FPV-антени для дронів: як обрати та особливості користування

FPV-антени є важливою складовою, що визначає дальність дії та рівень сигналу вашого дрона. З такою великою кількістю різних типів антен на ринку може бути складно вибрати правильну антену для ваших конкретних потреб. У цій статті ми розглянемо основи будови антени, типи доступних антен і надамо вам поради щодо вибору потрібної антени. Незалежно від того, новачок ви чи досвідчений FPV-пілот, подана нижче інформація може бути доволі корисною та цікавою.

Найкращі FPV-антени для FPV-дронів

Наведені нижче рекомендації щодо антен підходять як для аналогових, так і для цифрових систем; просто переконайтеся, що ви вибрали правильну поляризацію (RHCP або LHCP). Для DJI та Walksnail рекомендується використовувати LHCP, оскільки це рекомендовано виробниками або входить до комплекту поставки. Використання протилежної поляризації не впливає на продуктивність, якщо ви використовуєте відповідні антени на передавальному та приймальному кінцях.

Універсальні антени

Rush Cherry – гідна бюджетна антена. Cherry також поставляється з різними роз’ємами і поляризацією. Вона має міцний корпус, який захищає антену в разі сильних падінь.

Rush Cherry

Foxeer Lollipop, можливо, не має найкращих характеристик, але вона доволі непоганої якості для тих, у кого обмежений бюджет з потребою замінити штатні дипольні антени. Ці антени дуже міцні завдяки товстому пластиковому корпусу.

Lollipop

Омні-антени

На відміну від класичних антен типу “cloverleaf”, TrueRC Matchstick має компактний дизайн і міцний герметичний пластиковий корпус, що робить її високоефективним та довговічним варіантом. У неї вражаюча ефективність 99% у поєднанні з майже ідеальним осьовим співвідношенням (з перехресним відхиленням до -30дБ), що робить її чудовою для відкидання багатопроменевих перешкод.

TrueRC Matchstick

Lumenier AXII 2 від GetFPV – це невелика, але надійна антена з унікальною конструкцією, яка забезпечує рівномірне покриття сигналу. Це гарантує вам однаково сильний сигнал, коли ви летите позаду себе. AXII 2 поставляється в різних варіаціях, включаючи роз’єми MMCX, UFL і SMA з різною довжиною штока, що робить її універсальним варіантом, який може задовольнити більшість, якщо не всі, ваші потреби.

Lumenier AXII 2

Якщо вам потрібні високоякісні антени, які не додадуть багато ваги вашим FPV-окулярам, TrueRC Singularity Stubby – один з найкращих варіантів. Вони ідеально підходять для транспортування окулярів в сумці, не турбуючись про те, що вони займуть багато місця. Ці антени є всеспрямованими, а це означає, що вони найкраще працюють, коли ви знаходитесь в центрі зони польоту. Однак, якщо ви, як правило, летите перед собою, стоячи на краю зони польоту, комбінація патчів може дати вам кращу видимість.

TrueRC Singularity Stubby

Спрямовані антени

Menace Pico-Patch – це дуже компактна і доступна за ціною спрямована патч-антена з широким покриттям сигналу, забезпечує пристойну продуктивність, чудово підходить для FPV-дронів.

Menace Pico-Patch

Спрямовані антени

Це антена, яку варто придбати, якщо вам потрібна спрямована антена з високим коефіцієнтом підсилення для великої дальності, вона забезпечує посилення на 10дБ і при цьому дає вам ширину променя 120.

TrueRC X-Air MKII

VAS Crosshair XTREME – ще одна високоякісна спрямована антена, яка не виглядає громіздкою на тонких FPV-окулярах. На папері вона має схожі характеристики з X-Air MK.II з точки зору коефіцієнта підсилення і ширини променя. Однак XTREME – це антена типу Crosshair, і вона має кращу ефективність, ніж патч-антена. Вона також має майже ідеальне осьове співвідношення, що означає, що може краще відкидати багатопроменеві спотворення.

VAS Crosshair XTREME

Що таке FPV-антена?

FPV-антена відповідає за передачу відеосигналу з камери дрона на окуляри або монітор пілота в режимі реального часу, дозволяючи пілоту керувати дроном і бачити те, що бачить дрон. Якість, продуктивність і конфігурація FPV-антен відіграють вирішальну роль у визначенні дальності, чіткості та надійності передачі відеосигналу.

Будова антени FPV

Антена – це просто шматок або шматки дроту, які перетворюють електричний сигнал в електромагнітні хвилі і навпаки. Незалежно від конструкції або зовнішнього вигляду, кожна антена складається з одних і тих же основних частин:

Елемент: Провідний матеріал, який передає і приймає електромагнітні хвилі.

Площина заземлення: Площина заземлення антени пов’язана з електричним заземленням пристрою. Вона також виготовлена з провідного металу і слугує електричним еталоном стану елемента. Правильно налаштована площина заземлення може посилити радіосигнал, випромінюваний або прийнятий елементом будь-якої антени.

Коаксіальний кабель: Спеціальний тип екранованого дроту, який передає сигнал між роз’ємом і елементом антени, не випромінюючи радіосигналу. Вони використовуються для збільшення довжини антени і часто виготовляються з жорсткого матеріалу. Коаксіальні кабелі не потрібні, якщо роз’єм безпосередньо з’єднаний з елементом.

Роз’єм – роз’єм антени – це те, що фізично з’єднує елемент і площину заземлення з відеопередавачем і приймачем.

Роз’єм: Фізичне з’єднання між антеною та відеопередавачем/приймачем.

Будова антени

Елементи антен FPV часто виготовляються з крихких мідних дротів і зазвичай поміщаються в пластиковий захисний кожух. Ці корпуси не послаблюють сигнал і забезпечують підтримку антени під час падінь.

Спрямованість антени

При виборі антени найголовнішим рішенням є її спрямованість. Вона може бути спрямованою або всеспрямованою.

Всеспрямовані антени випромінюють радіохвилі однаково в усіх напрямках, тоді як спрямовані антени фокусують радіохвилі в одному напрямку.

Класичною аналогією є лампочка проти ліхтаря, де лампочка є всеспрямованою, а ліхтар – спрямованим. Якщо обидва джерела світла працюють на однаковій потужності, ліхтар може сягати далі, оскільки він фокусує світло в одному напрямку, але за рахунок меншої ширини променя.

Всеспрямовані антени чудово підходять для повсякденних польотів і забезпечують хороше покриття сигналу навколо пілота. Спрямовані антени часто використовуються в дивергентних приймачах, де вони можуть працювати в парі з всеспрямованою або декількома спрямованими антенами для покриття всіх необхідних кутів.

Приймач може приймати два сигнали від двох антен і відображати сильніший сигнал.

Всеспрямована, спрямована

Поляризація антени

Поляризація антени – це класифікація FPV-антен. Існує два типи:

лінійно кругові антени (LP)

кругові поляризовані антени (СР)

В межах кругових поляризованих антен:

ліві циркулярно-поляризовані антени (LHCP)

правосторонні циркулярно-поляризовані антени (RHCP)

Лінійна поляризація

Лінійна поляризація використовується в багатьох базових антенах, таких як стандартні дипольні антени, які постачаються з вашими VTX і VRX, або навіть у вашому домашньому WiFi.

При лінійній поляризації сигнал коливається або горизонтально, або вертикально в одній площині під час проходження.

Кругова поляризація

Skew-Planar Wheel, сloverleaf і гвинтові антени є прикладами поширених антен з циркулярною поляризацією.

Кругова поляризація передбачає передачу сигналів як у горизонтальній, так і у вертикальній площинах зі зсувом фази на 90 градусів, що нагадує штопор, який обертається.

Однак у круговій поляризації є важливий момент: напрямок радіохвиль “закручується”. Існує лише два напрямки: праваполяризація (RHCP) і ліва поляризація (LHCP). Якщо ви передаєте радіохвилю за допомогою однієї антени, то потрібно прийняти цю хвилю за допомогою іншої антени з тим самим обертанням. Тому ви повинні використовувати антени RHCP на вашому приймачі тільки в тому випадку, якщо ваш передавач також має антену RHCP, і те ж саме стосується LHCP. Невиконання цієї вимоги призведе до значної втрати сигналу.

Яка поляризація антени найкраща для FPV-дронів?

Антени з круговою поляризацією, як правило, вважаються кращими для FPV дронів з наступних причин:

Лінійні поляризовані антени набагато чутливіші до багатопроменевих перешкод порівняно з антенами з круговою поляризацією.

На дальність дії LP-антени сильно впливає вирівнювання антени, а підтримувати хороше вирівнювання антени на квадрокоптері весь час практично неможливо, оскільки він постійно обертається навколо всіх осей.

Лінійні поляризовані антени широко використовуються завдяки своїй структурній простоті. Вони, як правило, менші, легші, дешевші і простіші у виготовленні. Загалом, лінійна поляризація є гарним вибором для далекого радіусу дії, оскільки вся енергія фокусується в одній площині. Однак перевага дальності рідко реалізується через багатопроменеві перешкоди.

Щоб досягти найкращого прийому, як на передавальній, так і на приймальній стороні повинні використовуватися антени з лінійною поляризацією, і вони повинні бути вирівняні, щоб забезпечити максимальне перекриття випромінювання. FPV дрони постійно обертаються навколо всіх 3 осей, що робить майже неможливим підтримання ідеального вирівнювання. Наприклад, коли антени передавача і приймача знаходяться під кутом 90 градусів одна до одної, вони матимуть найменше перекриття сигналу, що призводить до втрати потужності сигналу на понад 20 дБ (зменшення радіусу дії на понад 90%), що називається перехресною поляризацією. LP-антени можуть бути більш придатними для радіоуправління літаками, автомобілями, човнами тощо.

З іншого боку, сигнали з круговою поляризацією завжди перекриваються, незалежно від того, під якою орієнтацією або кутом знаходиться ваш FPV-дрон відносно приймальної антени (втрата сигналу відсутня незалежно від вирівнювання антени). З цієї причини антени з круговою поляризацією є стандартом для FPV-дронів.

Ще однією перевагою кругових поляризованих антен є їхня здатність відкидати багатопроменеві перешкоди. Багатопроменеві перешкоди – це форма шуму в аналоговому відеосигналі, яка часто проявляється у вигляді випадкових змін кольору, статичного, зашифрованого зображення та пропусків. Це відбувається, коли сигнал відбивається від об’єктів (наприклад, стін і землі), спотворюється з фазовою затримкою і втручається в основний сигнал.

Для звичайних польотів FPV-дронів рекомендується використовувати CP-антени. Однак деякі пілоти можуть віддати перевагу спеціально виготовленим LP-антенам, оскільки їх можна зробити меншими, легшими і міцнішими, незважаючи на гірші радіочастотні характеристики.

Коли слід використовувати CP-антени

Під час польотів поблизу великих об’єктів, таких як дерева, будівлі, або в закритих приміщеннях, таких як автостоянки і стадіони, де буде значна кількість багатопроменевих перешкод.

Під час виконання акробатичних польотів, коли орієнтація та кут нахилу літака постійно змінюються.

Під час польотів на малих висотах (польоти на близькій відстані).

Коли слід використовувати LP-антени

Під час стабільного прямолінійного польоту без значних коливань по крену і тангажу.

Коли розмір, вага та міцність антени є найбільш важливими факторами.

Чи можна використовувати LP і CP антени разом?

Ви можете змішувати лінійно поляризовані антени та антени з круговою поляризацією у вашій FPV-системі, але це призведе до певних втрат сигналу. Нерідко деякі гонщики використовують дипольні антени на дронах для економії ваги і довговічності, а на відеоприймачі ставлять кругові антени. Ви будете страждати від втрати сигналу приблизно на 3дБ (30%), але це не так вже й погано для польотів на короткі дистанції, таких як перегони. RHCP/LHCP в цьому випадку не має значення. Але це все одно краще, ніж найгірша ситуація при використанні тільки лінійно поляризованих антен на обох кінцях, де максимальне зниження сигналу становить 97% (30дБ). Це компроміс між продуктивністю і довговічністю.

Для звичайних FPV-пілотів я все ж рекомендую використовувати тільки CP-антени.

Відмінності між LHCP і RHCP

Антени з круговою поляризацією бувають лівосторонніми (LHCP) або правосторонніми (RHCP). Передавач і приймач повинні мати відповідні антени, інакше це може призвести до значних втрат сигналу. Якщо ви змішаєте LHCP і RHCP антени, вони все одно працюватимуть, але радіус дії значно зменшиться.

Це відбувається тому, що антена LHCP відхиляє сигнал від антени RHCP і навпаки. Сила відхилення залежить від осьового співвідношення антен.

Ця властивість антени СР може бути корисною для захисту від багатопроменевості. Щоразу, коли CP-сигнал відбивається від об’єкта, він змінює напрямок своєї поляризації. І антена LHCP відхиляє сигнал RHCP і навпаки (перехресна поляризація). Крім того, коли один пілот використовує антени LHCP, а інший – RHCP, між ними буде менше перешкод.

Тому ви повинні використовувати один і той же тип антени на приймачі та передавачі. Якщо ви змішаєте LHCP і RHCP, ви будете страждати від значних втрат сигналу.

Для пілотів, які літають у групі, краще мати обидві антени LHCP і RHCP для гнучкості. Якщо ви більшу частину часу літаєте наодинці, то це не має значення, оскільки і LHCP, і RHCP мають однакові характеристики. Антени RHCP більш поширені для аналогових FPV-систем, тоді як LHCP більш поширені для цифрових FPV-систем, таких як DJI і Avatar.

Відмінності

Ефективність антени

Коли справа доходить до проектування FPV-антени, слід враховувати кілька вимірів продуктивності, в тому числі

Посилення

Діаграма спрямованості

Осьове співвідношення

КСX

Налаштування частоти і діапазон

Імпеданс

Особисто я зосереджуюсь на перших чотирьох факторах при виборі антен. Однак, якщо ви купуєте у відомого бренду, вам не варто надто перейматися цими деталями. Зрештою, ми тут не будуємо ракети для NASA, тож немає потреби створювати собі головний біль!

Коефіцієнт підсилення антени

Коефіцієнт підсилення антени – це показник діапазону та кута покриття спрямованої антени. Це міра того, наскільки більше потужності може випромінювати антена в певному напрямку порівняно з ізотропним випромінювачем (теоретичною антеною, яка випромінює однаково в усіх напрямках). Коефіцієнт підсилення антени виражається в децибелах, або дБ.

Вищий коефіцієнт підсилення зазвичай означає більший діапазон, але вужчу ширину променя. Коефіцієнт підсилення антени може змінювати діаграму спрямованості, яку можна побачити в технічному паспорті антени. Для антен VTX потрібно використовувати всеспрямовані антени з меншим коефіцієнтом підсилення, щоб отримати краще покриття в усіх напрямках навколо дрона. Для антен VRX потрібно використовувати комбінацію всеспрямованої антени з низьким коефіцієнтом підсилення і спрямованої антени з середнім/високим коефіцієнтом підсилення, щоб отримати найкраще з обох світів. Якщо ви не літаєте на великі відстані, також можна використовувати всеспрямовані антени з низьким коефіцієнтом підсилення на вашому відеоприймачі.

Маючи справу з децибелами, корисно пам’ятати, що кожні 3 дБ посилення, які ви отримуєте від антени, еквівалентні подвоєнню потужності вашого передавача. Наприклад, якщо ви можете досягти посилення на 6дБ, замінивши антену на нову з відеопередавачем потужністю 200мВт, це еквівалентно переходу на відеопередавач потужністю 800мВт, а це може збільшити дальність дії вдвічі! (6дБ = 3дБ + 3дБ = два подвоєння = 4х, 200мВт х 4 = 800мВт).

Діаграма спрямованості

Діаграма спрямованості вашої антени представлена двома діаграмами: одна дивиться вниз на антену, а інша – збоку. Ці діаграми можуть підказати вам, де знаходяться слабкі місця.

Ось приклад антени з коефіцієнтом підсилення 0 дБ. Як бачите, вона дійсно всеспрямована і має майже ідеальну сферичну діаграму спрямованості.

Однак всеспрямовані антени в реальному житті зазвичай мають слабкі місця вгорі і внизу, а 3D-діаграма спрямованості більше нагадує форму пончика. У двовимірному вигляді вона утворює вісімку у вертикальній площині і коло в горизонтальній площині.

Це демонструє важливий момент під час польоту дрона на великих висотах – не літайте над собою! Верхня частина діаграми спрямованості – це область, де посилення найслабше, і ви з великою ймовірністю втратите сигнал.

Ось діаграми спрямованості для патч-антени з коефіцієнтом підсилення 8дБ. Зверніть увагу на вузьку ширину променя як у вертикальній, так і в горизонтальній площинах.

Вертикальна та горизонтальна площина

Низький коефіцієнт підсилення може здатися менш привабливим з точки зору дальності дії, але він може забезпечити більш надійну роботу завдяки більш сферичній діаграмі спрямованості. Ви можете отримувати досить сильні сигнали, навіть спрямувавши антену прямо на приймач.