Радиоволны и антенны: Учебное пособие

1
2
Электромагнитные
волны
—
это
распространение колебаний электрического и
магнитного полей в пространстве.
Примеры:
• Радиоволны
• Микроволны
• Инфракрасное излучение
• Видимый свет
• Ультрафиолетовые лучи
• Рентгеновские лучи
• Гамма-лучи
3
Герц (русское обозначение: Гц, международное
обозначение: Hz) — единица частоты периодических
процессов (например, колебаний) в Международной
системе единиц (СИ).
4
Распространение радиоволн
5
Электромагнитная
волна
—
это
распространение электромагнитного поля. А если
конкретнее, то электрическое поле колеблется (меняет
свое значение и направление вектор напряженности
электрического поля), магнитное поле колеблется
(меняет значение и направление вектор магнитной
индукции), эти колебания распространяются, и
получается электромагнитная волна.
Характеристики электромагнитной волны:
1. Длина волны
2. Частота
3. Период
4. Скорость
6
1. Длина волны
Это самая важная характеристика для волны. Ей
называется расстояние между двумя точками этой
волны, колеблющихся в одной фазе. Если проще, то
это расстояние между двумя «гребнями».
Обозначается эта величина буквой λ и измеряется
в метрах.
2. Частота
Формула частоты колебания волны
Формула частоты колебания волны
υ = N/t = 1/T
υ — частота [Гц]
t — время [с]
N — количество колебаний [-]
T — период [с]
λ = c/f
c – скорость света (м/с)
f – частота (Гц)
Частота
—
это
величина,
обратно
пропорциональная периоду. Она определяет,
сколько колебаний в единицу времени совершила
волна.
Период
(время одного колебания)
Частота (количество периодов в секунду)
3. Период
7
4. Скорость
Период — это время, за которое происходит одно
Также
важной
характеристикой
колебание. То есть, если дано время распространения распространения волны является ее скорость.
волны и количество колебаний, можно рассчитать Чтобы вывести формулу скорости через длину
период.
волны, нужно вспомнить формулу скорости из
кинематики — это раздел физики, в котором
Формула периода колебания волны
изучают движение тел без учета внешнего
T = t/N
воздействия.
T — период [с]
t — время [с]
N — количество колебаний [-]
Формула скорости
𝑣 = S/t
𝑣 — скорость [м/с]
Для электромагнитных волн есть целая шкала длин S — путь [м]
волн. Она показывает длину волны и частоту для t — время [с]
разных типов электромагнитных волн.
Для электромагнитной волны скорость равна
скорости света — 𝑣 = 3*10^8 м/с (299 792 458 м/с). Для
решения задач и оценок, не требующих большой
точности, обычно используют значение, равное 300 000
000 м/с. Поэтому формулу скорости чаще всего
используют для нахождения из нее длины волны или
периода.
8
Свойства электромагнитных волн:
1.Отражение - это изменение направления
волнового фронта на границе раздела двух сред с
разными свойствами. Три вида отражения: зеркальное,
диффузное и частичное
2.Дифракция – это явление перераспределения
амплитуды и фазы радиоволн, при котором происходит
сложения и интерференции.
3.Интерференция - явление наложения волн
(их
ослабления
или
усиление).
Условия
для
интерференции волн является их когерентность.
Когерентные волны - это волны, имеющие
одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а
колебания происходят в одной плоскости.
4.Преломление(рефракция) — это изменение
направления распространения волн при прохождении
через неоднородную среду.
5.Дисперсия,
это
зависимость
показателя
преломления от частоты падающего на вещество
излучения или от соответствующей длины волны в
вакууме.
6.Поляризация, это явление направленного
колебания векторов напряжённости электрического
поля или напряжённости магнитного поля.
9
Свойства электромагнитных волн
Отражение:
Зеркальное отражение
Возникает, когда линейные размеры отражающей
поверхности много больше длины волны, а сама
поверхность гладкая. При этом угол отражения равен
углу падения, а отражённая волна практически
полностью
распространяется
в
сторону,
противоположную направлению излучения. Пример:
Диффузное отражение
Происходит при падении электромагнитных волн на
негладкую поверхность, неровности которой имеют
размеры, соизмеримые с длиной волны. В отличие от
зеркального отражения, волна отражается в разных
направлениях,
происходит
рассеяние
энергии
первичной волны. Пример: отражение волн от
отражение радиосигнала от ровной земной или водной неспокойной водной поверхности,
поверхности, фокусировка луча в зеркальной антенне.
различных конструкций.
Резонансное отражение
Возникает, когда размеры объекта или
его отдельных элементов кратны половине
длины облучающей волны. При этом
интенсивность отражения резко возрастает.
Пример: отражение радиосигнала от
облака пассивных помех, состоящего из
полуволновых отрезков проводника.
полей,
лесов,
10
Свойства электромагнитных волн
Дифракция:
Дифракция радиоволн - это перераспределение
амплитуды и фазы радиоволн, которое возникает при
встрече с препятствием. Проявляется в отклонении волн
от прямолинейного пути и проникновении в область
тени.
Причины возникновения.
Препятствия
для
радиоволн
могут
иметь
произвольную форму и быть как непрозрачными, так и
полупрозрачными. Эффект дифракции зависит от
соотношения между размером препятствия и длиной
волны, и выражен тем сильнее, чем больше длина
волны.
Виды дифракции.
1. Дифракция на земной поверхности. Влияют на
распространение волн: кривизна поверхности и
неровности рельефа (горы, здания);
2.
Дифракция
в
средах
с
локальными
неоднородностями. Например, в ионосфере радиоволна
встречает
множество
хаотически
расположенных
препятствий — облаков различной формы.
Примеры проявления:
1. Приём радиосигналов за пределами прямой
видимости.
Дифракция на сферической поверхности Земли
позволяет принимать сигналы, когда передатчик и
приёмник разделены выпуклостью земного шара.
2.
Усиление радиосигнала за препятствием.
Дифракция на отдельно стоящих зданиях и
выпуклостях
рельефа
может
привести
к
перераспределению энергии волны и «усилению»
радиосигнала за препятствием.
11
Радиоволны — электромагнитные волны с
частотами
до
3
ТГц,
распространяющиеся
в
пространстве
без
искусственного
волновода.
Радиоволны в электромагнитном спектре располагаются
от крайне низких частот вплоть до инфракрасного
диапазона. С учётом классификации Международным
союзом электросвязи радиоволн по диапазонам, к
радиоволнам относят электромагнитные волны с
частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине
волны от 10 километров до 0,1 миллиметра.
Радиочастоты — частоты или полосы частот в
диапазоне от 3 кГц до 3000 ГГц, которым присвоены
условные наименования. Этот диапазон соответствует
частоте переменного тока электрических сигналов для
вырабатывания и обнаружения радиоволн. Так как
большая часть диапазона лежит за границами волн,
которые могут быть получены при механическом
колебании,
радиочастоты
обычно
относятся
к
электромагнитным колебаниям.
12
Радио- и телевизионные волны имеют самые низкие
частоты. Они используются в основном для общения. Они
позволяют передавать изображения и звук, что является
основой радио- и телевизионных станций. Радиоволны делятся
на длинные и короткие в зависимости от их длины.
Коротковолновые радиостанции используют разные частоты для
разных частей страны. Существуют также станции, которые
вещают на одной частоте для всей страны — тогда
используются так называемые длинные волны.
13
Сверхдлинные волны (СВ/ОНЧ) — v = 3—30 кГц
(λ = 10—100 км).Имеют свойство проникать вглубь толщи воды
до 20 м и в связи с этим применяются для связи с подводными
лодками, причем, лодке не обязательно всплывать на эту
глубину, достаточно выкинуть радио буй до этого уровня.Эти
волны могут распространяться вплоть до огибания земли,
расстояние между земной поверхностью и ионосферой,
представляет для них «волновод», по которому они
беспрепятственно распространяются.
Длинные волны (ДВ/НЧ) v = 150—450 кГц
(λ = 2000—670 м). Этот тип радиоволны обладает
свойством огибать препятствия, используется для
связи на большие расстояния. Также обладает
слабой проникающей способностью, так что если у
вас нет выносной антенны, вам вряд ли удастся
поймать какую-либо радиостанцию.
v – частота; λ – длина волны
14
Короткие волны (КВ/ВЧ) v= 3—30 МГц (λ = 100—10 м).
Подобно средним волнам, хорошо отражаются от ионосферы, но
в отличии от них, не зависимо от времени суток. Могут
распространяться на большие расстояния(несколько тысяч км)
за счет переотражений от ионосферы и поверхности земли,
такое распространение называют скачковым. Передатчиков
большой мощности для этого не требуется.
Ультракороткие Волны(УКВ/ОВЧ)
v = 30 МГц — 300 МГц (λ = 10—1 м).
Эти волны могут огибать препятствия размером в
несколько метров, а также имеют хорошую проникающую
способность. За счет таких свойств, этот диапазон широко
используется для радио трансляций. Недостатком является
их сравнительно быстрое затухание при встрече с
препятствиями.
v – частота; λ – длина волны
15
Ультровысокие частоты (УВЧ-сантиметровый диапазон)
v = 300 МГц — 3 ГГц (λ = 1—0,1 м).
Не огибают препятствия и имеют хорошую проникающую
способность. Используются в сетях сотовой связи и wi-fi сетях.
Еще одной интересной особенностью волн этого диапазона,
является то, что молекулы воды, способны максимально
поглощать их энергию и преобразовывать ее в тепловую. Этот
эффект используется в микроволновых печах. Как видите, wi-fi
оборудование и микроволновые печи работают в одном
диапазоне и могут воздействовать на воду, поэтому, спать в
обнимку с wi-fi роутером, длительное время не стоит.
Сверхвысокие частоты
(КВЧ-миллиметровый диапазон)
v = 3 ГГц — 30 ГГц (λ = 0,1—0,01 м).
Отражаются практически всеми препятствиями,
свободно проникают через ионосферу. За счет
своих свойств используются в космической связи.
16
Классификация по способу распространения
Прямые волны — радиоволны, распространяющиеся в
свободном пространстве от одного предмета к другому, например от
одного космического аппарата к другому, в некоторых случаях, от
земной станции к космическому аппарату и между атмосферными
аппаратами или станциями. Для этих волн влиянием атмосферы,
посторонних предметов и Земли можно пренебречь.
Земные,
или
поверхностные
—
радиоволны,
распространяющиеся вдоль сферической поверхности Земли и
частично огибающие её вследствие явления дифракции. Способность
волны огибать встречаемые препятствия и дифрагировать вокруг
них, как известно, определяется соотношением между длиной волны
и размерами препятствий: чем меньше длина волны, тем слабее
проявляется дифракция. По этой причине волны диапазона УВЧ и
более высокочастотных диапазонов очень слабо дифрагируют на
поверхности земного шара и дальность их распространения в первом
приближении определяется расстоянием прямой видимости (прямые
волны).
Тропосферные — радиоволны диапазонов ОВЧ и УВЧ,
распространяющиеся за счёт рассеяния на неоднородностях
тропосферы на расстояние до 1000 км.
Ионосферные или пространственные — радиоволны длиннее
10 м, распространяющиеся вокруг земного шара на сколь угодно
большие расстояния за счёт однократного или многократного
отражения от ионосферы и поверхности Земли.
Направляемые — радиоволны, распространяющиеся в
направляющих системах (радиоволноводах).
17
Прямая радиовидимость
Радиогоризонт
Радиогоризонт — это максимальное расстояние,
на котором возможна прямая радиосвязь из-за
кривизны Земли.
Зависит от:
•
•
Высоты антенн (чем выше — тем дальше).
Кривизны Земли (радиогоризонт).
Радиовидимость — это возможность прямой
радиосвязи между двумя точками без препятствий.
Зависит от:
•
•
•
Высоты антенн (чем выше — тем дальше).
Кривизны Земли (радиогоризонт).
Рельефа и препятствий (горы, здания, деревья).
Если антенны «видят» друг друга (в пределах
прямой видимости) — радиовидимость есть. Если
мешают препятствия или сигнал уходит за горизонт —
радиовидимости и соответственно связи нет.
Если сигнал упирается в гору в 2-х километрах это
не
«радиогоризонт»,
а
отсутствие
«радиовидимости». Зона за препятствием, куда не
проходит радиоволна называется «Радиотень».
Радиовидимость
Радиотень
18
Прямая радиовидимость
Формула
расчета
прямой
радиовидимости
позволяет получить значение предельной дальности
прямой радиовидимости при известных параметрах
подъема антенн (в метрах) и стандартной атмосфере.
Рефракция радиоволн – плавное отклонение
(преломление,
искривление)
траекторий
распространения радиоволн в атмосфере от прямой
линии при переходе через среду с плавно
изменяющимися параметрами.
- предельная дальность прямой видимости (без учета
атмосферной рефракции), дальность прямой радиовидимости
на частотах свыше 1 ГГц, км
- предельная дальность прямой радиовидимости при
нормальной рефракции (стандартная атмосфера), дальность
прямой радиовидимости на частотах до 1 ГГц, км
19
Зона Френеля
Зона Френеля — это эллипсоидальная область
пространства между передатчиком и приемником,
критически важная для распространения радиоволн.
Понимание
этого
явления
необходимо
для
проектирования надежных беспроводных систем связи,
включая FPV, Wi-Fi и радиосвязь.
Зона
Френеля
представляет
собой
серию
концентрических эллипсоидов (как слои луковицы)
между передатчиком и приемником, где:
• 60% радиуса первой зоны Френеля должна
быть свободна от препятствий для минимальных
потерь сигнала.
• Последующие зоны (вторая, третья и т.д.) вносят
фазовые сдвиги, но их влияние менее критично.
Влияние на радиосвязь
Препятствия в зоне вызывают:
• Дифракцию (огибание препятствий с потерей
мощности).
• Интерференцию (сложение/вычитание волн →
"мертвые зоны").
• Свободная зона обеспечивает прямую видимость и
минимальные потери.
Формула для расчета радиуса первой зоны Френеля
в метрах:
где:
•λ — длина волны (м),
•d1— расстояния от передатчика до нужной вам точки отсчета (м).
•d2 — расстояния от нужной вам точки отсчета до приемника(м).
Пример: для 2.4 ГГц (λ = 0.125 м), при d1​=d2​=500м
r≈5.6м.
60% от r≈5.6м = 3,36 м
В радиусе 3,36 м от линии прямой видимости не должно быть
препятствий для минимальных потерь сигнала.
d1
d2
20
Ослабление мощности радиоволны в зависимости от расстояния
Ослабление мощности сигнала L [дБ] в зависимости
от расстояния r [м] и частоты f[Гц] в воздухе
определяется формулой:
f= 2400 МГц
0,5 Вт
Определить мощность сигнала P2 [дБм] в точке
приёма можно по формуле:
10 км
где P1 — мощность передатчика [дБм], G1 — коэффициент
направленного действия (КНД) передающей антенны [дБи],
G2 — КНД приёмной антенны [дБи].
Пример: f=2400 МГц, P1=27 дБм (примерно 0.5
Вт), G1=1, G2=3, r=10 км:
L = 20・lg(3・108 / (4・π・ 104 ・ 2.4・ 109 ) = 120 дБ;
P2 = 27+1-120+3= -89 дБм.
Параметр P2 часто обозначается как RSSI [дБм] и
используется для оценки мощности сигнала на входе
приёмника.
-89 dBm - RSSI
21
Чувствительность приёмников
Определить максимальную дальность связи можно, зная
чувствительность приёмника — минимальный уровень
мощности сигнала, при котором работает приёмник.
Чувствительность зависит от схемотехники приёмника,
ширины частотной полосы, типа модуляции сигнала и пр.
Расчетная максимальная дальность связи в идеальных условиях
с учетом параметров антенн G1=0, G2=0.
Частота
Чувствительность,
дБм
Вых. мощность,
дБм
Макс. дальность,
км
470 МГц
-105
26 (0,4 Вт)
180
2400 МГц
-105
26 (0,4 Вт)
34
900 МГц
-105
26 (0,4 Вт)
94
Реально дальность всегда меньше, поскольку
приходится учитывать кривизну поверхности Земли, зоны
Френеля, шумы и пр.
Чувствительность приемника — это минимальный
уровень сигнала, который он может уверенно принимать и
декодировать. Измеряется в дБм (dBm) или микровольтах
(µV). Чем меньше значение (например, -120 дБм лучше,
чем -100 дБм), тем лучше приемник улавливает слабые
сигналы и тем стабильнее связь на больших дистанциях.
AKK Diversity 4.9 - 5.8 ГГц
видеоприемник VRX
Чувствительность: -93 до -95dBi
Видеоприемник VRX Foxeer
Wildfire 5.8 ГГц 72CH
Чувствительность: -98dBi
22
Особенности распространения радиоволн в различных условиях
Лес
В
лесу
радиосигнал
может
сталкиваться
с
препятствиями в виде деревьев и листвы, что приводит к
его поглощению и многократным отражениям. Это
вызывает потерю сигнала и снижение качества видео. Для
улучшения связи рекомендуется использовать фильтры и
усилители сигнала, а также выбирать частоты, менее
подверженные затуханию.
Степь
В открытых степных условиях сигнал распространяется
более эффективно, так как отсутствуют высокие
препятствия. Однако дальность связи может быть
ограничена рельефом, например, холмами. В таких
условиях важно настроить антенны на максимальную
дальность и, возможно, использовать направленные
антенны.
Мокрый лес
Влажные листья и стволы деревьев активно
поглощают радиоволны, что приводит к ослаблению
сигнала. Высокая влажность сама по себе также может
влиять на качество передачи, особенно на высоких
частотах. Это может привести к снижению дальности и
стабильности связи между дроном и оператором. В
условиях леса сигнал дрона многократно отражается от
деревьев и земли, что называется многолучевым
распространением. Влажность усиливает этот эффект,
приводя к появлению интерференций и помех, которые
снижают уровень сигнала.
В близи водоемов и рек
Вода может вызывать отражения сигнала, что иногда
улучшает покрытие на уровне поверхности. Однако
близость воды также может создавать дополнительные
интерференции. Оптимизация антенн и настройка на
устойчивую частоту могут минимизировать эти проблемы.
В близи ЛЭП
Линии
электропередач
создают
мощные
электромагнитные помехи, которые могут существенно
влиять на стабильность радиосвязи. В таких условиях
важно тщательно выбирать частоту и избегать полетов на
близком расстоянии от ЛЭП.
23
Особенности распространения радиоволн в различных условиях
В городе
Городская среда представляет множество вызовов
для
радиосвязи
из-за
плотной
застройки,
металлоконструкций
и
множества
источников
электромагнитных помех. Это создает многолучевое
распространение (многолучевость) — это эффект, при
котором радиосигналы достигают приёмной антенны по
двум или более путям (лучам). Настройка антенн с учетом
городского пейзажа и использование частот, менее
засоренных
помехами,
может
помочь
улучшить
стабильность связи.
Города
насыщены
различными
источниками
радиопомех, включая Wi-Fi-сети, мобильную связь и
прочие устройства. Эти помехи особенно ощутимы на
частотах 2.4 ГГц и 5.8 ГГц. Использование альтернативных
частот, может помочь снизить уровень помех.
Здания
и
сооружения
создают
физические
препятствия
для
радиосигнала,
ограничивая
его
распространение и зону покрытия. В таких условиях важно
оптимально
планировать
маршрут
полета,
чтобы
минимизировать возможные зоны потери сигнала.
Лесисто-болотистая местность
В болотистой местности присутствие воды и
растительности одновременно может усилить проблемы с
поглощением
и
отражением.
Сигнал
многократно
отражается и преломляется от поверхности воды и
растительности.
Это
вызывает
интерференции,
ухудшающие качество связи. Использование антенн с
высокой направленностью может снизить эти эффекты.
Низкочастотные диапазоны, такие как 900 МГц, более
эффективны в таких условиях, так как они лучше
проникают через преграды. Частоты 2.4 ГГц и 5.8 ГГц более
подвержены затуханию и могут вызвать перебои в связи.
Горная местности.
Горы и холмы могут блокировать радиосигнал,
создавая затененные зоны, где сигнал становится
недоступным. Это требует тщательной настройки маршрута
с учетом рельефа, чтобы поддерживать прямую видимость
между дроном и оператором.
Радиоволны могут многократно отражаться от скал и
других поверхностей, вызывая интерференции и потери
сигнала. Использование направленных антенн может
помочь сосредоточить сигнал и минимизировать подобные
эффекты.
24
Факторы влияющие на радиосвязь
1.
2.
3.
4.
1.
2.
3.
4.
5.
Оборудование:
Слабый сигнал с передатчика.
Существенные потери в антенном кабеле или разъемах
на стороне передатчика (ошибка в монтаже или брак
компонентов).
Существенные потери в антенном кабеле или разъемах
на стороне приёмника и/или передатчика.
Низкая чувствительность приёмника.
Эксплуатация:
Неправленое расположение антенн (не в соответствии
с поляризацией).
Приёмная антенна расположена низко (даже в
условиях прямой видимости), вследствие чего
поверхностью Земли экранирует распространение
радиоволн.
Направленная приёмная антенна сориентирована
неправильно.
Деформация (повреждение) антенны вследствие чего
изменение её характеристик эксплуатации.
Большое расстояние между точками передачи и
приёма, приводящее к большому ослаблению сигнала.
1.
2.
3.
4.
Внешние факторы:
Помехи со стороны других радиосистем в том же
диапазоне радиочастот, а также на гармониках этих
радиочастот.
Препятствия в среде распространения (металлические,
железобетонные конструкции, автотранспорт).
Естественные препятствия в среде распространения, в
том число горы, холмы, лесные массивы.
Неблагоприятные погодные условия (сильный дождь,
снег).
Последствия плохой связи:
1. Частичная или полная потеря данных (пакетов)
телеметрии или видеопотока.
2. Плохое качество видео (может проявляться поразному).
3. Частичная или полная потеря управления БПЛА со
стороны НСУ.
25
Антенна
Антенна — устройство, предназначенное для
излучения или приёма радиоволн. Передающая антенна
преобразует направляемые электромагнитные волны,
движущиеся от радиопередатчика по фидерной линии к
входу антенны, в свободные расходящиеся в пространстве
электромагнитные волны. Приёмная антенна преобразует
падающие на неё свободные волны в направляемые волны
фидера, подводящие
принятую
энергию к входу
радиоприёмника.
Передатчик
Антенна
Эфир
Антенна
Как работает антенна
Переменный ток, как известно, меняет свою
полярность с некой частотой. Если речь идёт о 300Мгц, то
значит 300 миллионов раз в секунду полярность (+/-) у
него меняются местами. Соответственно 300 миллионов раз
в секунду электроны в кабеле бегут то слева на право, то
справа налево. Учитывая, что электроны бегают со
скоростью света 300 миллионов метров в секунду, то для
частоты 300 МГц до смены полярности тока они успевают
пробежать лишь 1 метр (300/300), а потом возвращаются
обратно.
Приемник
26
Антенны в FPV используются для 4 целей
Сигнал управления
Видеосигнал
27
Антенны в FPV используются для 4 целей
Видеосигнал
Сигнал управления
28
Основные характеристики антенн
1. Плотность излучения
2. Диаграмма направленности
3. Коэффициент направленного действия (D)
4. Коэффициент усиления (G) dBi
5. Коэффициент использования поверхности (Aw)
6. Входной импеданс
7. Коэффициент полезного действия
8. Коэффициент стоячей волны (КСВ)
9. Поляризация
10. Разъём
Основные характеристики антенн FPV
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Полоса рабочих частот антенны
Диаграмма направленности и ее ширина
Коэффициент усиления
Коэффициент стоячей волны (КСВ)
Поляризация
Разъём
29
Полоса рабочих частот антенны
1. Антенны настраиваются на определенную частоту,
на которой антенна будет иметь наилучшие
характеристики при передаче и приеме - это
центральная частота.
2. Если вы передаете или принимаете на немного
более высокой или более низкой частоте, антенна
все равно будет иметь приемлемые характеристики,
и этот "приемлемый диапазон" называется рабочей
полосой частот.
Правило 7%. Смещение на 3,5 % в верх и низ
от центральной частоты будет приемлемым
значением для корректной работы антенны.
3. За пределами рабочей полосы частот уровень
сигнала значительно снижается или совсем не
излучается.
Например, антенны видеопередатчиков на 5.8 ГГц
имеют рабочую полосу частот, которая позволяет
использовать каналы Raceband на частотах от 5658 до
5917 МГц.
Направленность антенны
30
Диаграмма направленности
Диаграмма направленности - это пространственная
фигура,
которая
показывает
распределение
мощности излучения в пространстве. Только
идеальный
изотропный
излучатель
будет
демонстрировать одинаковую плотность излучения
в каждом пространственном направлении.
Диаграмма направленности
Ширина диаграммы направленности
• Ширина диаграммы направленности антенны
определяется как угол между двумя направлениями, в
которых уровень мощности излучения равен половине
уровня в максимуме.
• КНД (коэффициент направленного действия) характеризует эффективность антенны в направлении
передачи или приёма электромагнитного излучения.
КНД это отношение квадрата напряжённости поля,
создаваемого антенной в определённом направлении, к
среднему значению квадрата напряжённости поля по всем
направлениям.
Свойства КНД:
Если антенна работает на приём, то КНД показывает,
во сколько раз улучшится отношение сигнал/шум по
мощности, при замене направленной антенны на
всенаправленную, если помехи приходят равномерно со
всех направлений.
Для передающей антенны КНД показывает, во сколько
раз нужно уменьшить мощность излучения, если
ненаправленную антенну заменить направленной, при
сохранении одинаковых напряжённостей поля в главном
направлении.
КНД абстрактного изотропного излучателя равен
единице.
31
Диаграмма направленности
Ширина диаграммы направленности
● УБЛ (уровень боковых лепестков) относительный уровень излучения антенны в
направлении наибольшего по величине бокового
лепестка, нормированный к максимуму диаграммы
направленности, выражается в дБ. Как правило,
наибольшим
по
величине
является
первый
(прилегающий к главному) боковой лепесток.
При конструировании антенн уровень боковых
и задних лепестков стремятся свести к минимуму,
чтобы улучшить помехозащищённость антенн.
● F/B (относительный уровень заднего
излучения) в диаграмме направленности антенны
означает отношение уровней излучения «вперёд» и
«назад», или величину подавления заднего
лепестка.
Например, если F/B = 24.9 дБ, это означает, что
уровень излучения в обратном направлении (задний
лепесток) на 24.9дБ ниже, чем в прямом
направлении.
32
Диаграмма направленности
■ При использовании направленной антенны,
выполняя полетное задание, пилот должен учитывать ширину
излучаемого ей луча, дабы БПЛА оставался в зоне ее покрытия.
33
34
Изотропный излучатель
Самая простая воображаемая антенна — это
изотропный излучатель, который не существует на
практике, но это прекрасная теоретическая модель.
дБ (dB) — относительная, безразмерная единица
измерения, которая выражает отношение между двумя
уровнями мощности, обычно заданными в ваттах (Вт/W) или
милливаттах (мВт/mW).
Коэффициент усиления (dBi)
•
•
•
•
•
Важная характеристика антенн, показывающая насколько
интенсивность
излучения
конкретной
антенны
в
определенном
направлении
больше
интенсивности
излучения гипотетического изотропного излучателя.
Изотропный излучатель, это теоретическая антенна, которая
излучает одинаково во всех направлениях подведенную к
ней мощность
Коэффициент усиления антенны обычно исчисляется в
децибелах - dBi
Коэффициент усиления антенны зависит от ее конструкции.
При подборе антенн надо понимать, что добавление 3 dBi
удваивает мощность cигнала передатчика, а чтобы удвоить
дальность излучения необходимо добавить 6 dBi.
дБи (dBi) — единица измерения усиления антенны по
сравнению с идеальной изотропной антенной. Значение dBi
отражает направленные характеристики антенны, её
электрическую эффективность.
дБм (dBm) — абсолютная единица измерения,
которая выражает мощность в децибелах относительно
базового уровня мощности в 1 милливатт (mW).
dB — более общая единица, которая может
использоваться для выражения различных соотношений,
включая соотношения мощностей. dBi — единица, которая
измеряет усиление антенны, в то время как dBm —
единица, которая фокусируется на мощности сигнала.
35
Правила 3 dB, 10 dB и 6 dB
1 Вт = 1000 мВт
Р2/Р1 [мВт]
Р(дБм)
1. Каждые 3dB - изменение мощности в 2 раза
• 10 dBm = 10mW
• 13 dBm = 20 mW
40 dB
=10000
30 dB
=1000
2. Каждые 10dB - изменение мощности в 10 раз
• 20 dBm = 100 Mw
20 dB
=100
10 dB
=10
3. Сигнал теряет 6 dB мощности при увеличении
расстояния в 2 раза от источника
6 dB
=4
3 dB
=2
Увеличение энергетической величины на 1 дБ означает
её увеличение в 10⁻⁰̓¹ ⁓ 1,259 раза.
1 dB
= 1,26
0 dB
=1
-1 dB
= 0,79
-3 dB
= 0,5
-6 dB
= 0,25
-10 dB
=0,1
-20 dB
=0,01
-40 dB
=0,0001
Преобразование дБм(dBm) в ватт(Вт, W):
Мощность P в децибел-милливаттах (дБм) равна
десятикратному логарифму мощности P в
милливаттах (мВт), деленному на 1 милливатт:
P (дБм) = 10 log 10 (P (мВт) / 1 мВт)
Для перевода можно воспользоваться
онлайн-калькуляторами, например на сайте
https://www.rapidtables.org
36
Правила 3 dB, 10 dB и 6 dB
Таблица преобразования дБм(dBm) в ватт(Вт, W)
37
Коэффициент стоячей волны (КСВ/SWR)
КСВ характеризует согласование нагрузки с линией передачи,
позволяет оценить эффективность передачи сигнала от передатчика к
нагрузке. Идеальная передающая система «передатчик-фидерантенна» не имеет вторичного переотражения (падающая волна
полностью излучается): КСВ такой системы равен 1.
• КСВ / SWR (Standing wave ratio) измеряет эффективность
антенны, показывая сколько энергии отражается обратно после
того, как вы вкладываете в нее энергию.
• КСВ = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр).
• Диапазон КСВ - от 1 до бесконечности, где 1 - это идеальное
значение.
• Качественная антенна имеет КСВ не более 1.5 в рабочем
диапазоне частот, приемлемый КСВ антенны для применения - 2.
• Измерение КСВ позволяет определить качество сборки антенны.
• Всегда измеряется весь антенно-фидерный тракт.
КСВ влияет на:
• КПД системы «линия передачи(фидер) — антенна»;
• максимальное значение передаваемой по линии мощности;
• режим работы передатчика (при высоком КСВ возможен значительный
нагрев передающего тракта радиостанции, что чревато выходом ее из
строя).
Для измерения КСВ используются приборы, которые называются КСВметры (LiteVNA64, Nano VNA). Они включаются между передатчиком и
фидерной линией.
38
КСВ
o
o
o
o
КСВ = 1: Идеальное согласование. Вся энергия передается
в антенну, отражения отсутствуют.
КСВ = 1,5 — 2: Допустимое согласование. Небольшая часть
энергии отражается, но потери еще не критичны.
КСВ = 2 — 3: Удовлетворительное согласование. Заметные
потери энергии, возможен перегрев передатчика.
КСВ = 3 и выше: Плохое согласование. Значительная часть
энергии отражается, потери очень велики, возможен выход
передатчика из строя.
Как добиться низкого КСВ
1. Правильный выбор антенны: Антенна должна
соответствовать рабочему диапазону частот и иметь импеданс,
соответствующий фидеру (обычно 50 Ом).
2. Использование качественного фидера: Кабель должен
иметь правильный волновой импеданс и минимальные потери.
3. Согласование антенны: Если антенна не согласована с
фидером, можно использовать согласующие устройства
(антенные тюнеры).
4. Правильная настройка антенны: Длина антенны должна
соответствовать рабочей частоте.
5. Избегайте резких изгибов и повреждений фидера: Это
может нарушить импеданс.
39
КАЛИБРОВКА ARINST VNA
1.
Включаем длинным нажатием боковой кнопки и коротким
нажатием её же заходим в МЕНЮ
2. Жмём КАЛИБРОВКА и попадаем в МЕНЮ калибровки
3. Накручиваем на SMA порта S11 головку без штырька и
нажимаем на аринсте OPEN ДВА раза.
4. Накручиваем на тот же SMA такую же нагрузку но без
полосы сбоку, жмем на SHORT два раза.
5. Накручиваем на тот же SMA нагрузку с длинной головой и
дважды нажимаем LOAD.
6. Нажимаем BACK.
7. Жмем SCAN, задаём границы измерения в нем.
8. Выходим кнопкой Back.
9. Выходим из режима настройки боковой кнопкой.
10. Жмём SWR, замеряем свою антенну.
•
•
•
•
КСВ = 1: Идеальное согласование. Вся энергия
передается в антенну, отражения отсутствуют.
КСВ = 1,5 — 2: Допустимое согласование. Небольшая
часть энергии отражается, но потери еще не критичны.
КСВ = 2 — 3: Удовлетворительное согласование.
Заметные
потери
энергии,
возможен
перегрев
передатчика.
КСВ = 3 и выше: Плохое согласование. Значительная
часть энергии отражается, потери очень велики,
возможен выход передатчика из строя.
40
Проверка антенн по КСВ
Таблица потери мощности от значения КСВ
41
Поляризация
Поляризация
—
это
направленность
вектора
электрической составляющей электромагнитной волны в
пространстве.
Различают: линейную и круговую поляризацию.
•
Линейная
делиться
вертикальную.
на
горизонтальную
•
Круговая поляризация делится на правую и левую.
и
Горизонтальная
Вертикальная
Правая
Правая
Левая
Левая
Главное что нужно понимать: поляризация в антеннах
приёмника и передатчика должны совпадать.
42
Круговая поляризация
Достоинства и недостатки круговой поляризации
Сигнал с круговой поляризацией всегда попадает на
антенну, т.е. вне зависимости от угла между антенной на
передатчике и на приемнике. Именно поэтому антенны с
круговой поляризацией — стандарт для FPV.
Еще одно достоинство антенн с круговой поляризацией
— это возможность отсекать отраженный сигнал.
Многолучевое распространение сигнала — одна из
главных причин плохого качества видео (изменение цвета,
помехи, скрэмблированное изображение, двоение и т.п.).
Так бывает, когда сигнал отражается от объектов и
приходит с другой фазой, при этом смешиваясь с основным
сигналом.
Круговая поляризация бывает, как левой (LHCP), так и
правой (RHCP). На передатчике и приемнике должны быть
антенны с одним и тем же направлением, иначе будет
очень сильная потеря сигнала.
Круговая
поляризация
хорошо
защищает
от
переотраженных сигналов, потому что, когда сигнал
отражается от объекта, меняется направление поляризации.
Т.е. антенна LHCP отсекает RHCP сигнал и наоборот (кросс
поляризация).Все эти факторы следует учитывать при
расчете радиолиний с максимальной эффективностью.
Клевер
Пагода
Хеликс
Полосковая (Патч антенна)
Кросс-диполь (Crosshair)
43
Линейная поляризация
Монополь
Диполь
Волновой канал (Яги)
Достоинства и недостатки линейной поляризации
Антенны линейной поляризации очень широко
распространены благодаря простоте конструкции, что в
самом примитивном виде дает просто кусок провода. Эти
антенны имеют малый размер, низкую цену, их легко
ремонтировать и собирать.
В общем и целом, линейная поляризация отлично
подходит для больших расстояний, т.к. вся энергия будет
сосредоточена в одной плоскости. Это преимущество не
всегда проявляется из-за многолучевого распространения
сигнала (многократные переотражения сигнала).
Для того чтобы получить максимальный уровень
сигнала, антенны приемника и передатчика должны быть
расположены параллельно (для максимального перекрытия
излучения).В самом крайнем случае, когда антенна
приемника и антенна передатчика расположены под углом
90 градусов друг относительно друга — получаем
наименьший уровень сигнала. Результат — потери сигнала в
30 дБ, это кросс поляризация.
44
Взаимосвязь частоты, длины волны и размера антенны
λ = с/f
λ — длина волны
с — скорость света (~300 000 000 м/с, 300 000 км/с)
f — частота
Пример расчета длины волны:
1. Для частоты 700 мГц (f =700 мГц)
λ=300 000(км/с)/700(мГц) = 428 мм
2. Для частоты 915 мГц (f =915 мГц)
λ=300 000(км/с)/915(мГц) = 328 мм
3. Для частоты 2400 мГц (f =2400 мГц)
λ=300 000(км/с)/2400(мГц) = 125 мм
4. Для частоты 5800 мГц (f = 5800 мГц)
λ=300 000(км/с)/5800(мГц) = 52 мм
Длина антенны прямо пропорциональна длине волны и
обратно пропорциональна частоте. То есть чем выше частота,
тем короче длина волны и тем короче можно сделать антенну.
Обычно длина антенны не равна одной длине волны, а
составляет 1/4 длины волны или 1/2 длины волны
(используется длина волны, соответствующая центральной
рабочей частоте).
Антенна 700-800 МГц
Антенна 868/915 МГц
Антенна 2400 МГц
45
Пример линейки измерения диполя
46
Распространение радиоволн антенны диполь
Каждая из сторон антенны диполь физически имеет
размер λ/4 длины волны, но продолжается в пространстве
ещё на λ/4
длины волны. Эта зона не должна
перекрываться и на расстояние равное λ в верх и вниз от
антенны.
λ/4
λ/4
λ/4
λ/4
λ/4
Расположение антенн в пространстве
•
Для предотвращения искажения и затухания
распространения радиоволн необходимо обеспечить
свободное пространство от предметов, которые могут
исказить диаграмму направленности равное 3λ
длины волны от передающей антенны.
•
Расстояние между двумя передающими антеннами
для их корректной работы должно быть не менее λ
длинны наименьшей волны.
•
Расстояние между двумя антеннами передающей (ТХ)
и приемной (RX) должно быть 7λ длинны волны.
λ/4
λ/4
λ/4
Антенна управления FPV
ELRS/TBS Crossfire 868/915
МГц, Т диполь, 78мм IPEX4
7λ
RX
ТX
47
48
Антенна BETAFPV Moxon V2 2.4GHz
•
•
•
•
•
•
Длина коаксиального кабеля: 65 мм (2,4 ГГц) /
90 мм (915 МГц)
Разъем: SMA-штекер
Коэффициент усиления: 5,4 дБи (2,4 Г) /5,9 дБи
(915 М)
КСВН: <2,0 (2,4 Г)/<2,0 (915 М)
Тип поляризации: Линейная поляризация
Рекомендуется для: любого модуля передачи
данных 2,4 Г / 915 МГц или радиостанций
Radiomaster Moxon 2,4 ГГц
•
•
•
•
•
•
Тип: Направленная антенна MOXON
Поляризация антенны:
вертикальная/горизонтальная поляризация
Частота: 2,4 ГГц
Усиление: 5,98 дБ
Разъем: папа RP-SMA
Вес: 12 г
Антенна Моксон 500
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рабочий диапазон частот, МГц - 480-530
Усиление антенны, дБ - 5.1
КСВ в рабочем диапазоне, не более - 1.6
Поляризация - Линейная
Вертикальный сектор, градус - 80
Горизонтальный сектор, градус - 160
Эффективность излучения - >90%
Входное сопротивление, Ом - 50
Разъём - Sma-female
Тип исполнения - Направленная антенна
Вес г -50
Размер, мм - 220 * 100 * 2
Антенна Моксон 750
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рабочий диапазон частот, МГц - 720-800
Усиение антенны, дБ - 5.3
КСВ в рабочем диапазоне, не более - 1.6
Поляризация - Линейная
Вертикальный сектор, градус - 80
Горизонтальный сектор, градус - 160
Эффективность излучения - >90%
Входное сопротивление, Ом - 50
Разъём - Sma-female
Тип исполнения - Направленная антенна
Вес г - 20
Размер, мм - 140 * 78 * 2
49
50
51
Расчет антенны Волновой канал (Яги, Уда-Яги)
Частота f: 915 МГц
Длина волны λ: 328 мм
Диаметр элемента d: 4 мм
Диаметр стрелы D: 15 мм
Общее число элементов: 15
Длина стрелы: 1 м 319 мм
Усиление: 16 dBi (прибл.)
----------------------------------------------------------Длина рефлектора R: 169 мм
Позиция рефлектора R = 0
---------------------------------------------------------Длина вибратора F: 155 мм
Позиция вибратора F (R-F): 65.5 мм
Промежуток в месте подключения g <= 4.4 мм
Длина D1: 148 мм
Позиция директора D1 (R-D1): 90.1 мм
Расстояние F-D1: 24.6 мм
-------------------------------------------------------Длина D2: 146 мм
Позиция директора D2 (R-D2): 149 мм
Расстояние D1-D2: 59 мм
-------------------------------------------------------Длина D3: 144 мм
Позиция директора D3 (R-D3): 220 мм
Расстояние D2-D3: 70.4 мм
-------------------------------------------------------Длина D4: 143 мм
Позиция директора D4 (R-D4): 301 мм
Расстояние D3-D4: 81.9 мм
Длина D5: 141 мм
Позиция директора D5 (R-D5): 393 мм
Расстояние D4-D5: 91.7 мм
-------------------------------------------------------Длина D6: 139 мм
Позиция директора D6 (R-D6): 491 мм
Расстояние D5-D6: 98.3 мм
-------------------------------------------------------Длина D7: 138 мм
Позиция директора D7 (R-D7): 595 мм
Расстояние D6-D7: 103 мм
-------------------------------------------------------Длина D8: 137 мм
Позиция директора D8 (R-D8): 703 мм
Расстояние D7-D8: 108 мм
……..
Длина D12: 134 мм
Позиция директора D12 (R-D12): 1 м
183 мм
Расстояние D11-D12: 126 мм
-------------------------------------------------------Длина D13: 133 мм
Позиция директора D13 (R-D13): 1 м
311 мм
Расстояние D12-D13: 128 мм
------------------------------------------------------Форма активного вибратора: Петлевой
Бум с круглым поперечным сечением.
Элементы по центру металлического
бума и электрически соединены с ним.
Расчет ведется с учетом бумкоррекции.
52
Поляризация: линейная
Диаграмма направленности: круговая
Поляризация: круговая
Диаграмма направленности: круговая
53
54
Правая
55
Правая
Антенна UXII (UX2)
Realacc UXII Stubby RHCP U.FL 5.8GHz 1.6dBi
Поляризация - круговая
Realacc UXII 5,8G 1.6dBi MMCX-прямая
Поляризация - круговая
56
Правая
Правая
Правая
Левая
GEPRC Momoda2 5.8G FPV антенна 2.45dbi
FPV Антенна Creapart 5.8G 2.8dBi
Правая
57
58
59
Патч 4.9ГГц-6.1ГГц 20.1dBi RHCP
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рабочий диапазон частот, МГц - 4900-6100
Усиление антенны, дБ - 17.9-20.1
КСВ в рабочем диапазоне, не более - 2.0
Осевое отношение, дБ - <1
Поляризация - Правая круговая
Вертикальный сектор, градус - 12-14
Горизонтальный сектор, градус - 12-14
Эффективность излучения - >99%
Входное сопротивление, Ом - 50
Разъём - Sma-female
Тип исполнения - Направленная антенна
Размер, мм - 200*200*5
Вес г -300
Патч 3.1ГГц-3.7ГГц 15.5dBi RHCP
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Рабочий диапазон частот, МГц - 3100-3700
Усиление антенны, дБ - 14.4-15.5
КСВ в рабочем диапазоне, не более - 2.0
Осевое отношение, дБ - <1
Поляризация - Правая круговая
Вертикальный сектор, градус - 24-30
Горизонтальный сектор, градус - 24-30
Эффективность излучения - >99%
Входное сопротивление, Ом - 50
Разъём - Sma-female
Тип исполнения - Направленная антенна
Размер, мм - 150*150*5
Вес г - 200
60
61
5.1G-5.8G антенна Fpv
Ку - 20,6 дБ
62
Направленная панельная 14 дБи антенна KP14-1500
Ку - 14 дБи
Направленная антенна Kroks KP9-1200
Ку - 9 дБ
63
АНТЭКС AX-1214P - панельная направленная выносная антенна для диапазона 1.011.36 ГГц, КУ=13.5-15.5 dBi
64
GepRC Soma 3.3ГГц направленная патч антенна
Ку - 17dBi
65
66
Расчет спиральной антенны (Helix)
Центральная частота f: 5740 МГц
Число витков спирали N: 12
Шаг намотки спирали (в длинах волн) s: 0.25 λ
------------------------------------------------------------Длина волны λ: 52.2 мм
Длина спирали l: 157 мм
Общая длина провода lw: 684 мм
Внутренний диаметр спирали d: 17.7 мм
Шаг спирали (между центрами соседних витков) s: 13.1 мм
Диаметр провода dw: 1.04 мм (18 AWG#)
Расстояние h: 11.6 мм
Минимальный диаметр круглого рефлектора D: 41.8 мм
Минимальная сторона квадратного рефлектора D: 57.5 мм
Прибл. усиление антенны G: 12.1 dBi
Полоса пропускания по критерию КСВ<3: 808 МГц
Максимальная частота полосы пропускания F3max : 6158 МГц
Минимальная частота полосы пропускания F3min : 5350 МГц
Ширина основного лепестка по уровню -3дБ ΔΦ: 30°
------------------------------------------------------------Параметры согласующей линии 140/50 Ω:
Длина треугольника L: 36.6 мм
Высота треугольника W: 11 мм
67
68
Широкополосная антенна для FPV - «СЕТКА»
•
•
•
•
•
•
Диапазон рабочих частот: 950–1800 МГц
Ширина полосы: 850 МГц.
Коэффициент усиления: 8.5 дБи.
Разъём SMA-female.
Ширина диаграммы направленности - 70°.
Вертикальная поляризация
69
ВЧ-разъемы
Высокочастотный разъем (ВЧ) состоит из
парных узлов, обеспечивающий присоединение кабеля
к приемо-передающему устройству, антенне, либо для
соединения отдельных участков кабеля.
Представлен он двумя частями:
• штекером (male, plug), именуемым в простонародье
«папой»;
• гнездом (female, jack), прозванным «мамой»
соответственно.
Существует множество типов и
классификаций высокочастотных разъемов.
По типу и виду:
• штекер (вилка, «папа», plug, male);
• гнездо (розетка, «мама», jack, female).
По конструктиву:
• прямые;
• угловые.
По типу крепления центрального контакта:
• под пайку (контакт припаивается оловом к центральной жиле
кабеля);
• обжимной (контакт надевается на центральный проводник и
обжимается).
По типу подключаемого кабеля:
• F – для кабеля RG-58 или иного диаметром 3 мм;
• /5D – для кабеля 5D-FB/CNT-300/LMR-300 или иного
диаметром 6.5-7 мм;
• X – для кабеля RG-213 диаметром 10 мм;
• /8D – для кабеля 8D-FB/CNT-400/LMR-400 или иного
диаметром 10-11 мм;
• /10D – для кабеля 10D-FB/CNT-500/LMR-500 или иного
диаметром 13 мм.
70
71
Акустический кабель
Акустический кабель — вид электрического
кабеля, который используется для электрического
соединения
между
громкоговорителями
и
аудиоусилителями.
По конструкции кабели делятся на следующие группы:
• С одной изолированной токопроводящей жилой;
•
•
•
С
двумя
параллельными
изолированными
токопроводящими жилами;
С двумя или большим числом витых изолированных
токопроводящих жил;
С одной, двумя и большим числом изолированных
токопроводящих жил и с экранировкой.
Акустический кабель GOOBAY
Жилы изготавливаются из различных материалов:
•
•
•
•
OFC (OF-Cu, Oxygen Free Copper) — бескислородная медь
чистотой до 99,999% и выше;
OCC (One-crystal Copper) — монокристаллическая медь;
Луженая медь (композитные, композиционные кабели) —
медь с оловянной или серебряной полудой;
Омедненный алюминий — алюминиевая жила с медным
покрытием (технологии Сopper Coated Aluminium —
алюминий, покрытый медью, с содержанием меди до 9%, и
Сopper Clad Aluminium — алюминий, плакированный
медью, с содержанием меди до 30%).
•
•
•
•
•
•
•
•
Категория - Кабель
Вид - для громкоговорителей
Кол-во проводников - 2
Структура проводника - многопроводный
Сечение проводника, кв.мм - 0.75
Материал проводника - OFC
Структура экрана - неэкранированный
Цвет - черно-красный
72
Акустический кабель
Основная
характеристика
акустического
кабеля
—
сечение
его
токопроводящей жилы. От сечения зависит максимальный ток (а значит, и
мощность сигнала), который может быть пропущен через кабель без его
существенного нагрева. С сечением прямо связана и другая характеристика кабеля
— удельное электрическое сопротивление, рассчитываемое в омах на метр.
73
Витая пара (LAN, сетевой кабель, патч-корд)
Витая пара — вид кабеля связи, который представляет
собой одну или несколько пар изолированных проводников,
скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Типы витой пары
• U/UTP. Нет общего экранированния (U), витые пары
неэкранированные (UTP);
• F/UTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары
неэкранированные (UTP);
• SF/UTP. Общее экранирование из оплетки (S) и общий экран
из фольги (F), витые пары неэкранированные (UTP);
• S/FTP. Общее экранирование с оплеткой (S), витые пары
защищены фольгой (FTP);
• F/FTP. Общее экранирование из фольги (F), витые пары
также экранированы фольгой (FTP);
• U/FTP. Без общего экранирования, витые пары защищены
фольгой (FTP).
Производитель
Тип экранирования
Количество пар
Категория кабеля
Одножильный или многожильный
Тип оболочки
Цвет
74
Витая пара (LAN, сетевой кабель, патч-корд)
Оболочка витой пары
В качестве оболочки в витой паре в основном используют:
• PVE (ПВХ) – поливинилхлорид, используется в качестве
оболочки кабеля, предназначенного для внутренней
прокладки;
• PE – полиэтилен, в основном используется в кабелях для
внешней прокладки;
• LSZH (LOW SMOKE ZERO HALOGEN) - оболочка с низким
дымовыделением и нулевым содержанием галогенов,
применяется в кабелях, предназначенных для прокладки в
местах, где возможно массовое скопление людей.
• LSLTx (LOW SMOKE LOW TOXIC) - оболочка с маленьким
дымовыделением
и
низким
уровнем
токсичности,
рекомендована для монтажа в больницах, школах,
дошкольных учреждениях и т.п.
UTP4 LANSET PREMIUM 24AWG Cat 5е
OUTDOOR
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Длина кабеля, м - 305
Диаметр жилы, мм - 0,51
Проводник - Медь
Категория - 5e
Экран - UTP
Оболочка - ПНД
Количество пар - 4
Прокладка - По улице
Бренд - LANSET
75
Витая пара (LAN, сетевой кабель, патч-корд)
Коннектор RJ45 – это универсальный стандартный
разъем
для
сетевых
кабелей,
который
широко
используется в компьютерных сетях для подключения
компьютеров, маршрутизаторов, коммутаторов и других
сетевых устройств. В этой статье мы рассмотрим основные
характеристики коннектора RJ45 и его применение в
современных сетях.
Схема обжима
76
Коаксиальный кабель
Коаксиальный кабель (от лат. co — совместно и axis —
ось, то есть соосный) — электрический кабель, состоящий из
центрального проводника и экрана, расположенных соосно и
разделённых изоляционным материалом или воздушным
промежутком.
Основная функция коаксиального кабеля — передача
радиосигналов, телевизионных сигналов, а также цифровых
данных между различными устройствами.
Классификация
По назначению — для систем кабельного телевидения, для
систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей,
бытовой техники и т. д.
По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление
кабеля может быть любым), стандартными являются пять значений по
российским стандартам и три по международным:
•
50 Ом — наиболее распространённый тип, применяется в разных
областях радиоэлектроники;
•
75 Ом — распространённый тип;
•
93 Ом — применялся в компьютерных сетях стандарта ArcNet;
•
100 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для
специальных целей;
•
150 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для
специальных
целей,
международными
стандартами
не
предусмотрен;
•
200 Ом — применяется крайне редко, международными стандартами
не предусмотрен.
Коаксиальный кабель характеризуется следующими основными
электрическими показателями:
• полоса частот (МГц);
• потери(затухания) передачи в заданной полосе частот (дБ);
• волновое сопротивление (Ом).
По диаметру изоляции:
•
субминиатюрные — до 1 мм;
•
миниатюрные — 1,5—2,95 мм;
•
среднегабаритные — 3,7—11,5 мм;
•
крупногабаритные — более 11,5 мм.
По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический
момент изгиба кабеля): жёсткие, полужёсткие, гибкие,
особогибкие.
По степени экранирования:
•
со сплошным экраном
с экраном из металлической трубки
с экраном из лужёной оплётки
•
с обычным экраном
с однослойной оплёткой
с двух- и многослойной оплёткой и с дополнительными
экранирующими слоями
•
излучающие кабели, имеющие намеренно низкую (и контролируемую)
степень экранировки.
77
Коаксиальный кабель
Международные стандарты маркировки
Назначения кабеля
• RG - обозначение радиопроводности, иногда
выпускается радиопроводящий кабель (radio
guide) с отсутствием маркировки RG;
• DG - обозначение назначения для сетей
цифрового вещания;
• SAT - обозначение назначения для сетей
спутникового вещания;
• DJ - обозначение назначения для сетей
спутникового вещания (произведенный в Китае
аналог предыдущего типа кабеля SAT).
Обозначения материала изоляции
• PVC - ПВХC/U - не выделяющий дыма при горении
• FR -пожаробезопасный кабель
• FPE -вспененный полиэтилен
• XLPE -сшитый полиэтилен
• DB -водонепроницаемый
Обозначения экранирования
• AF - алюминиевая фольга
• FEP - экструдируемый тифлон
• DF - двухсторонняя алюминиевая фольга
Обозначения центрального проводника
• ВС -чистая медь
• CCA -алюминий, покрытый медью
• CCS -омедненная сталь
• SCC -посеребренная медь
•
SCCS -посеребренная омеднённая сталь
• A/U - многожильный с внутренним проводником
• ТС -луженая медь
Обозначения гибкости кабеля
• U - гибкий
• UF - особо гибкий
78
Сигнал управления
Управление – процесс передачи управляющих
сигналов в каналах связи:
1. Радиоканал (радиоволна);
Схема взаимодействия пульта управления и приемника
радиосигнала в БпЛА
БПЛА
Полётный
контроллер
Приёмник RX (reciever)
Антенна
2. Оптоволоконный канал (свет).
Наземная станция управления
Пульт
управления
Передатчик
TX (transceiver)
Антенна
79
Сигнал управления
Управление – процесс передачи управляющих сигналов в каналах связи.
80
Сигнал передачи видео
Видео система в FPV – совокупность передающего и приёмного
модуля осуществляющих трансляцию видеоизображения с бортовой
камеры на очки/шлем/монитор оператора посредством какого-либо
канала связи:
Схема осуществления трансляции
БпЛА – Видеоочки
1. Радиоканал (радиоволна);
Видеотрансляция с FPV
Видеокамера
Полётный контроллер
Видеопередатчик
VTX (video transmitter)
Антенна
2. Оптоволоконный канал (свет).
Видеоприёмный модуль
Очки/шлем/
монитор
Видеоприёмник
VRX (video receiver)
Антенна
81
Индикации состояния радиосвязи в OSD
• RSSI - сила полученного сигнала (Received Signal
Strength Indicator), — насколько "громко" принимается
сигнал. Для приёмников LoRa от 0 до – 130.
• LQI - качество связи (Link Quality Indicator), —
разборчивость принятых данных. 100% — все пакеты
данных принялись, 0% — ни один пакет не принялся.
✓ Высокое значение LQ (близкое к 100%), высокое
значение RSSI (близкое к -5 дБм) - это очень хороший
показатель - связь отличная.
✓ Низкое значение LQ (ниже 20%), высокое значение
RSSI (близкое к -5 дБм) - это значит что то глушит наши
пакеты - возможно работает РЭБ.
✓ Высокое значение LQ (близкое к 100%), низкое
значение RSSI (выше -70 дБм) - если дрон находится
очень далеко это значит что скоро связь может
отвалиться и пора бы подумать о возвращении обратно
или найти цель. А если такие показатели возникают при
запуске птички то нужно проверить исправность
антенны.
✓ Низкое значение LQ (ниже 20%), низкое значение
RSSI (выше -70 дБм) - требуется возврат домой, птичка
далеко и возможно пропадание сигнала RXLOST.
100 – LQ – 100%
пакетов приняты
-89 dBm - RSSI