Введение

Люди, чья жизнь в той или иной мере связана с путешествиями, будь это хобби или профессия-геологи, охотники, рыболовы, археологи и биологи, а также те, кто проживает в малонаселённых районах нашей страны, понимают важность телекоммуникации.

В век сотовой связи, Интернета  и спутниковой телефонии, казалось бы, вопрос связи становится не столь актуальным. Но это только на первый взгляд. Если копнуть проблему глубже, то становится понятно, что территория обслуживания сотовыми операторами -это далеко не вся планета Земля и даже не её суша.  Сотовые компании строят свою сеть только там, где есть экономическая выгода. Разумеется, тайга, болота, горы и пустыни не столь обжиты, чтобы там ставить вышки GSM. Можно сказать, что замена наземной сотовой сети может послужить спутниковая связь. Однако и тут есть свои нюансы. Во-первых, доступность спутниковых терминалов по карману далеко не всем. Спутниковые телефоны не работают из горных ущелий и из глухого мокрого леса. Во вторых это всё же телефон, то есть на него нужно звонить-нажимать кнопки вызова, ожидать ответа абонента, к периоду задержки ответа также нужно привыкнуть.

Понимая эти проблемы хочется вернуться к обычной КВ связи. Рынок радиосвязи полон всевозможных радиостанций. Мы не будем говорить о радиостанциях СиБи и УКВ диапазонов (PMR и LPD) ввиду малой дальности их действия. Поговорим о самой сложной дистанции 10-200 км, наиболее частых случаях удаления путешественника от базы или лагеря. Казалось бы уже всё давно есть-бери любую переносную КВ радиостанцию. Подключай к антенне и аккумулятору, бери в руку тангенту и вызывай корреспондента на рабочей частоте (при наличии лицензии, разумеется). Но не всё так просто. Когда сложишь все эти перечисленные атрибуты радиосвязи, то наберётся около 5 кг в лучшем случае. Это обусловлено тем, что связи в дневное время на указанные дальности требуется мощность не менее 10 ватт ( а лучше 50) при полноразмерных антеннах на низкочастотных КВ диапазонах от 2 до 7 МГц. Когда путешественник взглянет на эту кучу железа, то желание заменить его на 4-5 банок тушёнки пересиливает потребность радиосвязи в экспедиции. Может это и не правильно, но такова натура этих людей и тут их не переделать. Поэтому приходится думать, как облегчить радиоаппаратуру, столь необходимую как в экстремальных ситуациях, так и в обычном повседневном быту. Как же быть в этом случае?

Наверно покажется странным, но человек по своей лени сам упустил возможность обеспечивать себя радиосвязью. Он не хочет учить азбуку Морзе. А ведь именно этим примитивным кодом можно позволить заметно снизить мощность и размер антенны. Почему? Потому что для телеграфной связи необходима полоса радиочастот в 10 раз меньше, чем для телефонной, а следовательно и энергетика линии радиосвязи требуется в 10 раз меньше. Кроме того,человеческий мозг является тем суперкомпьютером, который способен выделить из шумов слабые телеграфные сигналы и преобразовать их в  полезную информацию. При этом масса оборудования  и источников питания значительно уменьшается. После Второй Мировой войны в рядах Советского народного хозяйства было множество фронтовиков-радистов, которые блестяще выполняли свою работу и в мирное время.

Несмотря на развитие радиоэлектроники, все придуманные дешифраторы телеграфной азбуки (morse decoder)  так и не достигли своего совершенства и сильно уступают живому радисту. В условиях реального эфира  он не способен выделить сигналы из шумов и додумать правильно текст, как это сделает человек.

Но история развивается по спирали и в данном контексте можно отметить, что современные компьютеры теперь способны заменить человеческий мозг в этой области и выполнить за него работу-выделить и дешифровать слабые сигналы в очень узкой полосе.

“На смену человеку приходит компьютер!”-так, кажется, звучал лозунг в конце 80-х. и это факт.

Предлагаемое устройство я назвал КВ-пейджер, так как максимально по своей сути напоминает это, ставшее уже историей, устройство связи.  Он представляет собой небольшую коробочку-приставку к смартфонам с ОС Android. Эта коробочка-обычная маломощная радиостанция “Улейма”  на частоту 3,5 МГц (80 м). Благодаря тому,что в смартфоне уже имеются все необходимые усилители низкой частоты, радиостанция упрощается. Нам остаётся преобразовать звуковые посылки с фазовой модуляцией перенести в радиоспектр с мощностью 1-2 ватта и передать в эфир.На другом конце приёмная часть схемы преобразует принятый сигнал в звуковой и также подаст на обработку в процессор смартфона, на дисплее которого пользователь может наблюдать бегущую дорожку сигнала (водопад).

Сначала программа отправляет заголовок, состоящий из позывного и контрольной суммы.  Потом уже идёт текст полезной информации. Если в приёмном смартфоне заголовок принимается без ошибок,то полученный текст попадает в папку принятых, то есть как в привычном нам сотовом телефоне.

Если заголовок пришёл с ошибкой, то передатчик продолжает повторять посылки до тех пор, пока не получит подтверждение.

Наверно, вам уже давно стал привычным мимолётный взгляд на индикатор сети на вашем сотовом. Убедившись,что вы в сети, сомнения в связи развеиваются. Но как убедиться в том, что связь не была потеряна и с ней не пропала драгоценная информация? Так вот в КВ пэйджере тоже есть такая функция. Но так как он работает вне сети и его не обслуживают базовые станции, то проверить  радиолинию до своего абонента можно только с помощью активации маяка, который будет передавать контрольные пакеты каждые 15 минут-3 часа, как выставит пользователь. Придя с рыбалки в лагерь вы можете взглянуть на дисплей и, если увидите зелёненькие квадратики контрольных периодов, то будьте спокойны-оба устройства были в порядке и просто не было сообщения.

Чем же может быть полезным  КВ-пейджер для нас в туристическом походе или рабочей  экспедиции? Вот несколько, пришедших в голову практических сообщений:

• Мы приехали на место,всё нормально.

• Рыбалка плохая,скоро обратно.

• Привезите побольше продуктов.

• Сергей заболел,нужен врач. -22 буквы.

• Мы остаёмся ещё на неделю.

• Второй группой привезите теодолит.

• Сдох аккум,не ждите связи.

• Дождитесь нас у моста в любом случае. -30 букв.

Даже в самых плохих условиях такие сообщения будут приходить в течении 12-15 минут.

Согласитесь,что некоторые из них могут сильно повлиять на судьбу вашего  путешествия.

Внешне интерфейс программы выглядит так:

Прохождение(дистанция,сезон,время суток,географическая долгота)

Основная область применения КВ пэйджера -это безлюдные территории с  расстоянием от 50 до 200 км. Наиболее подходящими для связи в этих условиях являются короткие волны длиной 80 метров.Они распространяются как прямой волной вдоль поверхности земли,так и отражением от нижних слоёв ионосферы,например E или F2, редко D. Отражение происходит на высотах около 90-120 км,практически перпендикулярно,то есть под прямым углом к  зениту.(Зени́т — точка небесной сферы, расположенная над головой наблюдателя[1]. По другому определению — это направление, указывающее непосредственно «вверх» над конкретным местом, то есть это одно из двух вертикальных направлений, ортогональных к горизонтальной плоскости в точке положения наблюдателя.

  В зависимости от сезона и времени суток высота отражающего слоя меняется. Это связано с уровнем ионизации, который в свою очередь зависит от солнечной активности.

 На рисунке изображены ходы отражённых лучей в зависимости от ионизации слоёв ионосферы. Разумеется, это упрощённые образное пояснение. На самом деле в ионосфере процессы намного сложнее и с ними можно ознакомиться в доступных источниках.

Но главное,что следует для себя запомнить,это то,что ближняя связь всегда будет наилучшей днём,когда Солнце хорошенько облучило атмосферу. И напротив,когда на улице темно и холодно,то связь будет на дальних трассах,а вблизи её может и не оказаться.

Вот, например, как меняется уровень сигнала, а точнее отношение сигнал/шум в весенние деньки на дистанции 100 км между Угличем и Переславлем.

Надо отметить,что наилучшее прохождение наблюдается на восходе и закате Солнца. Это всего от  нескольких минут до часа, в течении которого   ионосфера нам дарит несколько дополнительных децибел. Если быть точнее,то это примерно час после восхода Солнца и за час до его заката.

Рельеф

Одним из важнейших достоинств  коротких волн является их способность к дифракции-огибанию препятствий,сравнимых с длиной волны. Благодаря этому возможна радиосвязь прямой (земной) волной в горной и холмистой местности  

Помехи

Это самая “больная” тема для коротковолновой связи. Она была всегда актуальна,но в последние годы количество источников помех резко возросло. Это связано с появлением так называемых импульсных блоков питания,в которых применяется широтно-импульсная модуляция.

Сильно мешают блоки питания Wi-Fi и роутеров, усилителей ТВ- антенн, всякие частотные преобразователи.Даже современные бензогенераторы выдают чёрти что вместе с напряжением 220 вольт.

Также не рекомендуется размещать антенны неподалёку от ЛЭП. Например,1 0 кВ линия мешает на расстоянии около 50 метров, а 110кВ портит приём даже в 300 метрах.

Энергетика

Для передачи данных с применением модуляции IFSK требования к мощности передатчика достаточно низкие. Но всё относительно,смотря от чего отталкиваться. Еcли говорить о привычных профессиональных или любительских радиостанциях,то они обычно имеют мощность в районе 100 Ватт. Но,с чего мы начинали-мы же нуждаемся в лёгкой переносной радиостанции, работающей от нескольких пальчиковых батареек. А это означает, что в нашем распоряжении всего единицы ватт. Но пусть это вас не пугает-при полноразмерной антенне,хорошей чувствительности приёмника (около 1 мкВ) и чистом эфире этой мощности вполне достаточно для наших дистанций.

Ведь для дешифровки сообщений нам достаточно отношения сигнал/шум даже -25 дБ.

Для сравнения :для получения нормально читаемого голосового сигнала нам требуется С/Ш= +6дБ. Таким образом мы имеем преимущество в 30 дБ, а это 1000 раз по мощности!

Следовательно,для приёма текстового сообщения  нам будет достаточно передатчика в 1000 раз слабее обычного голосового.

Потребляемая мощность.

Напряжение питания -12,6 В.

В режиме передачи пейджер потребляет в районе 700-850 мА.

Что касается потребления на приём,то тут вообще смешное потребление-10 миллиампер.

Чего не скажешь про потребление смартфона. Эти аппараты кушают энергии много и все по разному. Поэтому лучше сразу заранее снести все лишние программы и сервисы. Экран

должен гаснуть в пассивном режиме. Причём сообщения при этом должны всё равно приниматься.Не все смартфоны это обеспечивают.Lenovo работает, а BQ только при включенном дисплее.

Температура эксплуатации

Радиоаппаратура достаточно лояльно относится к работе при низких или высоких температурах. Но есть два нюанса.

1.Аккумуляторы-химические устройства, а химические процессы по разному протекают при различных температурах.Зимой они могут так подмёрзнуть, что просто откажутся выдавать необходимый ток.

В жару наоборот увеличивается саморазряд и батареи могут быстро “сесть”.

2.Кварцевый генератор,применяемый в пейджере достаточно стабилен.Но в его цепи присутствует подстроечный конденсатор,который имеет отрицательный ТКЕ и это может привести к небольшому уходу частоты,что в свою очередь нарушит приём данных.

Пока ещё не производились полевые испытания при разных температурах.Поживём-увидим.

Также надо учесть,что сейчас радиатор выходного каскада расположен внутри корпуса,что может привести к перегреву.

Транспортировка

Известная уже многим радиостанция Улейма с добавленным в кармашек смартфоном-это и есть КВ-пейджер

Антенны

Пожалуй,самой ответственной частью  любой системы радиосвязи является антенна. По сути,антенна-это дорога,по которой вы планируете добраться из одной точки в другую.

Если это широкое асфальтовое шоссе с качественным покрытием,то доберётесь за два часа. А если убитая грунтовка,то можете и за день не добраться.Вот так и с антеннами. Главное,что нужно осознать любому пользователю радиосвязи,что антенна-это не просто кусок проволоки. Это гармоничная резонансная система,обладающая своими особыми параметрами,от которых зависит сколько радиочастотной энергии излучится в эфир и сколько ею будет принято и обработано приёмником. Поэтому всегда внимательно следуйте рекомендациям в инструкции.Антенна должна располагаться в свободном пространстве,не касаться электропроводящих материалов и находиться подальше от них вообще. Длина антенны очень критична,нельзя укорачивать или удлинять антенну для удобства её крепления.Высота установки должна быть максимально близка к рекомендованной.

Диполь полуволновый

Наиболее эффективной антенной является полуволновый полноразмерный диполь длиной 36 метров .

После проведения испытаний и определения эффективности можно будет пойти на снижение размеров и массы антенны.

Диполь укороченный 22м.

Возможно применять и более компактные антенны,укорачивая с помощью катушек плечи диполя.При этом несколько снижается эффективность антенны,но остаётся вполне приемлемой для большинства случаев.

Программа(софт)

Подробно о самой программе и её эксплуатации можно прочитать в Инструкции.

Здесь же я вкратце укажу,что она представляет собой несложный интуитивно понятный интерфейс

на котором главным атрибутом является Водопад

В программе реализованы выборы скорости передачи от 1,46 Бд до 23,44 Бд.

Модуляция 18-тоновая IFSK, выше код Рида-Соломона RS(7,15), суперблоки по 4 блока RS с интерливингом.

Можно выбрать частоту манипуляции, обычно это 1100 Герц. Есть и возможность автоматического контроля линии связи с вашим абонентом, а также передачи координат, полученных GPS приёмником смартфона. При этом абонент, получивший эти координаты,легко может увидеть данную точку на электронной карте MAPS.ME, если она была заранее загружена. В программе также имеется автоматический запрос подтверждения, чтобы не гадать,приняли ли ваше сообщение на той стороне или нет.

 Формфактор  и конструкция  (Первая версия)

Первые два макета изготовлены в двух различных вариантах-со встроенными аккумуляторами типоразмера 26650(4 штуки по 3,2 В) Литий -железно -фосфатные.

Масса такого пейджера составляет 540 граммов.

Второй вариант предназначен для подключения внешнего аккумулятора  и весит 270 граммов.

Габаритные размеры обоих составляют 150х75х50 мм.

Схема

Электрические параметры

Частота опорного генератора 3580436 Гц

Частота излучения =частота ОГ -частота манипуляции.Например,при частоте манипуляции 1100 Гц рабочая частота составляет 3579336 Гц.

Модуляция однополосная с нижней боковой -LSB (0K10J2B)

Полоса прозрачности фильтра-3578800-3579500 Гц=700 Гц

Импеданс -50 Ом

Выходная  мощность - 1,6-1,8 Вт

Чувствительность до наблюдения звуковой дорожки не хуже 0,5 мкВ

Напряжение питания -12,6 В.

В режиме передачи пейджер потребляет в районе 700-850 мА.

Что касается потребления на приём,то тут вообще смешное потребление-10 миллиампер.

Входной НЧ сигнал-1,5 В

Выходной НЧ сигнал -0,2В

Масса -0,54 кг

Размер -150х75х50 мм

Закон и право.

Согласно закону РФ “О связи”  частота,на которой работает передатчик данного устройства, находится в диапазоне,выделенном радиолюбительской службе. А это означает,что для эксплуатации такого аппаратика необходимо иметь радиолюбительскую лицензию не ниже 3-й категории.  За эксплуатацию радиопередающего устройства без лицензии и позывного сигнала  в этом диапазоне предусмотрена административная ответственность.Поэтому рекомендую обратиться в ваш местный радиоклуб и сдать несложный тест,после чего у вас может появится новое увлечение.

Часто встречающиеся проблемы

-Плохо видно при солнечном свете

-Пропал приём-перезагрузите.

-Симплекс-не понятно, будет ли тебя абонент принимать или сейчас включит передачу.

-Реле не щёлкает. Проверьте уровень громкости в смартфоне,возможно он уменьшился и не срабатывает VOX. А может сел источник питания.

Некоторые смартфоны перестают принимать,если экран погас. Для этого есть галка “сохранять экран включённым”. Но тогда разряд будет быстрей.

Об установках нужно договариваться сразу,еще “на берегу”,перед отправкой в путешествие и выставить Скорость,Частоту приёма и Частоту передачи,FEC.

Обязательно прописать позывные.

Электронные карты места путешествия нужно загружать заранее, а не в тундре!

Также заранее нужно посмотреть в Интернете, время восхода и захода солнца,например тут http://www.abakbot.ru/online-6/29-rise-and-set-sun-moon чтобы не тратить энергию впустую, а использовать наилучшее прохождение.

Ионограммы можно смотреть тут:  http://space-weather.ru/index.php?page=ionogrammy

Участие в экспериментах "Кв-пейджер"

Проект не развлекательный, а практичный. На данный момент руководитель проекта UA3AHM ,Евгений Слодкевич, собирает группу партнёров для продолжения испытаний. Испытаниям будут подлежать три версии эксплуатации: стационарная, пешая, мобильная. Существует два варианта софта: Windows и Android. Программы могут быть предоставлены партнёрам на следующих условиях: 

Для работы со стационара с программой Winpager:

-проживание в радиусе не более 500 км от г. Углич;

 -наличие радиолюбительской лицензии не ниже 3-й категории;

 -наличие радиошэка в беспомеховой обстановке;

 -наличие радиостанции с мощностью 5 ватт на диапазоны 160-80-40м с антеннами; -наличие опыта работы в цифровых видах;

-имя в Телеграмме для оперативной связи

 Претендентам писать в Контакты