Антенна для FPV-дронов является ключевым фактором, который определяет рабочий диапазон и силу сигнала как для управления дроном, так и для видеосистемы.

От правильно выбранной антенны и её характеристик зависит качество связи между вами и FPV-дроном. Антенна — это устройство для передачи или приема радиоволн. Она преобразует электрические сигналы в радиоволны и наоборот.

Радиоволны

Для начала разберемся, что такое радиоволны. Радиоволны — это разновидность электромагнитных волн, которые распространяются в пространстве со скоростью света. Они имеют длину волны от миллиметров до десятков километров и используются для передачи информации на большие расстояния.

Радиоволны генерируются электронными устройствами, такими как передатчики, которые создают переменный электрический ток. Этот ток генерирует колебания электрического и магнитного полей, которые создают радиоволны. Радиоволны принимаются антеннами, которые преобразуют их обратно в электрические сигналы.

Приемник обрабатывает эти сигналы и извлекает из них информацию, например, звук или изображение.

Устройство антенны

Теперь поговорим об устройстве антенны. Она состоит из следующих элементов.

Излучающий элемент

Это основа антенны, которая состоит из проводящих материалов, таких как медь, алюминий или сталь, которые преобразуют электрический сигнал в электромагнитное излучение и наоборот. Он может иметь разные формы в зависимости от поставленной задачи.

Коаксиальный кабель (фидер)

Обеспечивает передачу сигнала между элементами антенны и передатчиком или приемником на дроне.

С помощью металлического экранирования коаксиальный кабель защищает сигнал от электромагнитных помех, что критично важно для получения четкого видеоизображения и команд управления. Коаксиальные кабели обладают высокой гибкостью и долговечностью, что позволяет легко формировать их под необходимый угол на дроне.

Центральный проводник несет сигнал, тогда как внешняя оболочка или оплетка служат в качестве обратного проводника и экрана.

Коннектор

Соединяет антенну с передатчиком или приемником.

Чаще всего используются коннекторы типа MMCX, SMA | RP-SMA или U.FL | IPEX.

Защитный корпус

Защищает антенну от повреждений во время полетов и падений. Он не влияет на сигнал.

Принцип работы антенны

Антенны работают на основе принципов электромагнитной индукции и излучения.

Электрический ток, который течет через проводник, создает переменное электрическое поле. Это поле, в свою очередь, генерирует переменное магнитное поле. Переменные электрическое и магнитное поля создают электромагнитную энергию, которая излучается от антенны в пространство.

Передатчик генерирует электрический сигнал, который несет информацию (например, сигналы управления или видео).

Одна из Простейших антенн (диполь) — это два металлических стержня, на которые подается переменный электрический ток, который протекая по излучающему элементу антенны создает быстро меняющуюся разность потенциалов, положительного (плюс) и отрицательного (минус).

На схеме показаны линии электрического поля, которые исходят от антенны и движутся от нее со скоростью света.

Диаграмма направленности

При выборе антенны требуется учитывать её диаграмму направленности. Диаграмма направленности — это способность антенны распределять свою энергию излучения (ЭИИМ) в определенных направлениях.

Это важная характеристика, которая показывает, насколько эффективно антенна может передавать или принимать сигнал в пространстве.

Различают антенны всенаправленные и направленные.

Всенаправленные антенны излучают одинаково во всех направлениях (в плоскости), тогда как направленные антенны фокусируют свою энергию в определенном направлении.

Это аналогично лампочке, которая будет всенаправленной антенной, и фонарику, который будет направленной антенной.

Всенаправленные антенны отлично подходят для ежедневных полетов и обеспечивают хорошее покрытие сигнала вокруг пилота на небольшой дистанции.

Направленные антенны часто используются для полетов на большие дистанции, поскольку они фокусируют всю свою энергию в одном направлении, уменьшая потери сигнала.

Поляризация антенн

Первое понятие, которое вы должны понять, это поляризация антенны. Бывают антенны с линейной поляризацией и антенны с круговой поляризацией. То есть, всенаправленные и направленные антенны для дронов имеют одну из этих поляризаций.

Использование линейно-поляризованных антенн помогает уменьшить потери сигнала при удалении дрона от передатчика. Это важно для поддержания стабильной связи на больших дистанциях. При линейной поляризации электромагнитная волна имеет электрическое поле, которое колеблется в одной плоскости.

Эта волна может быть либо вертикальной, либо горизонтальной.

Все зависит от ориентации самой антенны. Если ее расположить горизонтально, она будет излучать свой сигнал преимущественно в горизонтальной плоскости.

Если разместить вертикально, то будет работать в вертикальной плоскости. Если разместить ее под углом 45 градусов, она будет распространять свой сигнал под углом 45 градусов. Грубо говоря, в какой плоскости ее расположить (ориентировать), в той она и будет работать.

Однако, чтобы поддерживать хороший сигнал с антенной линейной поляризации, нужно убедиться, что обе антенны, как на приеме, так и на передаче, будут резонировать между собой и работать в одной плоскости, чтобы обеспечить максимальное перекрытие диаграмм направленности. Например, управление дроном осуществляется через антенну с линейной поляризацией, расположенную на дроне горизонтально. Для резонанса с наземной антенной, которая стоит на радиоаппаратуре и имеет линейную поляризацию, необходимо ее тоже расположить горизонтально для создания резонанса между антеннами.

Фактически, две антенны линейной поляризации должны быть параллельны между собой для получения наиболее качественной связи, и если их разместить перпендикулярно друг другу, мы получим очень плохой  сигнал на антенне приемника. Запомните, что чем менее параллельны будут излучающие элементы линейных антенн между собой, тем хуже будет качество сигнала между ними.

Антенны линейной поляризации получили широкое распространение благодаря своей конструктивной простоте.

Они, как правило, меньше, легче, дешевле и проще в изготовлении. Их чаще всего используют для управления дроном. Однако линейная поляризация имеет такие слабые стороны, как отражение от препятствий.

Это многолучевое распространение сигнала, также известное как многолучевые помехи. Они возникают, когда сигнал, переданный от передатчика к приемнику, доходит до приемника несколькими разными путями. Это может произойти из-за отражения сигнала от зданий, земной поверхности, воды и других препятствий, и проявляется шумом, например, в видеозаписи в виде случайных изменений цвета, статического изображения (снега) и пропаданий.

Это происходит, когда сигнал отражается от объектов, таких как стены и земля, и приходит с задержками по фазе. Это и создает помехи основному сигналу. Многие пилоты FPV дронов используют для видеопередачи  антенны с круговой поляризацией.

Круговая поляризация

Фундаментальное преимущество антенн с круговой поляризацией заключается в том, что благодаря спиральной (винтовой) форме сигнала вы всегда получаете хорошее покрытие, независимо от того, под каким углом вы летаете, что очень важно для дрона.

Еще одним преимуществом антенн с круговой поляризацией является их способность подавлять многолучевые помехи.

Когда мы говорим про антенны с круговой поляризацией, они разделяются на антенны с левой круговой поляризацией (Left Hand Circular Polarization, LHCP) и антенны с правой круговой поляризацией (Right Hand Circular Polarization, RHCP).

При левой круговой поляризации векторы электрического поля вращаются в левом направлении относительно направления распространения волны.

И при правой круговой поляризации векторы электрического поля вращаются в правом направлении относительно направления распространения волны.

Круговая поляризация предполагает передачу сигналов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях со сдвигом фазы на 90 градусов.

Левая круговая поляризация не совместима с правой круговой поляризацией, поэтому если вы используете антенны с круговой поляризацией, вам нужно убедиться, что передатчик и приемник имеют одинаковую поляризацию антенны, правую или левую.

Если вы смешаете антенны с левой и правой поляризацией, они все равно будут работать, но радиус действия значительно уменьшится.

Для пилотов, которые летают в группе, лучше, когда один пилот использует антенны левой поляризации, а другие — правой поляризации, между ними тогда будет меньше помех.

Если вы просто летаете в одиночку большую часть времени, то это не имеет особого значения. Левая и правая круговые поляризации имеют одинаковую производительность.

Антенны с правой поляризацией чаще используются для аналоговых систем, тогда как левая поляризация более распространена для цифровых систем, таких как DJI и Avatar.

Это не означает, что на цифровой системе нельзя использовать антенны с правой поляризацией, это просто так договорились сами пилоты между собой. Существуют даже некоторые антенны, которые имеют два разъема для левой или правой поляризации на выбор.

Когда использовать ту или иную поляризацию

Для видеосигнала антенны с линейной поляризацией используются во время стабильного прямолинейного полета в прямой видимости без особого крена и тангажа на большие дистанции.

Или, если это крошечный дрон, который не может летать с тяжелыми антеннами.

Круговую поляризацию используют во время полета вблизи больших объектов, таких как деревья, здания или в закрытых помещениях, таких как автостоянки и стадионы, где будет значительное количество многолучевых помех. Также во время акробатических полетов, когда ориентация дрона постоянно меняется, или полеты проходят на низких высотах.

На дроне вы можете смешивать антенны с линейной поляризацией и антенны с круговой поляризацией.

Самая популярная комбинация — когда дрон передает видео с помощью направленной антенны круговой поляризации и принимает сигнал управления с антенной линейной поляризации горизонтального положения.

Типы антенн для FPV

Всенаправленные антенны

Диполь (Dipole)

Дипольная антенна — это самый простой, долговечный и дешевый тип антенн.

Это всенаправленная линейная антенна. Как правило, она состоит из двух одинаковых проводящих элементов, которыми могут быть металлические провода или стержни, которые имеют двустороннюю симметрию. Для создания сигнала передатчик подает переменный ток на две половины антенны, а в случае с приемной антенной выходной сигнал с двух половин антенны подается на радиоприемник.

Каждая часть фидера, что идет к передатчику или приемнику, соединена с одним из проводников. Этот тип антенны очень часто используют для управления дроном, устанавливая ее на радиоаппаратуре и на приемнике в дроне.

Такие всенаправленные линейные антенны используют и для Wi-Fi роутеров.

На маленьких дронах ее используют для видеопередатчика из-за ее небольшого размера.

Клевер (Cloverleaf), или трилистник

Клеверные антенны круговой поляризации — фавориты среди пилотов, благодаря их способности поддерживать стабильный сигнал даже при быстрых маневрах дрона и его переворотах.

Клеверные антенны обычно состоят из трех или четырех изогнутых элементов, изготовленных из медной или алюминиевой проволоки. Эти элементы формируют лепестки, которые излучают или принимают сигнал во всех направлениях.

Важным преимуществом такой конструкции является ее круговая поляризация, что позволяет уменьшить потери сигнала при перевороте дрона, имея почти одинаковый уровень сигнала, независимо от положения антенны, что является критичным для FPV-полетов.

Клеверные антенны имеют лучшую стойкость к многолучевому отражению сигнала от препятствий, что улучшает качество сигнала. Из недостатков — чувствительность к механическим повреждениям. Изогнутые элементы могут легко повредиться при ударах или падениях.

По сравнению с другими антеннами, клеверные могут быть несколько больше, что может влиять на аэродинамику дрона. Клеверные антенны часто устанавливаются на дроне для видеосвязи, потому что нам нужно иметь всенаправленную антенну на нем, чтобы при повороте дрона в разные стороны видеосвязь не пропадала. Также эти антенны устанавливают на очках (шлемах) для того, чтобы иметь возможность летать вокруг себя, особенно не поворачивая голову в направлении движения дрона.

Клеверные антенны на дроне лучше иметь в закрытом корпусе, чтобы они не повредились при падении.

Пагода (Pagoda)

Основное отличие этой всенаправленной антенны заключается в том, что она изготовлена из прочных текстолитовых плат, в отличие от обычных антенн, изготовленных из медных проводов.

Ее часто устанавливают именно на дрон, а не на очки. Благодаря своей прочности хорошо подходит для новичков, у которых дрон часто падает.

Однако, эта антенна менее эффективна, поскольку используемый материал имеет неправильную структуру, например, использование стекловолокна в качестве диэлектрика, поэтому вы можете получить более низкое качество связи, чем у антенн с идентичными характеристиками, которые состоят из проводов, использующих воздух в качестве диэлектрика.

Направленные антенны

Спиральная антенна (Helix)

Является одним из типов антенн, которые обеспечивают круговую поляризацию сигналов направленного действия.

Это направленная антенна в форме пружины.

Они отлично подходят для подавления многолучевых помех, поскольку имеют круговую поляризацию. Они имеют большие размеры, что означает, что их можно использовать лишь для очков (приемника) и для приема сигнала с видеопередатчика. Они чувствительны к механическим повреждениям.

Сложность использования этой антенны заключается в том, что ее важно направить именно на дрон, чтобы иметь связь. Часто их используют пилоты, которые летают на большие дистанции. Количество витков катушки определяет коэффициент усиления антенны.

Патч-антенны (Patch)

Это направленные антенны на печатных платах, которые можно найти как с линейной, так и с круговой поляризацией.

Патч-антенны являются легким и компактным решением по сравнению со спиральными. Они относительно дороги в производстве, поскольку могут быть напечатаны на печатных платах, но их эффективность по своей сути ниже, чем у других типов антенн, которые используют воздух в качестве диэлектрика, таких как спиральная антенна.

Их используют для видеоприемников. На дроне патч-антенны не используются из-за того, что они направленного действия, и это не позволяет маневрировать дроном в воздухе из-за постоянной потери сигнала.

Антенны состоят из плоского, прямоугольного, круглого, треугольного или любой другой геометрической формы металлического листа, который называется патч, установленного поверх металлического листа большего размера, который называется заземленной плоскостью.

Кросс-антенна (Crosshair) или антенна-прицел

Это направленная антенна с круговой поляризацией, разработанная для дальнего радиуса действия и проникновения через препятствия. Используется на видеоприемниках.

Антенна-прицел имеет активный элемент на некотором расстоянии от массивной задней пластины.

Однако активные элементы и задняя панель разделены диэлектриком и воздушным зазором, вместо стекловолокна, как у патч-антенн, что дает высокую эффективность. Кросс-антенна использует технологию векторного фазового сложения, что позволяет получить большую дальность и четкость сигнала. Она дает высокую эффективность излучения, что позволяет уменьшить потери сигнала и увеличить качество связи даже через препятствия.

Эти антенны имеют большой размер.

Рекомендации по выбору антенн

Новичкам для видеосвязи лучше начать с всенаправленных антенн с круговой поляризацией на дроне и на очках. Это даст больше свободы при полете на небольшие расстояния вокруг себя и создаст больше комфорта.

Если вы желаете летать на большие расстояния, то лучше для видеоприемника использовать антенны направленного действия с круговой поляризацией.

Если у вас есть система Diversity на ваших очках, то вы можете использовать универсальную комбинацию из всенаправленной антенны, например Cloverleaf, и направленной антенны, например Patch.

Когда вы будете летать недалеко вокруг себя, то в большинстве случаев будут работать всенаправленные антенны.

Как только она начнет терять свой радиус действия, то очки переключатся на направленную антенну, но для этого нужно будет направлять свою голову, а вернее очки с антеннами на них, в сторону своего дрона. Помните, что направленные антенны имеют узкую диаграмму направленности. Если вы планируете летать только далеко, то можно установить две направленные антенны, например Patch, чтобы увеличить угол охвата.

Для того, чтобы иметь надежную видеосвязь с дроном, нужно, чтобы излучающий элемент антенны постоянно находился в прямой видимости с видеоприемником. Часто пилоты при проектировании дрона не учитывают длину антенны, и она может скрываться за батареей, что не позволяет сигналу доходить до очков при определенном положении дрона в воздухе. Также новички забывают о том, что когда дрон летит вперед, то он наклоняет свой тангаж на определенный градус, из-за чего антенна вместе с корпусом дрона наклоняется вперед, из-за чего могут быть проблемы с видеосвязью, из-за диаграммы направленности антенны, о которой мы поговорим позже.

Или антенна перекрывается корпусом рамы в определенных положениях. Помните, что большие дроны имеют большие антенны. Дроны, которые летают далеко, тоже имеют большие антенны.

Это связано с тем, что большая рама с батареей может в определенных положениях дрона в воздухе по отношению к вашему приемнику полностью перекрывать антенну.

Есть простой лайфхак, чтобы быть уверенным, что антенна выбрана верно для вашего дрона. Нужно свою сборку вместе с батареей повращать так, чтобы вы постоянно видели излучающий элемент своей антенны в разных положениях, и запомнить позицию дрона по отношению к вам, где излучающий элемент визуально скрывается.

Если вы его видите, то увидит и видеоприемник. Если нет, то нужно избегать этих положений дрона, особенно на больших дистанциях, или заменить антенну на более подходящую. Радиоприемники на протоколах ExpressLRS и Crossfire, для управления дроном, используют дипольные антенны всенаправленного действия, линейной поляризации.

Суть успешной связи радиопередатчика и приемника с этими антеннами зависит от их взаимного положения. Параллельное расположение этих антенн друг относительно друга дает максимально качественную связь. Часто, когда дрон разворачивается от нас на 90 градусов, то есть летит перпендикулярно нам, начинает ухудшаться качество связи с ним.

И чем дальше дрон будет от нас, тем чувствительнее это будет. Это связано с тем, что антенны потеряют параллельность между собой, где кончик антенны едва принимает сигнал от нашего радиопередатчика. Худший случай, когда антенны становятся кончиками друг к другу, где связи почти нет.

Как правильно расположить на дроне антенны для приемника.

Если вы летаете на недалекой дистанции, достаточно часто привязывают антенны перпендикулярно любому лучу рамы с помощью стяжек. Это самый простой способ, но его используют для дронов от 5 дюймов.

Для дипольных антенн, которые не имеют корпуса, или нужно монтировать их на дрон меньше, чем 5 дюймов, можно использовать термоусадку в качестве корпуса, и два хомута в качестве каркаса. Для этого оба конца антенны помещают в термоусадку, и внутри продвигают хомуты для жесткости конструкции. Далее нагревают термоусадку, чтобы конструкция приобрела однородную форму, и размещают либо на луче рамы, либо делают в виде буквы V на верхней части рамы.

Диаграмма направленности такой конструкции линейной антенны становится почти на 90 градусов к горизонту, и нужно будет так же выставить антенну на радиопередатчике на 90 градусов. Эффективность сигнала от такой конструкции будет немного хуже, чем от классической. Другим распространенным решением является использование напечатанных на 3D принтере креплений, которая делает конструкцию аккуратной.

Устанавливая антенну на видеопередатчик, самое главное — держать ее на расстоянии от токопроводящих материалов. Это потому, что эти материалы могут блокировать или поглощать радиоволны, и это ослабит ваш сигнал.

Плохой вариант — это разместить антенну вдоль лучей рамы, а также когда концы антенны касаются карбоновой рамы. Важно располагать активный элемент антенны как можно дальше от углеволокна (карбона), если вы хотите иметь лучший радиус действия. Углеволокно является проводящим и может блокировать или ослабить радиосигнал.

Иногда можно увидеть антенну, смонтированную вертикально на раме. Этот тип монтажа антенны позволяет избежать потери сигнала во время горизонтальных поворотов дрона вокруг своей оси.

Но такой способ может создать проблемы с сигналом, когда дрон начнет сильно наклоняться по тангажу и крену. Поэтому эту антенну на дроне немного наклоняют под 45 градусов назад, чтобы компенсировать тангаж дрона, когда он летит вперед.

На радиопередатчике антенну нужно выставлять на 90 градусов.

Такой способ хорошо себя зарекомендовал для тех, кто летает на дальней дистанции. Но плохо себя проявляет при полетах над собой, потому что в таком случае оба конца антенны приемника и передатчика имеют между собой самый низкий уровень направленности.

Такое положение антенны часто получает повреждения во время падения дрона.

Большинство пилотов монтируют антенну приемника горизонтально, и в задней части рамы, или редко — вперед.

Это достаточно для большинства ситуаций. Если вы хотите иметь качественную связь с дроном, то можете использовать приемник с антенной Diversity.

Антенны можно разместить следующим образом. Либо смонтировать обе антенны на двух лучах по диагонали параллельно друг другу, либо на обоих лучах под углом 45 градусов. На радиопередатчике антенну в таком случае выставляют горизонтально.

Некоторые пилоты комбинируют антенны между собой. Одну антенну монтируют на луче горизонтально, и одну антенну вертикально под 45 градусов. Таким образом закрывают мертвые зоны.

Часто большие дроны, как кинематографические (cinelifters), используют систему Diversity для того, чтобы летать с кинокамерами и иметь качественную связь со всех сторон. На радиопередатчике антенну в таком случае выставляют горизонтально. Пилоты в FPV дронах стремятся увеличить мощность передатчика для увеличения радиуса, но он будет тяжелее, потребует больше энергии, создаст помехи другим пилотам и сильнее нагревается.

Таким образом остается лишь один вариант — использование антенн с высоким коэффициентом усиления. Использование антенн с высоким коэффициентом усиления не может напрямую добавить мощности самому передатчику. Просто происходит фокусирование сигнала в определенном направлении.

Коэффициент усиления — это мера способности антенны концентрировать энергию излучения в заданном направлении, измеряется в децибелах (дБ).

Децибел — это логарифмическая единица измерения относительного уровня сигнала, мощности, напряжения или других величин. 

Вот как выглядит логарифмическая шкала.

Слева — шкала усиления (в дБ), снизу — шкала мощности (множитель). Видим, что если усиление антенны увеличить на 6 децибел, она увеличит мощность сигнала в 4 раза. Если увеличить усиление антенны на 12 децибел, то мы усиливаем весь сигнал в 16 раз и т.д. Это сделано для того, чтобы привести большие числа с многими нулями в комфортный формат.

Потому что если мощность будет 0.000000631 мВт, это не так комфортно, как когда будет просто написано значение -92 дБ.

Имея дело с децибелами, полезно помнить, что каждые 3 децибела усиления по мощности, которые вы получите от вашей антенны, эквивалентно удвоению эффективной мощности излучения в данном направлении в 2 раза . Например, если вы хотите получить усиление на 6 дБ (в два раза), заменив всенаправленную антенну на направленную, при видеопередатчике мощностью 200 мВт, это эквивалентно переходу на видеопередатчик с мощностью 800 мВт (но только в направлении главного лепестка диаграммы направленности).

Увеличение на 6 децибел означает, что мощность увеличена в данном направлении в 4 раза. 200 мВт * 4 = 800 мВт.

Если усиление антенны 9 дБ, это будет увеличение мощности в 8 раз. 200 мВт * 8 = 1600 мВт. Антенны с высоким коэффициентом усиления имеют преимущества большего радиуса действия и лучшего качества сигнала.

Радиус действия антенн с низким коэффициентом усиления небольшой, а диаграмма направленности вокруг себя относительно широкая. Есть направления, в которые данная антенна будет излучать сильнее, и те, в которые она не будет излучать вообще.

3D диаграмма направленности антенны клевер будет больше похожа на форму бублика (тора). В двумерном виде она создает восьмерку в вертикальной плоскости и круг в горизонтальной плоскости. Вот диаграмма направленности для патч-антенны с усилением 8 дБ.

Обратите внимание на узкую ширину луча как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости.

Низкое усиление в децибелах может показаться менее привлекательным с точки зрения диапазона, но оно может предложить более надежную работу благодаря более сферичной диаграмме направленности.

Существует гипотетическая идеальная изотропная антенна с усилением в 0 дБ, которая излучает сигнал одинаково во всех направлениях, с нулевыми потерями, в виде сферы.

Часто антенны в своих характеристиках имеют значение децибелов с добавленной в конце буквой i (dBi), что означает измерение относительно характеристик изотропной (идеальной, точечной) антенны с круглой диаграммой направленности. Это значение используется для измерения усиления антенн.

Усиление антенны в dBi обозначает, насколько эффективно данная антенна излучает сигнал, по сравнению с изотропной антенной.

Чем больше усиление антенны, тем дальше сигнал может передаваться без значительных потерь. Каждая антенна принимает так же, как и передает, поэтому коэффициент усиления при приеме антенны всегда такой же, как и коэффициент усиления при передаче. Типичная всенаправленная антенна с низким коэффициентом усиления от 0 до 3 dBi излучает сигнал достаточно равномерно в почти всех направлениях, больше напоминая форму бублика, а не идеальную сферу.

Давайте представим принцип действия коэффициента усиления антенны с помощью сферы. Идеально Круглая форма сферы — это сигнал, который излучает точечная изотропная антенна. Высокий коэффициент усиления означает большую интенсивность и меньшую ширину луча в направлении главного лепестка диаграммы направленности.

Меньший коэффициент усиления имеет меньшую интенсивность и большую ширину луча. Для того, чтобы понять, как антенна распределяет сигнал в пространстве, для этого научимся читать диаграмму направленности антенны.

Это графическое изображение распределения мощности сигнала, излученного или принятого антенной в различных направлениях. Диаграммы направленности могут быть двухмерными или трехмерными.

Двухмерный вид можно получить из трехмерного рисунка, разделив его на горизонтальную и вертикальную плоскости.

Если разрезать пространственную диаграмму в горизонтальной плоскости, это называется разрез по азимуту (Azimuth Cut).

Если разрезать диаграмму в вертикальной плоскости, это называется разрез по углу места (Elevation Cut). На рисунках показана всенаправленная диаграмма направленности антенны в плоскостях H и V с антенной в центре.

H плоскость представляет горизонтальный вид (Horizontal), тогда как V, Vertical плоскость представляет вертикальный вид. На 2D диаграмме направленности антенны в горизонтальной плоскости, грубо говоря сверху, изображена всенаправленная антенна с усилением в 2 dBi.

Если посмотреть на схемы, то эта антенна распространяет свой сигнал по кругу, но в вертикальной диаграмме, то есть сбоку, она имеет форму восьмерки.

На вертикальной диаграмме выше мы можем увидеть, что сверху и снизу есть провалы (ямки) в местах, в которых антенна почти не принимает или не передает сигнал, или он очень слабый. Вот так выглядит антенна в диаграмме направленности в 3D. Она похожа на пончик или яблоко.

Интенсивность кольца соответствует уровню энергии антенны. Максимальный уровень показан черным кольцом. Для примера, если взять 2 одинаковые всенаправленные антенны с усилением на 5 dBi, и выставить их параллельно друг другу (черными линиями), то получим в таком виде самый сильный и дальний сигнал между передатчиком и приемником.

Еще один пример: одна такая антенна будет на видеопередатчике, а другая такая же на видеоприемнике. Если их в воздухе между собой разместить параллельно местами с провалами (ямами) друг к другу, то резонанса между антеннами совсем не будет, или будет, но очень плохой. Это часто наблюдается, когда пилот поднимает дрон над собой, и видеосвязь падает.

Это из-за того, что антенны работают относительно друг друга в мертвых зонах диаграмм направленности. Если взять такую же антенну на 5 dBi, она будет иметь более направленную диаграмму за счет меньшего угла распространения сигнала.

Да, мы увеличили силу сигнала и получили большую дистанцию, но при этом стало сложнее узкий луч диаграммы направленности антенны передатчика сфокусировать на антенну приемника. Очень важно перед тем, как использовать свои антенны посмотреть на ее диаграмму направленности, чтобы понять, как она распространяет сигнал в пространстве. Для дрона, который постоянно вращается в воздухе, антенны с узкой диаграммой направленности на видеопередатчике, принесут больше вреда, чем пользы.

В основном на видеопередатчик ставят всенаправленную антенну с усилением до 3 dBi, чтобы антенна передавала сигнал в воздухе, как "шар", который нужно поймать приемником на очках.

Еще один пример, когда на дроне неправильно выставили антенну для видеосвязи. На видеоприемнике антенна стоит правильно, но на дроне выставили ее перпендикулярно по отношению к видеоприемнику.

В таком случае, поблизости от пилота видеосвязь будет работать, но при увеличении дистанции, это будет проявляться плохим качеством видеосвязи. Поэтому нужно рассчитать, что когда дрон летит вперед, он по тангажу наклоняется вперед, и антенну нужно наклонять соответствующим углом, чтобы приемник смог поймать сигнал передатчика, учитывая диаграммы направленности обоих антенн. Если вы хотите летать на очень большой дистанции, нужно больше контролировать ориентацию антенн относительно друг друга.

Направленные антенны имеют намного больше коэффициент усиления, чем всенаправленные антенны. Они сильнее фокусируют свой сигнал в одном направлении, чтобы достигать большей дальности за счет уменьшения ширины диаграммы направленности.

Поэтому пилоту нужно более точно направлять антенны друг на друга, чтобы получать качественный сигнал, что для новичков в начале путешествия в FPV может вызвать трудности.

На диаграммах направленности направленных антенн мы часто встречаем разные лепестки, которые указывают на основную и ную зоны излучения, по которым становится известна эффективность работы антенны.

Чтобы лучше понять, о чем идет речь, рассмотрим диаграмму направленности антенны. Диаграмма имеет:

• Основной лепесток (Main Lobe): это направление, в котором антенна излучает или принимает наибольшую энергию. Он определяет главное направление работы антенны и обычно имеет наибольший коэффициент усиления.

• Боковые лепестки (Side Lobes): это области, где антенна также излучает или принимает энергию, но с меньшей интенсивностью, чем в основном лепестке. Их количество и уровень могут влиять на интерференцию с другими сигналами.

• Задний лепесток (Back Lobe): это области за антенной, где излучение энергии наименьшее. В идеальном случае они должны быть минимальными, чтобы уменьшить потерю энергии и интерференцию.

В каждой точке угла антенны будет своя интенсивность сигнала и мощность.

Диаграммы показывают, как усиление меняется с углом. Число вокруг внешнего круга означает угловое направление этого излучения. Внутренний круг представляет сетку, которая показывает усиление антенны в децибелах.

Чтобы читать значение усиления антенны, нужно на графике посмотреть на точки пересечения с внутренним кругом. Для примера возьмем направленную антенну с усилением на 13 dBi. Посмотрим сначала на горизонтальную диаграмму направленности этой антенны.

Видим, что она имеет форму основного лепестка. Чтобы узнать угол направленности (ширину луча) этой антенны, нужно от максимальной точки основного лепестка (13 dBi) спуститься на 3 dBi вниз. Это будет уровень 10 dBi.

И в этом пересечении проводим линии с обеих сторон. Получается, что эта антенна имеет угол направленности 26 градусов, потому что по 13 градусов с каждой стороны от центра. Если мы повернем эту антенну больше, чем на 26 градусов в сторону, у нас будет плохой сигнал, или его совсем не будет.

Наша задача, чтобы иметь надежную связь с патч-антенной, нужно максимально направлять ее на антенну-приемника в рамках этих 26 градусов. Чтобы получить наибольшую мощность от этой антенны, нужно держать ее центральную линию диаграммы направленности четко на приемник. Обязательно нужно после горизонтальной диаграммы направленности антенны посмотреть и на вертикальную диаграмму.

Бывают случаи, что в этой проекции диаграмма антенны может иметь другой угол направленности относительно горизонтальной диаграммы. Посмотрим на эту антенну в вертикальной проекции и видим, что лепесток направленности более круглый и имеет большую высоту. Давайте проверим, какой у нее тут угол.

Берем максимум направленности этой антенны 13 dBi и отнимаем 3 dBi. Это будет 10 dBi. Ищем пересечение с кругом на 10 dBi и фиксируем угол на 17 градусов с каждой стороны и так же с другой.

Получается угол направленности этой антенны по вертикальной диаграмме в 34 градуса. Это значит, что эта антенна направляет свой сигнал по высоте на 34 градуса, а по ширине 26 градусов. То есть этот сигнал больше вытянут вверх.

Если на диаграмме направленности антенны написано отрицательное значение децибелов относительно нуля, это означает, что сила сигнала в этом конкретном направлении или под этим углом будет ниже, чем максимальная сила сигнала, которую мы принимаем за 0 децибелов.

Такое представление помогает визуализировать, где антенна может потерять или уменьшить сигнал, по сравнению с направлением максимального усиления.

Для видеоприемника очков системы Diversity часто используют комбинацию всенаправленной антенны с низким коэффициентом усиления в 3 dBi и направленной антенны со средне-высоким коэффициентом усиления в 7-11 dBi.