Aumento del alcance del módulo de RF mediante antena (Parte 4/23)

Los módulos de RF son circuitos de comunicación de radiofrecuencia de banda baja que se utilizan para transmitir datos digitales a distancias cortas. Por lo tanto, estos módulos son muy útiles en la fabricación de productos electrónicos de consumo o proyectos de bricolaje para entornos domésticos u de oficina. El módulo de RF de 434 MHz es un producto de transmisión de RF estándar extremadamente popular y ampliamente utilizado por aficionados e ingenieros de productos. Conozca los detalles fundamentales sobre la comunicación RF y la configuración básica del transmisor y receptor de RF.

Estos módulos RF estándar de 434 MHz tienen una velocidad de datos de 1 Kbps a 10 Kbps. Pueden operar a una distancia de 50 a 80 metros sin ninguna antena. Por lo tanto, son adecuados para su uso en una casa u oficina pequeña. Sin embargo, este rango de operación puede parecer limitado incluso para algunas aplicaciones domésticas o de oficina. Entonces, ¿se puede ampliar el rango operativo de estos módulos de RF? Sí, es posible aumentar el rango operativo del módulo de RF dos o tres veces utilizando una antena externa con el módulo.

Fig. 1: Prototipo de transmisor de RF

Una antena es básicamente un transductor y un conductor de corriente que convierte la corriente eléctrica entrante en ondas electromagnéticas o produce corriente eléctrica en respuesta a una onda electromagnética. Aunque cualquier conductor de electricidad puede utilizarse como antena, existen muchos tipos de antenas y su funcionalidad como transmisor o receptor de ondas electromagnéticas se rige por teorías bien establecidas.

La distancia a la que una antena puede transmitir o recibir una señal se puede aumentar aumentando la potencia aplicada a la antena. Esta técnica aumenta la fuerza de la onda portadora y la señal de radio se vuelve capaz de transmitir distancias mayores antes de desaparecer. Otro método consiste en utilizar la altura de antena estándar formulada por la teoría de antenas establecida. El uso de la altura de antena estándar dependiendo de la frecuencia de la onda portadora puede aumentar el rango operativo hasta dos o tres veces. Según la teoría de las antenas, la altura de la antena debe ser la mitad o un cuarto de la longitud de onda de la señal portadora.

Este proyecto es una demostración de cómo ampliar el alcance del módulo de RF conectando una antena de tamaño estándar al módulo de RF. La entrada de energía a la antena se mantuvo constante para experimentar el efecto único de la altura de la antena en el rango operativo del módulo.

Componentes necesarios

Sr. no.	Nombre del componente	Cantidad necesaria
1	Módulo de transmisión RF (434 MHz)	1
dos	Módulo de recepción de RF (434 MHz)	1
3	HT12E	1
4	HT12D	1
5	CONDUJO	5
6	Resistencia – 1KΩ (un cuarto de vatio)	8
7	Resistencia – 1MΩ (un cuarto de vatio)	1
8	Resistencia – 50 KΩ (un cuarto de vatio)	1
9	presionar el botón	4
10	Batería-9V	dos
11	tabla de pan	dos
12	Cables de conexión	–

Fig. 2: Diagrama de bloques del transmisor y receptor de RF

Conexiones de circuito

Las conexiones del circuito del módulo de RF se realizan según se especifica en las hojas de datos del HT12E IC, HT12D IC, el transmisor de RF y el receptor de RF. Estas conexiones de circuitos se explican en detalle en el Modelo experimental básico de transmisor y receptor de RF. Para probar el efecto de la antena en el rango operativo del módulo de RF, primero se observa el rango operativo sin antena. Se realizan las conexiones de los circuitos y los circuitos reciben energía a través de una batería o fuentes de alimentación portátiles. Los circuitos se llevan a un lugar abierto donde la distancia recta entre el receptor y el transmisor se puede medir con una cinta métrica. Los bits de dirección de los circuitos integrados del codificador y del decodificador están conectados a tierra para corresponder a una dirección de 0x00.

Fig. 3: Prototipo de receptor de RF

Los bits de datos en el codificador IC también están conectados a través de interruptores para transmitir datos variables de 4 bits. Este bit de datos se puede configurar en cualquier lugar entre 0x1 y 0xF para que al menos un LED en el módulo receptor se encienda para indicar que la señal se está recibiendo correctamente. El pin 14 del codificador IC está conectado a tierra para facilitar la transmisión ininterrumpida. Se utilizan interruptores de presión en los pines de datos del codificador IC para que el bit de transmisión se pueda cambiar a medida que aumenta la distancia.

Esto es importante porque los pines de datos en el IC decodificador son de tipo pestillo y el bit de datos transmitido una vez permanece en los pines de datos del IC decodificador hasta que se recibe un nuevo bit. Por lo tanto, un bit de datos, una vez recibido en el IC decodificador, permanece persistente incluso si el módulo receptor deja de recibir la señal de radio. Por lo tanto, para garantizar que se esté recibiendo la señal de radio, el bit de datos debe cambiarse cada vez que aumenta la distancia entre el transmisor y el receptor.

La fuente de alimentación para ambas partes del módulo se mantiene constante en 9V para todas las lecturas. Se adjunta una antena de tamaño estándar a cada transmisor y receptor. Durante la segunda fase del experimento, en el transmisor de RF la antena se conecta al pin 4 del módulo transmisor, mientras que en el receptor de RF la antena se conecta al pin 8 del módulo receptor.

Cómo funciona el circuito

Primero, se prueba el rango operativo del módulo de RF sin antena. El transmisor y el receptor se mantienen a una distancia de 10 metros y se realiza un cambio en el bit de transmisión para probar la recepción de la señal de radio en el módulo receptor. El bit se ha cambiado correctamente. La distancia entre el transmisor de RF y el receptor aumenta cada vez en 10 metros y la recepción de la señal de radio se prueba cambiando el bit de datos en el módulo transmisor. Los módulos RF 434 reciben señales con éxito a una distancia de entre 70 y 80 metros. Más allá de los 80 metros, la señal de radio desaparece y el cambio en el bit transmitido no se refleja en el módulo receptor. Por lo tanto, se puede predecir con seguridad que el alcance operativo de 434 módulos de RF sin antena será de 70 metros.

Ahora se prueba el alcance operativo del módulo con antena. Antes de esto, se debe calcular la altura estándar de la antena. La altura estándar según la teoría de las antenas debería ser la mitad o un cuarto de la longitud de onda de la señal portadora. La frecuencia portadora del módulo RF es de 434 MHz.

El período de tiempo de la onda de RF será el siguiente:

Período de tiempo = 1/Frecuencia

= 1/434MHz

= 2,4 nanosegundos

La velocidad de la luz es 3X10^8 m/s. La longitud de onda de las ondas de radio viene dada por lo siguiente:

Longitud de onda = Velocidad/Frecuencia

= Velocidad X Periodo de tiempo

= 3X10^8X2,4X10^-9

= 0,69 metros o 69 cm

El tamaño de antena estándar debe ser de media o cuarta longitud de onda.

Por lo tanto,

Tamaño de antena = 69/2 o 69/4

= 34,5 o 17,25 cm

El cuarto de longitud de onda se considera el tamaño de antena estándar en este diseño. Se corta un cable en longitudes de 17,25 cm y se conecta a cada módulo transmisor y receptor de RF.

Ahora, el alcance operativo del módulo de RF se prueba en incrementos de 10 metros, como se hace sin antena. Ahora el módulo de RF transmite la señal a una distancia de entre 150 y 160 metros. El nuevo alcance operativo se mide con precisión en 156 metros, cambiando el incremento a 1 metro más allá de la distancia de 150 metros. En consecuencia, al conectar una antena de un cuarto de longitud de onda, el rango operativo del módulo de RF sólo se duplica.

	Sin antena	Con antena
Rango ->	70m	156m

Diagramas de circuito