

Некоторое время тому назад я наконец унифицировал метеостанции у себя в квартире — поставил во всех нужных местах Oregon Scientific BAR800 и BAR801, которые я нежно люблю не только за дизайн, позволяющий вешать их на стену, но и за внешний датчик, принимающий сигналы точного времени. Фокус в том, что сигналы оные (DCF-77 из Франкфурта) у меня в принципе дома ловятся, но только у окна или за окном — поэтому обычные метеостанции, у которых антенна встроена в собственно станцию, стоя в глубине квартиры, о времени толком ничего не знают. Разумеется, использование однотипных станций означает, что можно обойтись для всех одним датчиком, а не развешивать по окнам зоопарк.

Далее, правда, обнаружилась проблема, также связанная с глубиной квартиры — наиболее удалённая от внешнего метеодатчика станция регулярно его теряла, хотя, казалось бы, между ними всего-то пара стен. Особенно эта проблема вылезала при минусовых температурах, несмотря на стоящую в датчике литиевую батарейку.

Подбирать правильное окно для вывешивания датчика или ставить второй датчик — не наш вариант, ибо человек должен командовать техникой, а не наоборот. Наш вариант — поменять в датчике антенну, чтобы увеличить его дальнобойность.

image

Разумеется, методика подходит к любым метеодатчикам, так как конструкция у них всех примерно одинаковая.


Развинчиваем:



В этом датчике — аж сразу три антенны (обычно вы найдёте одну, максимум две). Ферритовый стержень, впрочем, нас не интересует — это приёмник сигналов точного времени на 77 кГц, а вот две проволочные спирали — то, что надо.

Они образуют так называемый полуволновой диполь — антенну, состоящую из двух симметричных частей с общей длиной 1/2 длины волны. Диполи используются, когда у антенны нет нормальной «земли» — одна из половинок диполя как раз роль этой «земли» фактически выполняет, да простят меня радиоинженеры за несколько упрощенное описание. Каждая половинка имеет, соответственно, длину в 1/4 волны.

Датчик работает на частоте 433,92 МГц, соответственно, половина длины волны у него — это 34,5 см. Чтобы не делать антенну таких габаритов, её выполняют в форме не штыря, а спирали — у последней есть одно интересное свойство: если диаметр витков спирали намного меньше длины волны, то она работает как обычная штыревая антенна, излучая в плоскости, перпендикулярной своей оси, но при этом оказывается в разы короче. Спиральные антенны получили распространение задолго до появления метеостанций — в первую очередь, в носимых рациях, для которых длина 1/4-волнового штыря на диапазон 27 МГц — почти 3 метра. Трёхметровый штырь делает рацию существенно менее носимой, чем она могла бы быть.

Увы, all magic comes with a price: спиральная антенна имеет худшие характеристики, чем простой штырь. Поэтому спираль — это всегда компромисс между габаритами и эффективностью.

Итак, чтобы немного увеличить дальность работы датчика, нам надо спиральную антенну поменять на штыревую — благо габариты антенн волнуют логистический отдел производителя, но мало волнуют нас, потребителей — на балконе места много, 17-сантиметровая антенна как-нибудь разместится.

Для свершения задуманного понадобятся кусок медного одножильного провода в изоляции длиной 16,5 см (подойдёт одна жила от любого медного силового кабеля сечением 1,5-2,5 кв.мм), паяльник, герметик, минимально прямые руки.

NB: так как в меди скорость распространения волны меньше, чем в вакууме, то и фактическая длина медной антенны должна быть меньше 1/4 длины волны в вакууме; для меди поправочный коэффициент равен 0,95. Соответственно, 1/4 * (0,95 * 3*10^10 см/с) / 433,92 МГц как раз и даёт нам примерно 16,5 см.

Если посмотреть на плату передатчика, видно, что одна часть диполя подключена к земле, другая — к дорожке, уходящей под экран передающей части. Менять будем одну половину диполя — ту, что к передающей части. Выпаиваем её:



Ставим плату на место и через отверстие, в которое была запаяна антенна (очистив его от припоя), иголкой намечаем точку на корпусе датчика, через которую зайдёт внутрь новая антенна. Высверливаем отверстие рядом с этой точкой, зачищаем последние 5 мм новой антенны от изоляции, загибаем буквой «Г» и вставляем в отверстие в корпусе.

Так как отверстие в плате в диаметре значительно меньше провода, взятого в качестве антенны, то отрезаем 5 мм какого-нибудь тонкого провода (вывод резистора 0,125 Вт подойдёт) и напаиваем на конец антенны (высверливать отверстие рядом с нужной точкой, а не прямо в ней, надо было как раз чтобы это напайка точно попала в плату):



Паять надо быстро, чтобы не оплавить пластиковый корпус. В принципе, можно было антенну сделать из тонкого провода, но это неудобно — легко мнётся и гнётся.

Ставим сверху плату передатчика, попадая отверстием платы в нашу антенну, припаиваем её к плате, закрываем передатчик. Финальный штрих — закрепить антенну на его корпусе и загерметизировать ввод; я воспользовался клеевым пистолетом, но у меня, во-первых, пистолет с очень тонким жалом, во-вторых, датчик висит под крышей, дождь его не поливает. Если у вас иначе — воспользуйтесь любым герметиком или густым клеем. Верхний торец антенны также желательно закрыть каплей клея, чтобы вода не попадала на медную жилу.

Собственно, на этом — всё. Делается на самом деле быстрее, чем пишется этот текст. Подходит для любых метеостанций, да и вообще любых бытовых радиопередатчиков, вплоть до систем «умного дома», так как спиральные антенны используются практически везде, где нужно дёшево и сердито. Обращайте только внимание на рабочую частоту: передатчики бывают и на 866 МГц, а совсем новые — и на 2,4 ГГц (в этих, правда, антенну чаще всего уже делают дорожкой на плате). Штыревая антенна должна быть длиной в 1/4 волны.

P.S. Чувство прекрасного также сообщает, что лучший способ определения идеальной длины антенны — сделать её чуть длиннее 1/4 волны и потом срезать по миллиметру, проверяя эффективность. Разум отвечает, что для банальной метеостанции это — уже слишком.
AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 21

    +4
    Вообще говоря, в вашем случае может быть достаточно приложить кусок провода к корпусу в месте нахождения внутренней антенны.

    А можно еще получить направленную антенну. Короче говоря, интересную уличную магию можно делать не вскрывая корпуса и вооружившись алюминиевой проволокой и правильным софтом, вроде MMANA. Однажды, оказавшись за 30-40км от ближайшей базовой станции (скайлинк), мне таки удалось выйти в интернет, просто разложив по полу вокруг мобильника алюминиевую проволоку в заданной конфигурации :)
      +3
      Гордо ответим, что полумеры — не наш метод, мне в них слова «может быть» не нравятся.

      Ну т.е. если до базовой станции 40 км, а до магазина с готовыми антеннами все двести, то можно и пентаграмму на полу выложить ради установления связи, а когда паяльник и отвёртка под рукой — зачем? Проще сразу нормально сделать.
        +1
        У каждого своя правда :)

        Мне, например, не хотелось курочить дорогой (по тем временам) мобильник, кому-то может быть важна гарантия и т. д. Все от поставленной цели зависит.
      +1
      купил год назад oregon bar206. показывает только до -40. расстроен.
        0
        Был честный диполь, а при замене одной из его половин на штырь, получилось неизвестно что, при этом согласование полетело к чертям.
        Это называется «колхоз», а не «модификация».
        Могу подсказать направление для менее неприличных экспериментов: впаять туда разъем и уже к нему цеплять разные правильно сконструированные антенны.
          0
          (пожав плечами) У штыря и такой спирали волновые сопротивления отличаются не особо сильно, так что диполь остался диполем, а согласованием заново заморачиваться в случае метеостанции явно нет смысла. Не говоря уже о встраивании в метеостанцию (!) антенного разъёма.
            0
            «Давайте поговорим об инженерной культуре».
              +1
              Давайте поговорим об оправданности прилагаемых усилий. Не бывает инженерной культуры в вакууме — иначе я бы эту метеостанцию из коробки достал бы с RP-SMA на корпусе.
                0
                Инженерная культура — величина, как раз, абсолютная. Это как «мыть руки перед едой». А величина усилий — да, зависит от цели. Иначе, мотивируя все фразой «зачем заморачиваться», можно абсолютно все делать на соплях. Культура — это «делать аккуратно и технически грамотно». Даже если совсем просто. Тем более, что величина «усилий» для того, чтобы в этом случае сделать аккуратно, весьма мала.

                Ваша «модификация» своим технологическим уровнем ни чем не отличается от того, как строители-гастарбайтеры делают себе телевизионные «антенны» из алюминиевой проволоки и пивных банок, прибитых к палке. Так о чем тут рассказывать, в чем суть статьи? «Сделать проволоку подлиннее» аналогично вашему способу догадывается любой житель Средней Азии из аула, у которого три класса образования.
                  –2
                  «Мыть руки перед едой» — это, кстати, совершенно бессмысленный ритуал. Руки надо мыть после того, как они испачканы, а не перед едой.
                    0
                    — Я, кажется, спросил тебя, мылся ты сегодня или нет? — сказал Румата, распечатывая первое письмо.
                    — Водой грехов не смоешь, — проворчал мальчик. — Что я, благородный, что ли, мыться?
            +1
            Поддерживаю! Полуволновой диполь был согласован на в пределах 50 — 75 Ом. А одиночный штырь над землей в два раза меньше. Малая мощность выходного каскада, возможно, простит эту ошибку, КСВ около 2 будет. Но звучит как «а ладно, и так сойдет». Там конденсатор с катушечкой поставить — и все, красота! Или J-согласование.
            +1
            Так что там про дистанцию?
              0
              Не замерял. Проблемы с потерей датчика наиболее удалённой станцией пропали.
              0
              Интересно, можно ли в домашних условиях сделать передатчик таких сигналов точного времени с малым радиусом действия (десяток-другой метров) и прицепить его к компу или какому-нибудь сетевому устройству, где время синхронизируется по NTP?
              Насколько это будет законопослушно, затратно и сложно?
                0
                На 77 кГц, чтобы DCF-77 эмулировать? Сделать можно, маломощный передатчик — штука несложная, но незаконная.
                  +2
                  DCF-77 передает на частоте 77,5 кГц
                  Решение ГКРЧ разрешает безлицензионное использование этой частоты для построения устройств малого радиуса действия. Документ Решение ГКРЧ от 07 мая 2007 г. № 07-20-03-001 «О выделении полос радиочастот устройствам малого радиуса действия».
                  Сделать передатчик, это на форумы длинноволновиков. Я думаю, что можно взять звуковую плату с дискретизацией 192 КГц в качестве генератора сигналов, а в качестве усилителя там что угодно может работать, т.к. частота очень маленькая. Если нужно побольше мощность, то применяют TDA2030A (на 136 КГц). Останется только разобраться в сигнале и как его генерировать самостоятельно.
                    0
                    О, вот это хорошо. Сам DCF-77 генерировать проблемы нет, он старый и очень простой — http://www.changpuak.ch/electronics/DCF77.php
                    0
                    Да, я делал такой передатчик. Антенну подключал к GPIO-разъему Raspberry Pi через несколько согласующих элементов.
                    0
                    Особенно эта проблема вылезала при минусовых температурах, несмотря на стоящую в датчике литиевую батарейку.

                    Какое-то противоречие или я чего-то не понимаю…
                      0
                      Литиевые батарейки (не аккумуляторы — обычные AA и AAA, на полтора вольта) живут при минусовых температурах, щелочные и солевые — не особо.

                      Тут в конце есть результаты — при -15 щелочная потеряла под 90 % ёмкости, литиевая только около 20 %.

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое