Антенны FPV-дрона: как разместить и куда направлять для максимальной дальности
Перевод статьи Best Antenna Position & Alignment for FPV Drone Transmitter and Receiver — Oscar Liang, oscarliang.com.
Дальность и устойчивость радиолинка определяются не только мощностью передатчика. Две одинаковые антенны могут дать километры уверенной связи — а могут отваливаться на ста метрах, если они плохо закреплены или направлены не туда. Правильная установка и ориентация антенн пульта и приёмника — самый дешёвый способ улучшить качество сигнала и дальность.
Хорошая новость: правил тут немного и все простые. Разберём, как устроены антенны приёмников ExpressLRS и Crossfire, что такое диаграмма направленности, почему кончики антенн нельзя направлять друг на друга и как ставить антенны diversity-приёмников.
Как устроена антенна приёмника#
Большинство современных приёмников — ExpressLRS, TBS Crossfire — используют дипольные антенны. У диполя два конца: один — активный элемент, второй — «земля». Оба конца одинаково важны: если повреждён или согнут любой из них, характеристики проседают.
Размер антенны зависит от частоты: чем она ниже, тем антенна больше — 900-МГц диполи заметно крупнее 2,4-ГГц.
Антенна приёмника Crossfire
Антенна приёмника ExpressLRS
Диаграмма направленности#
Диаграмма направленности диполя похожа на бублик: самый сильный сигнал излучается сбоку от антенны, самый слабый — вдоль её оси, с торцов. Это главное, что нужно запомнить для всех дальнейших рассуждений.
Максимум излучения — сбоку антенны, минимум — с торцов
Ориентация антенн и дальность#
Взаимная ориентация антенн передатчика и приёмника влияет на дальность огромно. На схеме ниже три варианта:
- №1 — оптимум. Антенны параллельны друг другу, дальность максимальная.
- №2. Представьте, что дрон просто повернулся на 90°: кончик антенны приёмника теперь смотрит прямо на антенну пульта — и дальность падает.
- №3 — худший случай. Кончики обеих антенн направлены друг на друга.
Параллельные антенны — максимум дальности, кончик на кончик — минимум
Как закрепить антенну приёмника#
Ленивый способ#
Если вы не летаете далеко, антенну чаще всего просто приматывают нейлоновой стяжкой к одному из лучей рамы. Это, пожалуй, самый быстрый способ установки.
Антенна на стяжках вдоль луча рамы — самое простое решение
T-антенна Crossfire Immortal на луче
Для «гибких» диполей без жёсткой основы есть приём: на луч ставят две стяжки, направленные в противоположные стороны, и притягивают к ним провода антенны кусочками термоусадки.
Две стяжки в разные стороны, антенна притянута термоусадкой
Ещё одно популярное решение — 3D-печатное крепление: сборка получается заметно аккуратнее.
3D-печатное крепление — самый чистый вариант
А вот плохой пример: оба конца антенны прижаты к карбону. Активный элемент нужно держать как можно дальше от углеволокна — карбон проводит ток и экранирует радиосигнал, режа дальность.
Так нельзя: оба конца антенны прижаты к карбону
Лучший способ#
Ради удобства и живучести антенну приёмника чаще ставят горизонтально, но лучший вариант — вертикально: тогда она всегда примерно сориентирована параллельно антенне пульта.
Почему на фото антенна стоит под наклоном? Приходится компенсировать наклон аппарата в полёте вперёд: дрон на крейсере летит наклонённым носом вниз, и установка с запасом на этот угол остаётся вертикальной именно в полёте.
Вертикальная установка с наклоном под крейсерский угол аппарата
Куда направлять антенну пульта#
Обычно антенну пульта направляют вверх — так она параллельна вертикальной антенне приёмника. Причина всё та же, «бублик»: сигнал выходит сбоку антенны, а не с кончика. При такой ориентации минимален шанс, что кончики обеих антенн выстроятся друг на друга — худший для сигнала случай.
Антенну пульта — вверх, параллельно вертикальной антенне приёмника
Если на пульте стоит антенна Moxon, действует тот же принцип.
С Moxon на пульте — тот же принцип
А вот если антенна приёмника закреплена горизонтально, вертикальная антенна пульта уже не лучшая идея: получится так называемая кросс-поляризация, когда антенны повёрнуты на 90° друг к другу, а это даёт большие потери сигнала. Покрутиться рядом с собой — обычно без проблем, но для дальних полётов так нельзя. Для самого стабильного сигнала обе антенны должны быть параллельны.
Выход — направить антенну пульта вбок, в плоскости антенны приёмника. Но тогда придётся следить, чтобы аппарат не улетал по бокам от вас, и всегда держать его перед собой.
Под горизонтальную антенну приёмника антенну пульта разворачивают вбок
Дело в том, что сигнал минимален, когда кончики антенн смотрят друг на друга. Вот наглядный плохой пример:
Кончик на кончик — худшая ориентация из возможных
Иногда ориентацию приходится менять под ситуацию. Собираетесь дайвить здание — вы будете лететь прямо над собой, и антенна, направленная вбок, окажется выгоднее. А если просто летаете вокруг себя, как большинство, — лучше вверх.
Если на пульте стоит не диполь, а какая-то другая антенна, посмотрите её диаграмму направленности и решите, как её ориентировать под ваш стиль полёта.
Монопольная антенна#
Монополь — это, по сути, просто кусок провода (иногда с заземлённой оплёткой), где открытая часть и есть активный элемент. Простейшая конструкция из возможных.
Монополь: открытый провод и есть антенна
Современные приёмники перешли на диполи, но монополи стояли в старых приёмниках вроде FrSky R-XSR, а иногда их ставят там, где важен каждый грамм, — например, в приёмниках для tiny whoop: в конце концов это просто медный провод.
Диаграмма направленности у монополя такая же, как у диполя: максимум сбоку, минимум с торца.
Антенны diversity-приёмников#
Приёмник с одной антенной — это нормально, но если хочется более стабильного и предсказуемого сигнала, diversity-приёмник с двумя антеннами определённо стоит своих денег. Свежие diversity-приёмники ExpressLRS автор разбирает в отдельном обзоре; при покупке берите версии с TCXO — у них точнее держится частота.
У diversity-приёмника две антенны, и как их ставить, зависит от того, как вы летаете.
Diversity-приёмники ExpressLRS: RadioMaster RP3 и BetaFPV SuperD
Обычно их ставят перпендикулярно друг другу (под 90°), чтобы в любой момент хотя бы одна из двух антенн оказывалась удачно сориентирована относительно пульта.
Но если вы в основном крейсируете, без фристайла и акробатики, тесты автора показали: две антенны, направленные вверх, дают лучший RSSI и более ровный LQ. Для фристайла и акро надёжнее вариант «одна вверх, другая плоско» — он работает лучше, чем обе под 45° к горизонту (то есть под 90° друг к другу).
Тест: обе антенны под 45° к горизонту
Тест: одна вверх, другая плоско
Тест: обе вверх — лучший RSSI и самый ровный LQ в крейсерском полёте
Для diversity-приёмника с монопольными антеннами всё просто: две антенны под 90° друг к другу, в идеале направить их вверх — по причинам, разобранным выше.
Довольно распространено и такое: на каждый луч фиксируется стяжка, и каждая антенна в термоусадке крепится к выступающему хвосту стяжки. Просто, и для полётов на небольшом удалении обычно работает нормально. Цель всё та же — чтобы хотя бы одна из двух антенн всегда оставалась в прямой видимости антенны пульта.
Микродрон: антенны diversity разнесены по разным лучам
Стяжка на луче и термоусадка — простое рабочее решение
Итог#
Слабый линк чаще всего лечится не покупкой новой аппаратуры, а правильно поставленными антеннами. Запомните главное: у диполя сигнал идёт сбоку, а не с кончика; антенны пульта и приёмника должны быть параллельны; карбон — враг активного элемента; у diversity-приёмника антенны ставят под 90° друг к другу, а для крейсера — обе вверх. Хорошего полёта!
По теме на сайте: таблица каналов FPV на 5,8 ГГц, как найти потерянный FPV-дрон и как заряжать LiPo-аккумуляторы FPV-дрона.