Nadajnik
Nadajnik, czyli popularnie mówiąc "radio" to jest właśnie to z czym kojarzy się modelarz RC. I słusznie, bo póki co bez radia modelem sterować się nie da. Parametry i możliwości tego urządzenia potrafią ułatwić lub bardzo utrudnić życie amatora modeli zdalnie sterowanych. Omówię więc tu podstawowe właściwości nadajników modelarskich.
1. Kanały proporcjonalne
Obecnie wszystkie modelarskie nadajniki to aparatury tzw proporcjonalne. Słowo to oznacza, że w ogólnym przypadku sygnały wysyłane w eter niosą informację o kątach wychyleń manipulatorów. O ile więc w aparaturze nie proporcjonalnej można np. tylko włączyć lub wyłączyć silnik, o tyle tutaj można również wymusić jego prędkość obrotową o dowolnej wartości z przedziału pomiędzy zatrzymaniem i prędkością maksymalną. Można też ustawić ster samolotu pod dowolnym kątem a nie tylko w jednym z 2 położeń. O korzyściach z tego płynących nie trzeba nikogo przekonywać.
Ilość kanałów jest różna dla różnych nadajników. Najprostsze aparatury mają zaledwie dwa kanały, najbardziej zaawansowane nawet kilkanaście. Im więcej kanałów, tym więcej można obsłużyć niezależnych elementów wykonawczych. Dwa kanały proporcjonalne są wystarczające dla łodzi, samochodu i prostego szybowca. Bardziej skomplikowane modele mają większe wymagania.
2. Drążki, trymery
Sygnał w kanale proporcjonalnym jest zależny od wychylenia przypisanego mu manipulatora. Nadajniki posiadają do 2 manipulatorów sterowanych zwykle w osiach X i Y każdy (2 kanały na drążek), oraz do kilku suwaków obsługujących po jednym kanale. Drążki X-Y służą do poruszania sterami i są zawsze wyposażone w trymery (korektory punktu centralnego) do każdej współrzędnej. Położenie trymera przenosi się również na wartość sygnału w kanale, którego dotyczy. Pozwala to np. korygować w locie neutralne ustawienie sterów modelu. W aparaturach sterowanych mikrokomputerem trymery mogą działać (i zwykle działają) inaczej niż w klasycznych, analogowych, zależnie od koncepcji przyjętej przez producenta. Zdarza się, że mogą być nawet używane jako niezależne suwaki.
3. Przełączniki
Na obudowie nadajnika jest często kilka a nawet kilkanaście różnych przełączników. Poza włącznikiem zasilania, który występuje zawsze, są przełączniki funkcji dodatkowych oraz włączniki sterujące kanałami proporcjonalnymi. Dlaczego przełącznik - element z definicji nie proporcjonalny miałby sterować kanałem proporcjonalnym? Otóż nie wszystkie kanały są potrzebne w formie proporcjonalnej. Jeśli np. model ma zdalnie włączane światła, wystarczy do tego sygnał dwustanowy (włącz-wyłącz).
Nie wspominam o wydzielonych klawiszach dodatkowych w nadajnikach z wbudowanym komputerem, które służą wyłącznie do programowania.
4. Wskaźniki i wyświetlacze
Każda aparatura ma wskaźnik stanu baterii zasilającej. Obecnie w prostych aparaturach producenci stosują tanie świecące wskaźniki diodowe, które, niestety, nie dają pełnego obrazu stanu baterii ponieważ składają się zwykle z zaledwie 2-3 diod.
Bardziej zaawansowane nadajniki posiadają wyświetlacz ciekłokrystaliczny na którym pojawiają się różne użyteczne informacje i który jest pomocny w programowaniu radia.
5. Bateria zasilająca
Jak mówi powiedzenie "każde urządzenie elektroniczne działa lepiej, jeśli ma podłączone zasilanie", tak więc nadajnik wyposażony jest w baterię ogniw zasilających. Z uwagi na znaczny pobór prądu praktycznie jako zasilanie stosuje się wyłącznie ogniwa ładowalne czyli akumulatory. W pełni naładowany i nie zużyty tzw pakiet nadajnikowy pozwala na kilka godzin kierowania modelami.
6. Koder
Koder to blok elektroniczny, który zamienia sygnały elektryczne odpowiadające położeniom manipulatorów i przełączników w standardowy sygnał. Do niedawna wszystkie aparatury miały kodery z wyjściem analogowym dając na wyjściu sygnał PPM (opis dalej). Obecnie bardziej zaawansowane nadajniki potrafią też kodować sygnał PCM, nie ma tu jednak ogólnie przyjętego standardu.
Między PPM i PCM jest taka różnica, jak między telefonami bezprzewodowymi analogowym i cyfrowym. W telefonie analogowym słyszymy rozmówcę dobrze, słabo (zakłócenia) lub prawie wcale. W telefonie cyfrowym słyszymy tylko albo bardzo dobrze albo wcale. W przypadku toru radiowego RC skutki całkowitego zaniku sterowania w systemie PCM mogą być znacznie bardziej niebezpieczne niż chwilowe lekkie zakłócenia w systemie PPM. Przy wyborze aparatury sterującej dobrze jest więc kierować się rozsądkiem niż sloganami reklamowymi.
* PPM - Prosty i skuteczny system kodowania, który był, jest i będzie stosowany. Sygnał PPM polega na kodowaniu informacji proporcjonalnej w postaci impulsów o zmiennej szerokości przedzielonych przerwami o stałym czasie trwania. Czas trwania impulsu i przerwy wynosi łącznie standardowo od 1ms do 2ms przy czym na odstęp przypada ok. 0,5ms. Jest to więc ciąg, zwykle 7 lub 9-ciu impulsów o zmiennej długości i stałych odstępach. Ponieważ czas trwania każdego z impulsów może się zmieniać (2-krotnie), czas trwania całej "paczki" informacyjnej jest również zmienny.
Paczki są wysyłane z częstotliwością 20-50Hz. Nie wszystkie odbiorniki są w stanie współpracować z sygnałem PPM 9-kanałowym, o czym należy pamiętać programując aparaturę.
* PCM - Modulacja impulsowo-kodowa, a więc cyfrowa. Nie jest lepsza, lecz po prostu inna od modulacji PPM. Sygnał każdego kanału zamieniany jest w słowo cyfrowe i w tej postaci wysyłany do odbiornika. Wynika z tego, że współpracujący odbiornik musi "rozumieć" kod używany przez nadajnik. Dlatego użytkownik zmuszony jest stosować dedykowane odbiorniki producenta nadajnika.
W modulacji PCM można łatwo przenieść dodatkowe informacje, jak np. bity parzystości i słowa kontrolne umożliwiające odrzucenie przez odbiornik zakłóconej informacji. Można też wysyłać do odbiornika rozkazy sterujące specjalne służące do programowania funkcji specjalnych, np. zachowania odbiornika w obecności zakłóceń uniemożliwiających poprawny odbiór
7. Funkcje dodatkowe
Bardziej złożone aparatury mają wbudowane lub umożliwiają dostawienie funkcji dodatkowych. Będą to różnego rodzaju miksery (bloki sumujące wagowo sygnały proporcjonalne), korektory zakresów (duale), konwertery nieliniowe (zamiana charakterystyki liniowej wychylenie drążka - sygnał na nieliniową), timery, stopery, skanery częstotliwości radiowych i wiele innych a także manipulatory i przełączniki sterujące tymi funkcjami.
Funkcje dodatkowe są opisane w każdej instrukcji konkretnego nadajnika. Szczególnie w modelarstwie lotniczym trudno się obyć bez wielu z nich.
8. Moduł w.cz.
W bardziej złożonych nadajnikach jest to wydzielona i wymienna kostka zawierająca właściwy nadajnik fal radiowych. W starszych i uproszczonych konstrukcjach część nadawcza jest na jednej płytce drukowanej wraz z resztą układu. Moduł w.cz. (wielkiej częstotliwości) połączony jest z resztą elektroniki nadajnika złączem. W obudowie modułu jest zwykle otwór na wymienny rezonator kwarcowy, zestrojony na konkretny kanał radiowy. W bardzo zaawansowanych nadajnikach nie stosuje się kwarcu wymiennego a ewentualną zmianę kanału realizuje blok syntezy częstotliwości. Takie rozwiązanie układowe jest tanie i szeroko stosowane w elektronice powszechnego użytku. Rzadkość jego występowania w torach radiowych RC można tłumaczyć jedynie bardzo intratnym biznesem jakim jest sprzedaż rezonatorów kwarcowych przez producentów nadajników.
* Zestrojenie modułu - Moduł w.cz. nie może być pod żadnym pozorem regulowany bez użycia specjalistycznych narzędzi pomiarowych. Bez odpowiedniego zaplecza technicznego można jedynie rozregulować moduł, co zaowocuje zakłóceniami sąsiednich kanałów i grozi utratą zasięgu nadajnika. Zdarza się, że użytkownicy próbują samodzielnie stroić moduł stosując kryterium maksymalnego sygnału wyjściowego. Jest to błędne założenie, ponieważ ważniejszą kwestią jest selektywność układu radiowego modułu (nie emitowanie zakłóceń na sąsiednich kanałach) i nie do końca idzie ona w parze z maksimum sprawności energetycznej.
* Kwarc oryginalny, czy nie? - Każdy producent zaleca stosowanie wyłącznie oryginalnych, przez niego firmowanych rezonatorów kwarcowych nadawczych i odbiorczych. Poza nielicznymi wyjątkami jest to zwykłe straszenie nieświadomych klientów, ponieważ jak wspomniałem sprzedaż tych elementów jest bardzo opłacalna (koszt produkcji około 1 zł, cena sprzedaży ok. 50 zł). Niektórzy producenci (Graupner) posuwają się nawet do niestandardowej regulacji elektronicznych torów radiowych, aby uniemożliwić współpracę urządzeń własnej produkcji z "obcymi" kwarcami.
Zanim wydamy około 60-120 zł za komplet kwarców do nowego nadajnika wykonajmy najpierw próbę zasięgu ze starymi do tej pory stosowanymi rezonatorami. Jeśli stwierdzimy, że zasięg aparatury jest podejrzanie mały, dopiero jest to sygnał do konieczności zmiany rezonatorów.
Nie ma kwarców lepszych i gorszych, są tylko odpowiednie lub nie. Często nawet użycie kwarcu odbiornikowego innej firmy niż nadajnikowy nie powoduje żadnych kłopotów, choć stosowanie par kwarców tego samego producenta należy traktować jako zasadę.
* Antena - Każdy nadajnik ma antenę. Zwykle jest to rozsuwana antena typu teleskopowego. Jej całkowita długość związana jest z właściwościami modułu w.cz. i najlepsze efekty uzyskuje się przy antenie całkowicie rozłożonej. Użytkowanie nadajnika z anteną innej długości, np. nie całkowicie rozłożoną powoduje zmniejszenie zasięgu radiowego oraz jest groźne dla samego modułu w.cz. Przy niewłaściwej długości anteny część energii wytworzonej przez nadajnik nie jest emitowana przez antenę, a odbija się od niej jak od lustra i wraca do elektroniki nadajnika, która nagrzewa się nadmiernie.
Niektóre nadajniki jako wyposażenie dodatkowe oferują specjalne krótkie anteny, wygodne przy sterowaniu modeli z małej odległości. Trzeba jednak pamiętać, że sprawność takiej anteny jest niższa nawet o połowę przez co mniejszy jest zasięg transmisji radiowej.
Transmisja radiowa
Moduł w.cz. nadajnika wytwarza drgania elektryczne o odpowiedniej częstotliwości. Sygnał jest dostarczany do anteny nadawczej i stąd ulatuje w przestrzeń w postaci fali elektromagnetycznej. Fale e-m rozchodzą się z prędkością światła (światło jest także falą e-m, ale o dużo większej częstotliwości). Ich moc naturalnie maleje z trzecią potęgą odległości od anteny nadawczej a także z powodu tłumienia ośrodka. Wreszcie docierają do anteny odbiornika i trafiają do układu elektronicznego. Tam zostają wzmocnione, odfiltrowane od fal o niepożądanych częstotliwościach i standaryzowane po czym trafiają do demodulatora i dekodera sygnałów proporcjonalnych
1. Modulacja AM i FM
No dobrze, jest fala, ale w jaki sposób niesie informacje? Otóż w module w.cz drgania elektryczne fali nośnej zostają zmodulowane (odpowiednio zniekształcone) w takt sygnału z kodera nadajnika. W torach RC stosuje się modulację AM i FM. AM to modulacja amplitudy fali nośnej. Tak zmodulowana fala nośna jest raz silniejsza a raz słabsza - w takt sygnału modulującego. Obecnie modulacja AM jest coraz rzadziej stosowana z uwagi na większą podatność odbiornika na zakłócenia. W modulacji AM wahania wartości odbieranego sygnału traktowane są jako sygnał użyteczny! O tym jak bardzo może być zniekształcona transmisja AM łatwo przekonać się słuchając w radio audycji nadawanych na falach długich średnich lub krótkich, gdzie dominuje ta forma modulacji.
Modulacja FM polega na zmianie częstotliwości fali nośnej w takt sygnału modulującego. Jest ona nieporównanie odporniejsza na wpływ zakłóceń. Zmiany amplitudy fali docierającej do odbiornika są traktowane jako zjawisko niepożądane i kompensowane przez tor radiowy odbiornika.
2. Kodowanie PPM i PCM
O kodowaniu już wspominałem. Tu zwrócę tylko uwagę na błąd, który bardzo często jest powtarzany przez modelarzy RC. Otóż nie należy wrzucać modulacji radiowej (AM lub FM) do wspólnego kotła ze sposobem kodowania sygnału modulującego (z kodera PPM lub PCM). Są to dwie zupełnie niezależne kwestie dotyczące zupełnie różnych właściwości aparatury modelarskiej. Możliwe są dowolne kombinacje konstrukcji: AM-PPM, AM-PCM, FM-PPM, FM-PCM jakkolwiek zestawu AM-PCM nie spotyka się.
3. Kanały radiowe
Pracujące obok siebie nadajniki nie zakłócają się wzajemnie dzięki temu, że pracują na różnych częstotliwościach. Emitują fale radiowe, które różnią się okresem drgań i dzięki temu mogą być selektywnie odbierane przez właściwe odbiorniki modeli.
Pasmo częstotliwości radiowych od najkrótszych do najdłuższych jest podzielone na zakresy, kanały itp. W Polsce nadajniki amatorskie małej mocy mogą nadawać bez zezwolenia na częstotliwościach około 27MHZ, 35MHz i 433MHz. W pobliżu tych częstotliwości ustawodawca wytyczył tzw kanały radiowe czyli odcinki na skali częstotliwości przeznaczone do wykorzystania przez pojedynczy system nadawczo odbiorczy.
Dlaczego zakresy częstotliwości (np. 35,160-35,170MHz) a nie konkretne wartości (np. dokładnie 35,160MHz)? Wcześniej wspomniałem o modulacji fali nośnej sygnałem z kodera nadajnika. Otóż w efekcie modulacji nadajnik wysyła drgania nie tylko o częstotliwości fali nośnej (częstotliwości podstawowej) ale również fale o częstotliwości bliskiej fali nośnej, ale jednak o innej częstotliwości. One właśnie są nośnikiem informacji, w naszym przypadku o wychyleniach manipulatorów nadajnika, i musi się dla nich znaleźć miejsce na skali częstotliwości. Dlatego np. w paśmie 35MHz kanały mają szerokość 10kHz i jest to właśnie tzw szerokość kanału informacyjnego czyli miejsce na informacje które niosą fale.
Zadaniem toru radiowego odbiornika (o czym trochę dalej) jest takie filtrowanie fal radiowych, aby do dalszych jego stopni przedostawały się wyłącznie fale pochodzące z wybranego jednego kanału.
4. Zakłócenia transmisji
Otacza nas morze fal elektromagnetycznych. Część z nich wytwarza cywilizacja. W tej grupie są fale radiowe emitowane celowo oraz zakłócenia pochodzące od urządzeń elektrycznych i elektronicznych
* Wytwarzanie i charakter fal radiowych - Fala radiowa, mówiąc dokładniej fala elektromagnetyczna o częstotliwości radiowej, powstaje w wyniku zmian pola magnetycznego lub elektrycznego. O ile trudno sobie wyobrazić magnes drgający 35000000 razy na sekundę o tyle łatwo wytworzyć oscylacje w obwodzie elektrycznym, które będą miały taką właśnie częstotliwość. Z punktu widzenia elektroniki są to niewielkie częstotliwości, nie wymagające stosowania zaawansowanych technik i rozwiązań układowych. Przy pomocy kilku tanich elementów można zbudować generator, który będzie oscylował z precyzyjnie (dla naszych celów) stabilną częstotliwością. Można sprawić, aby częstotliwość tego generatora dawała się zmieniać w sposób kontrolowany w takt zewnętrznego sygnału (modulującego). Później wystarczy już tylko wzmocnić sygnał i wysłać do anteny, która wyemituje energię drgań elektrycznych w postaci fali elektromagnetycznej. Proste, prawda? J
* Zakłócenia radiowe, efekt maskowania - Leci sobie samolot i nagle przestaje reagować na wychylenia drążków. Taka sytuacja zdarza się często i niejednokrotnie kończy rozbiciem modelu. Przyczyną takiego stanu rzeczy mogą być zakłócenia. Skąd się biorą? Zakładając, ze żaden inny modelarz w pobliżu nie nadaje na tym samym kanale (co też się zdarza) przyczyn należy szukać w urządzeniach energetycznych i nadajnikach pracujących na innych częstotliwościach. Skoro na innych częstotliwościach, to dlaczego zakłócają nasz kanał radiowy? Po pierwsze mogą być wadliwe i wysyłać również częstotliwości niepożądane, poza kontrolą.
Inną przyczyną jest często zamaskowanie sygnału naszego nadajnika przez obcy sygnał radiowy, nawet o zupełnie różnej częstotliwości. Odbiornik, zanim oddzieli sygnał naszego kanału od reszty sygnałów, musi wcześniej dokonać wzmocnienia często bardzo słabego (kilka milionowych części wolta) sygnału. Jeśli do anteny odbiorczej dotrze jakiś bardzo silny sygnał, układ wejściowy odbiornika może się nim po prostu zadławić, i przez to przestać działać poprawnie. Na tej samej zasadzie nie widać płomienia świecy na tle reflektora halogenowego.
* Odbicia i zdudnienia - Nawet jeśli w pobliżu nie ma żadnych źródeł potencjalnych zakłóceń w pewnych okolicznościach możemy spotkać się z miejscowym zmniejszeniem zasięgu. Jeśli model samolotu jest daleko i nisko nad ziemią, blisko ściany drzew, metalowych ogrodzeń itp może dojść do interferencji fali docierającej do odbiornika bezpośrednio z radia z falą odbitą od przewodzącej przeszkody. Podobne jest to do rozchodzenia się fal na powierzchni wody. Okręgi są regularne, jeśli na powierzchni wody nie ma żadnych obcych obiektów. W przeciwnym razie fala po dotarciu do przeszkody odbija się od niej i powstaje fala wtórna. Fala pierwotna oddziaływuje z wtórną w wyniku czego woda zaczyna drgać w sposób pozornie nieregularny. Pozornie, dlatego, że fale sumują się a widoczny efekt jest zwykłym wynikiem dodawania. W wyniku operacji pojawiają się takie miejsca, gdzie woda faluje bardziej niż na początku oraz miejsca gdzie falowanie jest mniejsze lub wręcz zerowe. Są to tzw węzły i zera powstające w wyniku interferencji czyli dodawania się fal o identycznych częstotliwościach. A przecież fale biegnąca wprost z anteny odbiornika i ta odbita od przeszkody mają tę samą częstotliwość, ponieważ jedno jest ich źródło - nadajnik.
Dla częstotliwości 35MHz długość fali wynosi około 8,5 metra. Jest to minimalna odległość z jaką mogą być od siebie oddalone miejsca o potencjalnie silniejszym i słabszym poziomie odbieranego sygnału. Często jest więc tak, że model wlatuje w "martwą strefę", przez chwilę jego stery szaleją, ale siłą rozpędu przelatuje w bardziej korzystne miejsce i odzyskujemy nad nim kontrolę.
Opisano przyklad na modelu lotniczym ,nadajniki do modeli lotniczych i kołowych różnią sie tylko obudową zasada dzialania jest taka sama.
źródło
http://www.modelarstwo.or...klad/index.html
