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.

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.

Автор: olartamonov

Источник ^[1]