Piszę tu o antenach wideo 5,8 GHz. Wyjaśniam, jak działa polaryzacja, ile tracisz przy poszczególnych połączeniach anten, co dostajesz w zestawach analogowych, HDZero, Walksnail i DJI oraz jak montować i ustawiać anteny na dronie i na goglach.
Czym różni się polaryzacja liniowa od kołowej
Antena o polaryzacji liniowej (LP) promieniuje w jednej płaszczyźnie. Prosty dipol w gumowej osłonce, dołączany do wielu nadajników wideo, jest liniowy, podobnie jak większość anten łącza sterowania. Anteny LP są małe, lekkie i tanie, a do tego łatwo zrobić je wytrzymałymi. Ich słabym punktem jest wzajemne ustawienie. Jeśli obrócisz jedną antenę o 90 stopni względem drugiej, dostaniesz polaryzację skrośną: Oscar Liang podaje 20,7 dB straty, czyli ponad 90% zasięgu. Na dronie, który ciągle robi beczki i przewroty, utrzymanie dwóch anten liniowych w zgodnym ustawieniu jest praktycznie niemożliwe.
Antena o polaryzacji kołowej (CP) wysyła sygnał, który obraca się jak korkociąg. Koniczynka i jej odmiany, pagoda, antena helikalna i większość płaskich anten kierunkowych (panelowych) do FPV mają polaryzację kołową. W ich przypadku orientacja prawie nie ma znaczenia: przy tym samym obrocie o 90 stopni tracisz około 0,33 dB. Polaryzacja kołowa może być prawoskrętna (RHCP) albo lewoskrętna (LHCP), a po obu stronach łącza musi być ta sama.
Polaryzacja kołowa radzi sobie też z odbiciami, czyli wielodrogowością. Gdy sygnał spolaryzowany kołowo odbije się od ściany, ziemi albo wody, jego skrętność się odwraca, więc antena odbiorcza w dużej mierze odrzuca odbicie, zamiast mieszać je z sygnałem bezpośrednim. W obrazie analogowym wielodrogowość objawia się migotaniem kolorów, śniegiem, poszarpanymi klatkami i zanikami obrazu. Dlatego CP najbardziej się przydaje, kiedy latasz blisko przeszkód, robisz niskie przeloty, latasz na parkingach i stadionach albo w pobliżu drzew i budynków.
Ile tracisz przy każdym połączeniu
| Antena na dronie / na goglach | Typowa strata | Co to znaczy |
|---|---|---|
| CP / CP, ta sama skrętność | Pomijalna przy zmianie orientacji | Norma w FPV |
| LP / CP | Około 3 dB | Połowa odbieranej mocy, mniej więcej 30% mniej zasięgu |
| LP / LP, ustawione równo | W teorii dobrze | W locie dron rzadko utrzymuje takie ustawienie |
| LP / LP, pod kątem 90 stopni | Ponad 20 dB | Ponad 90% zasięgu znika |
| LP / LP, mocno rozjechane | Do około 30 dB (teoretycznie) | Dociera około 0,1% sygnału |
| RHCP / LHCP | Około 90% sygnału albo więcej | Łącze jeszcze jakoś działa, ale użyteczny zasięg mocno spada |
Wiersz LP-CP opisuje kompromis, na który część pilotów wyścigowych decyduje się świadomie: lekki, wytrzymały dipol na dronie i antena CP na goglach. Na dystansach wyścigowych strata 3 dB jest zwykle do przyjęcia. Do zwykłego latania akrobacyjnego i spokojnych przelotów Oscar Liang i tak zaleca CP na obu końcach, a tabela pokazuje dlaczego.
Para RHCP i LHCP nadal daje obraz, bo prawdziwe anteny nigdy nie odrzucają przeciwnej skrętności w całości. Dlatego przy krótkich lotach takie niedopasowanie łatwo przeoczyć: łącze działa, tylko z dużo mniejszym zasięgiem, niż powinno.
RHCP czy LHCP: zdecyduj według systemu i trzymaj się tego
Żadna skrętność nie jest lepsza od drugiej. Liczy się tylko to, żeby VTX i gogle miały tę samą. W praktyce zwykle decyduje za ciebie system wideo:
| System | Co jest w zestawie / co mówi producent |
|---|---|
| Analog | Częściej spotykana jest RHCP |
| HDZero | Zestaw Freestyle V2 zawiera antenę HDZero RHCP; poradnik HDZero zaleca RHCP, żeby pasowała do anten panelowych RHCP w odbiorniku SharkByte. Zestaw Echo do gogli to 2 anteny panelowe (~7 dBi) i 2 dookólne RHCP (~3 dBi) |
| Walksnail Avatar | Antena nadajnika „VTX Antenna V2” to LHCP (średnio 1,9 dBi, VSWR ≤ 1,5, U.FL, 2 g); antena panelowa do gogli „Goggles X Patch V2” to LHCP (6,7 dBi, wiązka 127°, RP-SMA) |
| DJI O4 | DJI sprzedaje antenę „O4 Air Unit Pro Antenna” jako lewoskrętną antenę kołową, I-PEX, 110 mm, 2,1 g, zalecaną w parach |
Przy DJI jest haczyk. Mads Tech Wiki przekazuje informację od Hugo z TrueRC, że anteny dostarczane z O4 Pro są tylko „lekko prawoskrętne”, a SnowLeopardFPV na IntoFPV opisuje fabryczne anteny O4 jako liniowe z bardzo lekką RHCP. To nie zgadza się z etykietą LHCP od DJI. Ten sam wpis na IntoFPV mówi, że DJI Goggles 2, Integra, 3 i N3 mają anteny liniowe. Jeśli gogle mają anteny liniowe, skrętność anteny w module nadawczym drona ma dużo mniejsze znaczenie, bo każda para CP-LP i tak ląduje w okolicy wiersza 3 dB. Jeśli na obu końcach łącza DJI zakładasz anteny CP innych producentów, wybierz LHCP, bo właśnie tę polaryzację Oscar Liang poleca do DJI.
Jest jeden powód, żeby mieć anteny obu skrętności: gdy latasz ze znajomymi, pilot na RHCP i pilot na LHCP mogą sobie mniej przeszkadzać. Jeśli latasz głównie sam, kup jedną skrętność i trzymaj się jej na wszystkich dronach i goglach. Zapisz polaryzację na antenie albo na jej woreczku, żeby zapasowa nie trafiła na niewłaściwy koniec łącza.
Współczynnik osiowy, czyli dlaczego jedna antena RHCP nie jest równa drugiej
Żadna antena nie jest idealnie kołowa. Oscar Liang podaje przykład anteny RHCP, która emituje 90% RHCP i 10% LHCP. Współczynnik osiowy opisuje, jak bardzo antena zbliża się do czystej polaryzacji kołowej. Idealna ma wartość 1, a im bliżej 1, tym lepiej odrzuca odbicia. Lepsze odrzucanie wyraźnie pomaga tam, gdzie jest dużo betonu i metalu.
Producenci rzadko podają współczynnik osiowy. W praktyce znajdziesz go w recenzjach i niezależnych testach. TrueRC Matchstick to przykład z górnej półki: sprawność 99% i tłumienie polaryzacji przeciwnej do -30 dB.
Nie oczekuj jednak, że cena zdziała cuda. Najlepsze anteny potrafią kosztować dwa, trzy razy więcej niż budżetowe, a dać tylko 5-10% więcej zasięgu. W porównaniu ze stratą przy pomylonej skrętności to niewiele. Budżetowa antena CP z właściwą skrętnością, dobrze zamontowana, jest lepszym zakupem niż droga na niewłaściwym końcu łącza.
Zysk anteny, charakterystyka i martwe pole nad głową
Zysk anteny polega na skupianiu energii w jednym kierunku. Każde 3 dB podwaja efektywną moc w najlepszym kierunku anteny, a 6 dB mniej więcej podwaja zasięg: zamiana anteny na lepszą o 6 dB przy VTX 200 mW działa jak 800 mW, ale tylko tam, gdzie antena celuje. Wiązka zwęża się wraz ze wzrostem zysku.
Dookólne anteny FPV mają charakterystykę w kształcie obwarzanka (torusa): silną po bokach, słabą u góry i u dołu. Kiedy przelatujesz dokładnie nad sobą, dron trafia w słabe miejsce anten gogli i właśnie wtedy najłatwiej stracić obraz. Klasycznym przykładem jest nurkowanie wzdłuż budynku, przy którym stoisz.
Którą antenę gdzie zamontować:
- Na dronie (VTX): dookólna antena o niskim zysku. Dron ciągle się obraca, więc antena kierunkowa przez większość czasu celowałaby w złą stronę.
- Na goglach (VRX): jeśli gogle odbierają na dwóch antenach jednocześnie, połącz antenę dookólną z kierunkową anteną panelową. Dookólna pokrywa wszystko wokół ciebie, panelowa sięga dalej do przodu. Jeśli nigdy nie latasz daleko, same dookólne wystarczą. Wybierz długą dookólną, żeby głowa jej nie zasłaniała, gdy dron jest za tobą.
- Loty dalekiego zasięgu: jeśli odbiornik stoi na stacji naziemnej, antena panelowa nie obraca się razem z głową pilota, a obserwator może kierować ją na drona. Z anteną panelową na goglach obróć głowę w stronę drona, kiedy sygnał słabnie.
SWR i sprawność w skrócie
SWR (współczynnik fali stojącej) mówi, ile mocy wraca do nadajnika. Przy SWR 1 przechodzi wszystko. Przy SWR 2 przechodzi około 89%, a 11% wraca. Wartość poniżej 2 uznaje się za przyzwoitą. Dla FPV 5,8 GHz liczy się SWR między 5645 a 5945 MHz. Jeśli antena ma najniższy SWR w okolicy kanału, na którym zwykle latasz, dobrze do niego pasuje. Wysoki SWR anteny nadawczej może przegrzewać VTX.
SWR to nie wszystko. Przykład Oscara Lianga z VTX 100 mW: antena A ma SWR 1,2:1 (99,2% przechodzi) i sprawność promieniowania 80%, więc wypromieniowuje 79,36 mW. Antena B ma SWR 2,0:1 (88,9%) i sprawność 90%, więc wypromieniowuje 80,01 mW. Antena z gorszym SWR wysyła odrobinę więcej.
Większość anten 5,8 GHz pokrywa wszystkie kanały na pasmach A, B, E, F i R, chyba że specyfikacja mówi inaczej.
Montaż anteny VTX
- Trzymaj element promieniujący z dala od karbonu i metalu. Włókno węglowe przewodzi prąd i blokuje albo pochłania fale radiowe. Aktywna część anteny powinna wystawać nad ramę albo za nią, a nie siedzieć zakopana między płytami.
- Używaj sztywnej anteny. Długa, wiotka antena drga w locie, co może utrudnić strojenie i dodać szumu.
- Uwzględnij pochylenie w locie. Jeśli w przelotach dron jest pochylony 20-30 stopni do przodu, odchyl antenę do tyłu mniej więcej o tyle samo, żeby w locie do przodu stała pionowo.
- Uważaj z osłonami. Koszulka termokurczliwa, TPU albo PLA na elemencie mogą przesunąć jego dostrojenie (zwykle w dół) i kosztować do 2 dB albo więcej. W dronach wyścigowych antenę często chroni drukowany uchwyt z TPU. Oscar Liang zauważa, że przy lotach dalekiego zasięgu to nie musi być najlepszy wybór. Jeśli obraz jest dla ciebie ważniejszy niż ochrona, zostaw element bez osłony.
- Licz przejściówki. Prosta zabiera około 0,1-0,2 dB, 45-stopniowa 0,2-0,5 dB, kątowa 90 stopni 0,5-1 dB. Zgięcie kabla koncentrycznego pod kątem 90 stopni to około 0,3 dB albo więcej. Jedna przejściówka, która ustawia antenę lepiej, to zwykle rozsądny kompromis. Trzy przejściówki i zagięty krótki przewód antenowy to już spora suma.
- Odsuń antenę nadajnika wideo od anten sterowania. Przedłużka z kabla koncentrycznego, która oddala antenę VTX od odbiornika radiowego, może być warta swojej niewielkiej straty.
- Nigdy nie zasilaj VTX bez anteny. Moc, która nie ma gdzie się wypromieniować, wraca do stopnia wyjściowego, grzeje go i może go uszkodzić. HDZero powtarza to we własnym poradniku. Jeśli podróżujesz ze zdjętymi antenami, sztuczne obciążenie 50 Ω chroni nadajnik wideo i trzyma złącze w czystości. Dzięki niemu możesz też zmienić kanał przy stanowisku startowym, promieniując przy tym dużo słabiej.
Złącza, na których łatwo się przejechać
- SMA i RP-SMA: wyglądają tak samo, ale różnią się pinem centralnym. Jeśli je pomylisz, połączenie będzie słabe albo nie będzie go wcale, a sprzęt może się uszkodzić. Przed zamówieniem sprawdź VTX i gogle. Antena panelowa Walksnail do gogli Goggles X ma na przykład złącze RP-SMA.
- U.FL (IPEX): małe i lekkie, ale delikatne, z ograniczoną liczbą cykli podłączenia. Większość sprzętu FPV używa IPEX pierwszej generacji (2,0 mm). IPEX3 (1,4 mm) i IPEX4 (1,5 mm) nie pasują. HDZero zabezpiecza U.FL plastikową listwą mocującą; używaj jej.
- MMCX: są mocniejsze niż U.FL i wytrzymują dużo więcej podłączeń. Obracają się, co odciąża kabel, i są mniejsze niż SMA.
Sprawdź anteny w pięć minut
- Anteny VTX i gogli mają tę samą skrętność (sprawdź oznaczenie albo opis produktu, nie polegaj na pamięci).
- CP na dronie, chyba że świadomie przyjmujesz karę 3 dB za wytrzymałość dipola.
- Żaden element nie dotyka karbonu ani nie jest nim zasłonięty; antena stoi pionowo przy twoim zwykłym pochyleniu w locie.
- Najwyżej jedna przejściówka w torze, żadnego zagiętego kabla, żadnego elementu w koszulce termokurczliwej.
- Gogle: długa dookólna, a jeśli latasz przed sobą, do tego antena panelowa. Nie lataj nad głową.
- Nigdy nie włączaj VTX bez anteny albo sztucznego obciążenia.
Jeśli wszystkie sześć punktów się zgadza, a obraz nadal się rwie, szukaj przyczyny w mocy, kanale albo przeszkodach.