Выбираем антенну для FPV коптеров

Антенны для видеопередатчиков и приемников очень сильно влияют на радиус уверенного приема сигнала. В этом руководстве мы покажем основные характеристики антенн; покажем антенны, рассчитанные на работу в диапазоне 5,8 ГГц, которые подходят для мини-коптеров, и, надеюсь, поможем выбрать из них наиболее подходящие именно вам.

Оригинал: The Best FPV Antenna for Mini Quad 5.8Ghz

Дополнительная информация: основная информация о FPV полетах (англ)

Отличные антенны для мини-коптеров

Всенаправленные антенны


Pagoda	Foxeer Lollipop 2	Aomway 4-lobe Cloverleaf

Banggood GetFPV Amazon	Banggood Amazon AliExpress	Banggood GetFPV Amazon
Уже не раз писали: у пагоды довольно простой дизайн и высокая эффективность. Легкодоступные материалы и легкость сборки, позволили значительно снизить цену, можно найти за $5 — $10, что делает ее наиболее привлекательной антенной в плане соотношения цена/качество. Есть несколько производителей, например: Lumenier, MenaceRC, Emax, Farview и Realacc.	Foxeer производит довольно привлекательные по цене антенны. Возможно Lollipop 2 не самая хорошая антенна, но качество достаточно высоко, и она прекрасно заменит штатные диполи. Благодаря толстому пластиковому корпусу это очень прочные антенны. Новая (вторая) версия по характеристикам лучше, чем первая.	4х лепестковый клевер от Aomway — хорошо известная антенна. Она имеет неплохие характеристики и продается на протяжении нескольких лет. Однако, стоит побеспокоиться о её защите, т.к. никакого корпуса нет. У этой антенны есть и более новая версия, с пластиковыми колпачками.

Топовые антенны
TBS Triumph	Lumenier AXII

Amazon GetFPV	Amazon GetFPV
В отличие от классических «клеверов» в TBS Triumph нет изогнутых проводов. Уникальный дизайн обеспечивает более равномерную диаграмму направленности, и делает антенну очень прочной и сложной для клонирования.	Lumenier Axii от GetPFV имеет небольшой диаметр (16 мм), что делает ее одной из самых маленьких и наиболее прочных антенн с круговой поляризацией. Теоретически у нее отличное осевое отношение (axial ratio), бывает, как с правой, так и с левой круговой поляризацией.

Направленные антенны

Дешевая, но все равно есть смысл купить	Топовая
Menace Pico-Patch	True RC X-Air

Amazon RDQ GetFPV	Amazon GetFPV
Menace Pico-Patch — компактная и доступная по цене направленная антенна, имеет довольно удобный для полетов в очках угол приема сигнала. Вот обзор (англ).	Это антенна для тех, кому нужен высокий коэффициент усиления, при этом угол приема сигнала примерно 120 градусов.

Антенны для FPV оборудования

Антенна превращает электромагнитное излучение в электрический сигнал и наоборот. Антенны для FPV обеспечивают беспроводную связь между видеопередатчиком и приемником, это очень важный элемент FPV оборудования, они очень сильно влияют на качество сигнала и радиус уверенного приема.

Анатомия антенн

Вне зависимости от дизайна и внешнего вида все антенны состоят из нескольких частей.

Активный элемент — проводник, который передает сигнал в эфир или принимает его
Коаксиальный кабель — специальный кабель в оплетке для передачи сигнала между разъемом и активным элементов без излучения сигнала в эфир. Используется для увеличения длины антенны, часто сделан из прочных и жестких материалов, чтобы его можно было согнуть под необходимым углом. Коаксиальный кабель использовать необязательно, активный элемент можно напрямую подсоединить к разъему
Разъем — используется для соединения антенны с приемником или передатчиком

Антенны для FPV делаются из гибких медных жил или других проводящих материалов, поэтому обычно они защищены пластиковым корпусом. Такие корпуса изготавливаются из радиопрозрачных материалов и поэтому они не ослабляют сигнал, а только помогают защитить антенну в случае аварии.

Поляризация: круговая и линейная

Есть два вида антенн, в зависимости от поляризации сигнала:

антенны с линейной поляризацией
антенны с круговой поляризацией

Техническое описание различий между антеннами с круговой и линейной поляризацией

Антенны с круговой поляризацией — стандартный апгрейд для большинства FPV оборудования, причин несколько: во-первых, антенны с линейной поляризацией очень чувствительны к переотражениям сигнала; во-вторых, для нормальной работы они должны быть расположены параллельно друг другу. Учтите, что взаимное положение антенн приемника и передатчика постоянно меняется, т.к. коптер обычно активно маневрирует.

Многолучевое распространение сигнала очень часто встречается при использовании FPV оборудования, т.к. куча разных объектов, типа деревьев, стен и даже земля, отражают сигнал, и он приходит не одновременно с основным сигналам, значительно его искажая. Это проявляется как случайные помехи на видео.

Следовательно, в общем и целом, для коптеров лучше всего подходят антенны с круговой поляризацией. Несмотря на все недостатки, связанные с качеством сигнала, пилоты иногда выбирают антенны с линейной поляризацией, т.к. они меньше по размерам, легче и более прочные.

LHCP и RHCP (правая и левая поляризация)

Антенны с круговой поляризацией бывают двух видов: левая (LHCP) и правая (RHCP). Они очень слабо влияют друг на друга, т.е. если один пилот использует LHCP антенну, а другой RHCP, то очень маловероятно, что они будут мешать друг другу.

Антенна с левой поляризацией не принимает сигнал с правой поляризацией и наоборот, т.е. нет взаимного влияния двух видеопередатчиков.

По этой же причине использование антенн с круговой поляризацией позволяет снизить влияние переотраженных сигналов. Каждый раз, когда сигнал отражается он меняет направление поляризации. Например, LHCP сигнал становится RHCP, который, в свою очередь не принимается LHCP антенной.

Пилотам, часто летающим в группах лучше всего иметь по паре антенн с левой и правой поляризацией, тогда для гонки вы сможете поставить наиболее подходящую. Тем, кто часто летает по одиночке, это не так важно, просто купить RHCP, т.к. они более распространены.

Можно ли использовать RHCP и LHCP антенны вместе? (англ,) Краткий ответ — нет (прим. перев).

Направленные и ненаправленные антенны

Еще одна классификация антенн:

ненаправленные (или всенаправленные) — omni-directional
направленные — directional

Как можно догадаться из названия, всенаправленные антенны излучают во всех направлениях, а направленные — только в одном.

Классическая аналогия: лампочка и фонарик, где лампочка — это всенаправленная антенна, а фонарик — направленная. Если оба источника света имеют одинаковую мощность, то фонарик будет светить дальше, за счет более узкого луча.

Направленные антенны бывают и с линейной и с круговой поляризацией, так же, как и всенаправленные.

Всенаправленные антенны отлично подходят для обычных полетов, дают отличные условия приема сигнала в любом направлении от пилота. Избегайте использования направленных антенн, если вы летает не только перед собой, а вокруг себя.

Однако, направленные антенны часто используются в диверсити приемниках, в этом случае они используются совместно с всенаправленной антенной или с несколькими направленными антеннами, чтобы покрыть больший угол.

Диверсити приемники принимают сигнал с двух антенн, а не с одной, и автоматически выбирают наиболее сильный.

Например, вы можете поставить всенаправленную антенну и хеликс (направленная антенна с круговой поляризацией), тогда приемник будет использовать всенаправленую антенну, пока вы летаете поблизости вокруг себя, и переключится на хеликс когда будете летать перед собой.

Измерение характеристик антенн

У антенн очень много разных характеристик, например:

коэффициент усиления (gain)
диаграмма направленности
осевое отношение (axial ratio)
частота, на которую она настроена и диапазон рабочих частот
сопротивление

Обычно, при выборе антенны, я смотрю на первые 2 или 3 параметра. Если вы покупаете у проверенных производителей, не стоит много времени тратить на анализ. В конце концов, мы не в космос на ракетах летаем, не нужно слишком заморачиваться. 🙂

Если вам нужна более подробная информация, читайте Википедию и http://antenna-theory.com/ Ниже я попробую объяснить что такое коэффициент усиления и что такое диаграмма направленности.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления направленной антенны определяет радиус уверенного приема и угол основного лепестка диаграммы направленности (угол покрытия). Более высокий коэффициент усиления обычно означает больший радиус уверенного приема, но и более узкий луч. Как мы увидим дальше коэффициент усиления и диаграмма направленности взаимосвязаны.

Подробнее: Как коэффициент усиления антенны влияет на радиус приема

Диаграмма направленности

Диаграмма направленности показывает в каком направление антенна излучает сильнее или слабее. Диаграмма покажет слабые места и то, где вы скорее всего потеряете сигнал.

Ниже несколько примеров, которые помогут вам представить эти диаграммы.

Диаграмма направленности гипотетической, идеальной антенны с усилением 0 дБ. Это практически идеальная сфера.

Однако, у реальных всенаправленных антенн обычно сигнал ослабляется сверху и снизу, и в 3D диаграмма направленности больше похожа на пончик. В вертикальной плоскости это восьмерка, а в горизонтальной — круг.

Вот патч, направленная антенна с коэффициентом усиления 8 дБ. Как видите, сигнал сфокусирован в одном направлении (справа, в вертикальной плоскости), собственно, чего и следовало ждать от направленной антенны.

Использование антенн с низким коэффициентом усиления может быть менее предпочтительным в плане радиуса приема, но зато может обеспечить более надежную работу благодаря равномерности приема по всем направлениям, можно даже получить довольно сильный сигнал прямо направив антенну на приемник.

Осевое отношение (axial ratio)

В реальной жизни не существует идеальной антенны с круговой поляризацией. Например, RHCP может передавать 90% мощности в виде RHCP сигнала и 10% LHCP. Так что интерференция всё же может проявиться, даже если вы всё сделали правильно. Осевое отношение используется для оценки качества антенны.

На практике, это показатель того, на сколько антенна восприимчива к переотраженным сигналам. С антеннами, которые лучше отсекают переотраженный сигнал, легче летать там, где много металла и бетона.

Антенны, у которых это отношение близко к единице — самые хорошие.

Частота и диапазон рабочих частот

Антенны настраиваются на определенную частоту, например, длина диполя определяет его рабочую частоту. Антенна имеет максимальный КПД при передаче и приеме сигнала именно этой частоты.

Если прием или передача идут на немного другой частоте, то антенна будет «приемлемо работать», и вот тот диапазон частот, в котором антенна «приемлемо работает», и называется диапазоном рабочих частот. За его пределами сигнал очень сильно ослабляется или вообще не регистрируется.

Чтобы выбрать наиболее подходящую частоту и канал, нужно разобраться что такое частота, на которую настроена антенна и что такое диапазон рабочих частот. Иначе, вы скорее всего заметите интерференцию сигналов или даже потеряете изображение.

Кроме того, неправильно выбранная антенна может привести к перегреву и сгоранию видеопередатчика, т.к. выходная мощность «отражается» от неподходящей антенны и превращается в тепло.

В любом случае, большинство продаваемых антенн для FPV рассчитаны на 5,8 ГГц, и работают во всех сетках (A, B, E, F, R), если обратное не указано в их характеристиках.

Типы антенн

Мы прошлись по основным характеристикам антенн, и теперь я покажу вам самые распространенные антенны, используемые для FPV полетов.

	Всенаправленные (ненаправленые)	Направленные
С линейной поляризацией	Монополь, диполь	Патч
С круговой поляризацией	Клевер, Пагода (Pagoda)	Хеликс (Helical), патч, Crosshair

Монополь

Монополь — это простейшая антенна, по сути, это кусок коаксиала без оплетки. Чаще всего применяется в приемниках, т.к. это дешевая и легко ремонтируемая антенна. Однако, она не так эффективная, как диполь. Длина провода без оплетки — ключевой параметр, именно она определяет рабочую частоту антенны.

Делаем монополь самостоятельно (англ).

Диполь

Практически все видеопередатчики и приемники поставляются с диполями. Они легкие и довольно устойчивы к повреждениям.

Дизайн диполя очень простой. По сути это монополь с заземленной гильзой под активным элементом. Эта гильза может значительно улучшить характеристики антенны.

Клевер

Трех- или четырехлепестковые клевера — это самые часто используемые антенны на миниквадриках.

Как и диполи, это ненаправленные антенны. Но у них круговая поляризация, что дает более чистый сигнал и большую устойчивость к переотраженным сигналам, поэтому можно летать около стен, деревьев и т.д., а качество видео будет лучше, чем при использовании диполей.

Однако, они довольно хрупкие, поэтому часто бывают в корпусах, из-за внешнего вида иногда их называют «mushroom antenna» — антенна — гриб.

Пагода (Pagoda)

Пагода — довольно новый тип антенн (стал популярным в конце 2016 года). Это ненаправленная антенна с круговой поляризацией. Уникальный дизайн и используемый материал (текстолит) делает её очень прочной.

Более подробно про антенну «Пагода»

Хеликс (Helical)

Хеликс имеет форму пружины, это направленная антенна с круговой поляризацией. Число витков определяет коэффициент усиления антенны. Более подробно про Хеликс и Патч.

Патч (Patch)

Патчи — это тоже направленные антенны, они бывают как с линейной, так и с круговой поляризацией. По сравнению с хеликсом, у них более широкий луч, но меньший размер.

Что учесть при выборе антенны

Новичкам лучше начать со всенаправленных антенн с круговой поляризацией, например: клевер или пагода.

Характеристики антенны очень сильно зависят от качества материалов и точности изготовления, хорошие антенны стоят дорого. Однако, некоторые топовые антенны могут стоить в 2-3 раза дороже более простых моделей, но при этом будут увеличивать радиус приема всего на 5% или 10%.

Осевое отношение — тоже важный параметр, который обычно не указывается производителями, но его можно узнать, почитав обзоры.

В конце концов, всё зависит от того, что вы можете себе позволить, ну и от ваших изысканий.

Выбирать направленные антенны стоит только после того, как вы приобретете диверсити приемник.

Какие антенны ставить на видеопередатчик, а какие на приемник?

Когда вы покупаете антенны парами, то без разницы, они обычно взаимозаменяемы, иначе на них будут метки «TX» и «RX».

Антенна на приемнике не обязательно должна быть такой же как на передатчике. Часто на приемниках используют направленную антенну для увеличения радиуса приема сигнала. В то же время на видеопередатчик ставят ненаправленную антенну, т.к. коптер постоянно крутится в полете.

Обратите внимание, что на коптере антенна RHCP, а на очках LHCP 🙂 Но всё работает, т.к. осевое отношение антенн больше 1, просто работает не идеально. В тот день я не взял нужную антенну, а т.к. летал один и недалеко от себя, то проблем не было 🙂 Но старайтесь так не делать.

Тип разъема

У антенн обычно бывает один из двух видов разъемов: SMA или RP-SMA. Они отличаются внешне и между собой не совместимы, так что убедитесь, что покупаете антенну с подходящим разъемом.

Подробная статья про различия между SMA и RP-SMA.

Если вы новичок, тогда, чтобы не запутаться, просто везде выбирайте SMA. В плане качества передачи сигнала эти разъемы не отличаются.

Разъемы типа “U.FL” часто используются в видеопередатчиках для гонок, т.к. они мелкие и легкие. Недостаток — очень хрупкие, и легко ломаются после нескольких присоединений.

MMCX — наиболее новый тип разъемов в антеннах и видеопередатчиках. Это отличный компромисс между SMA и u.fl. Разъемы MMCX значительно прочнее, чем U.FL и выдерживают гораздо больше циклов подключения/отключения. На данный момент это мой любимый тип разъемов.

Долговечность

Гоночные дроны гарантировано попадают в аварии. А т.к. антенна находится вне рамы, то она страдает не меньше чем винты и сама рама. Следовательно, выбирайте антенну с учетом того, как часто и как сильно вы разбиваетесь. Если падаете часто, тогда долговечность и прочность антенны — ваш самый главный критерий выбора.

Вес

Очень часто покупатели забывают посмотреть на вес и размер антенны. Для миникоптеров вес — один из важнейших параметров. Каждый сэкономленный грамм улучшает характеристики коптера.

Самодельная антенна для FPV

Некоторые из вышеупомянутых антенн можно изготовить самостоятельно. Правда при этом нет никаких гарантий качества, но самоделка — действительно очень дешевый и прикольный способ разобраться в том, как работают антенны 🙂

Совместное использование антенн с линейной и круговой поляризацией

Несмотря на все преимущества антенн с круговой поляризацией всегда ли они лучший выбор? Даже самая маленькая антенна с круговой поляризацией будет крупнее диполя и, как правило, будет менее прочной.

Сейчас довольно часто используют диполь на коптере, а антенну с круговой поляризацией (без разницы, правой или левой) на приемнике.

В этом случае мы получаем некоторые преимущества каждого типа антенн. Конечно, мы теряем примерно 30% сигнала (3dB), из-за разных поляризаций, но при этом качество всегда будет лучше, чем при самом худшем взаимном расположения двух антенн с линейной поляризацией, где теряется примерно 97% мощности (30dB).

Заключение

Это всё, что я хотел сказать относительно базовых характеристик антенн для FPV и их выбора. Надеюсь это руководство поможет вам выбрать хорошую антенну для FPV коптера!

История изменений

Май 2017 — первая версия статьи
Сентябрь 2018 — обновлен раздел с рекомендациями и добавлена информация о рабочих частотах