Как выбрать рации для леса

Многочисленные "эффективные менеджеры", продающие портативные радиостанции для использования в лесу, уверенно заявляют: "возьмите рации диапазона UHF (400-520 МГц) или VHF (136-174 МГц), лучше - цифровые - и будет вам счастье!"

Некоторые как бы независимые блогеры твердят о том же (иногда подтверждая свои слова тестами, проведёнными в условии связи холм-холм - когда радиоволна распространяется не по самому лесу - а над лесом и отсутствуют потери, связанные с сильным поглощением лесом энергии высокочастотных радиоволн).

А как на самом деле выглядит работа портативных радиостанций в условиях плотного леса и перепадов высот?

В этой статье рассмотрим основные факторы, влияющие на дальность и стабильность связи в лесу, а также приведём видеоотчёты серии тестов работы портативных радиостанций разных диапазонов частот в условиях плотного леса и пересечённой местности.

Самый важный по значимости фактор, влияющий на дальность радиосвязи в условиях плотного леса - это уровень поглощения энергии радиоволны плотным лесом.

Чем выше частота радиоволны - тем сильнее поглощение. Обусловлено это эффектом диэлектрического нагрева - межмолекулярного трения полярных молекул воды, входящих в состав всей лесной зелени (веток, стволов, коры, хвои; летом - травы и листвы, зимой - снега на ветках).

Такой же механизм (диэлектрический нагрев) используется для приготовления пищи в бытовых микроволновых печах.

При работе на высоких частотах энергия радиоизлучения чрезвычайно быстро уходит в тепловой разогрев всей лесной зелени.

При работе на низких частотах в лесу радиоволна ослабляется - относительно высоких частот - незначительно. Так, в своё время дотошные американцы сравнили уровень поглощения плотным лиственным лесом радиоизлучения на частоте 30 МГц и 100 МГц и обнаружили, что на частоте 100 МГц поглощение на 38 дБ (в 6300 раз по уровню мощности) сильнее.

Т.е. если на опушке леса находились две рации с одинаковой выходной мощностью передатчика, одна из которых работала на частоте 30 МГц, а вторая - 100 МГц, то на некотором отдалении в плотном лиственном лесу мощность сигнала (дошедшего до этой точки) на частоте 100 МГц окажется в 6300 раз ниже мощности сигнала, дошедшего на частоте 30 МГц.

А при дальнейшем увеличении частоты уровень поглощения энергии радиоволны плотным лесом продолжает резко нарастать. Типичная разница (зависит от плотности леса и характера растительности) уровней поглощения мощности радиоизлучения на частотах 27 МГц и 145 МГц - 40-45 дБ (примерно 10 000 - 30 000 раз), а если сравнивать частоты 27 МГц и 433 МГц - разница в степени поглощения мощности может достигать сотен тысяч раз..

Поэтому надеяться на "дальнюю и стабильную радиосвязь" высокочастотных радиостанций в плотном лесу - не стоит. Для леса гораздо лучше подходят низкочастотные рации (тогда как в городе преимущество у высокочастотных).

Второй по важности для связи в условиях леса и перепадов высот фактор - это возможность огибания препятствий радиоволной.

В силу законов дифракции низкочастотные радиоволны способны обогнуть значительно более протяжённые препятствия. Радиоволна способна обогнуть препятствие, не превышающее длину волны (а эффективно огибает - если размер препятствия менее половины длины волны).

Если в диапазоне 27 МГц длина радиоволны около 11 метров, то в диапазоне 433-446 МГц - около 0,7 метра, т.е. в диапазоне cb (27 МГц) радиоволна способна обогнуть препятствие примерно в 16 раз более значительное, чем в диапазоне UHF (400-480 МГц).

Препятствия - это не только неровности рельефа. Это и группы деревьев, например (что облегчает условия распространения низкочастотных радиоволн в плотном лесу даже в условиях ровного рельефа - а при наличии перепадов высот (холмов между точки связи) может оказаться решающим фактором в дальности и стабильности радиосвязи.

Третий фактор - эффективность антенн.

Компактные штатные антенны портативных радиостанций, работающих в высокочастотных диапазонах имеют - при одинаковой физической длине с компактными штатными антеннами низкочастотных раций - гораздо меньшую степень укорочения относительно полноразмерных антенн.

Это важный фактор, обеспечивающий преимущество высокочастотным радиостанциям при работе с компактными антеннами.

При работе с полноразмерными антеннами с одинаковым коэффициентом усиления преимущество в дальности - согласно формуле Фрииса - у низкочастотных радиостанций:

Т.е. согласно формуле Фрииса при работе с одинаковыми по эффективности (например, четвертьволновыми полноразмерными) антеннами с круговой диаграммой направленности в идеальных условиях связи (к лесу это не относится, лес - далеко не идеальные условия связи, но тем не менее...) дальность связи в диапазоне 27 МГц окажется примерно в 16 раз более дальней, чем в диапазоне 446 МГц (прямо пропорциональна длине волны в метрах).

Если компактные антенны в диапазоне 27 МГц сделаны правильно - то они за счёт узкополосности и высокого резонансного усиления по частоте частично (не полностью, но в существенной степени) отыграют разницу в коэффициентах усиления с высокочастотными антеннами. Дело в том, что при работе, например, в диапазоне UHF (400-480 МГц) производители вынуждены применять достаточно широкополосные (полоса эффективности 80-120 МГц) антенны со слабо выраженным резонансным усилением по частоте (нельзя сделать широкополосную антенну с высоким резонансным усилением по частоте). А в диапазоне 27 МГц у хороших компактных антенн - производства КБ Беркут (компактных антенн диапазона 27 МГц зарубежного производства с действительно хорошими параметрами за последние 3 десятилетия мне не удалось встретить ни разу) - полоса эффективности - в зависисимости от типа антенны - в пределах 1-1,5 МГц, а резонансное усиление по частоте 15-20 дБ.

Кстати, не надо путать резонансное усиление по частоте с усилением относительно полноразмерного диполя - разумеется, у компактной антенны не может быть усиления относительно полноразмерной антенны, она сильно уступает в эффективности. Но не все компактные антенны при сходных габаритах одинаковы - антенны с хорошим резонансным усилением по частоте обеспечат гораздо более высокую дальность радиосвязи, чем их аналоги с примерно такой же - а иногда и большей - длиной, но меньшим резонансным усилением.

Рекомендую посмотреть независимый тест известного блогера Алексея Игонина - откровенно недолюбливающего портативные рации диапазона 27 МГц как класс - тем интереснее тест в его авторстве - в котором он сравнил работу на передачу считающейся лучшей среди импортных портативных cb - 27 МГц - раций Stabo xh9006e со штатной 20 см антенной с работой Штурмана-90 (старая, ныне снятая с производства модель, несколько уступающая по эффективности антенн флекс современным) с 14-см антенной и 30-см флексом с противовесом.

Рация Stabo, работающая на передачу со штатной 20-см антенной, обеспечила при приёме на базовую радиостанцию 0 "кубиков" уровня сигнала, а Штурман-90 с 14 см антенной - 1 "кубик", а с 30-см флексом с противовесом - 5 "кубиков".

В заключение "теоретической части" отмечу такой важный для дальности и качества радиосвязи фактор, как уровень техногенных электромагниных помех

Тут значительное преимущество на стороне высокочастотных радиостанций, т.к. уровень техногенных электромагнитных помех резко возрастает с понижение частоты.

В диапазоне UHF (400-480 МГц) уровень электромагнитных помех незначителен. В диапазоне VHF (136-174 МГц) - ощутим. А в диапазоне cb (27 МГц) - очень высок.

Чтобы радиостанция диапазона 27 МГц могла адекватно работать в условиях вездесущих электромагнитных помех накладываются очень жёсткие ограничения на определяющие уровень помехозащищённости параметры приёмника (избирательность, динамический диапазон по блокировке, интермодуляции...).

В современных моделях портативных радиостанций диапазона 27 МГц производства КБ Беркут, например, избирательность по побочным каналам составляет 100 дБ - тогда как у импортных "аналогов" (типа ALAN 42 DS, например) - всего 60 Дб. Что означает разница в уровне избирательности по побочным каналам в 40 дБ?

Для того, чтобы сделать невозможным приём полезного сигнала на рабочей частоте у радиостанции Штурман-180 потребуется мощность помехи на частоте, не совпадающей с рабочей, в 10 000 раз выше, чем достаточно для прекращения приёма на рабочей частоте приёмника радиостанции Алан 42.

Разумеется, при работе в городе большое преимущество имеют высокочастотные (прежде всего - диапазона UHF - 400-480 МГц) радиостанции (выше коэффициент усиления компактных антенн и ниже уровень техногенных электромагнитных помех). Но благодаря высокому уровню помехозащищённости современные модели низкочастотных (27 МГц) раций производства КБ Беркут работают вполне достойно (при работе вне помещений - для связи из помещений низкочастотным радиостанциям обязательно требуются внешние антенны - стационарные, балконные и т.д.), приведу подтверждающий это тест:

Приведу в заключение несколько тестов работы раций разных диапазонов частот, проведённых в лесу в разных условиях связи

Тест работы раций в плотном мокром лесу, проведённый совместно с представителями заказчика (фирмы, купившей партию радиостанций диапазона 27 МГц Штурман-180 и репитер Егерь-Р180). Они хотели убедиться в преимуществе по дальности и стабильности радиосвязи в плотном лесу раций Штурман-180 относительно импортных высокочастотных раций, часть оборудования, использованного в тесте, в т.ч. мощная 40 Вт-ная базовая радиостанция Motorola с эффективной автомобильной антенной - это оборудование заказчика. В тесте проверены разнообразные, в т.ч. экстремально мощные радиостанции диапазонов 145 МГц и 433 МГц в сравнении с рациями 27 МГц Штурман-180 и Егерь-Р180 производства КБ Беркут:

Большой летний тест раций диапазонов 27 МГц, 145 МГц, 433 МГц:

Тест радиосвязи на частотах 27 МГц, 145 МГц, 433 МГц до 10 км в тяжёлых условиях связи:

Тест 27 МГц vs 145/ 433 МГц в плотном лесу с перепадами высот:

Зимний тест работы раций диапазонов 27 МГц, 145 МГц и 433 МГц в заснеженном морозном лесу:

Осенний тест работы раций разных диапазонов частот в лесу:

Видео советы