Твой первый квадрокоптер: теория и практика

На рис. 2.11 показан пример диаграммы для узконаправленной антенны. На диаграмме видны три характерные области — 1, 2 и 3. Область 1, которой соответствует наибольший уровень принятого сигнала, называют основным, или главным лепестком диаграммы направленности. Области 2 и 3, находящиеся со стороны рефлектора антенны, называются задними и боковыми лепестками. Наличие этих лепестков свидетельствует о том, что антенн принимает радиоволны не только спереди (в рабочем направлении), но и сзади (со стороны рефлектора), что снижает помехоустойчивость приема. Аналогично, при передаче наличие побочных лепестков снижает эффективность излучения в рабочем направлении. В связи с этим при разработке и настройке антенны стремятся уменьшить число и уровень задних и боковых лепестков.

Рис. 2.11. Пример диаграммы направленности антенны

Поскольку в радиоуправлении мы имеем дело с объектом, свободно перемещающимся в пространстве, необходимо принимать во внимание объемную диаграмму направленности. Например, для штыревой антенны это "бублик" с максимумом в направлениях, перпендикулярных штырю. В продольном направлении штыревая антенна не излучает и не принимает сигнал.

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз нужно изменить сигнал на входе антенны относительно сигнала на входе идеальной всенаправленной антенны, чтобы в точке приема напряженность электромагнитного поля не изменилась.

Коэффициент усиления, выраженный в децибелах (дБ, dBi), может быть как положительным, так и отрицательным. Отрицательное значение присуще антеннам с низким КПД (коэффициентом полезного действия): укороченным, малогабаритным, широкополосным. Низкий КПД не означает низкую направленность антенны. Например, антенна с узкой диаграммой направленности может иметь низкий КПД и "плохо" излучать или принимать сигнал вследствие затуханий сигнала в элементах конструкции.

Рабочая частота (полоса частот) — это частотный диапазон, в котором антенна реализует не менее 90 % от своего максимального КПД. Рабочая частота жестко связана с геометрическими размерами и конструкцией антенны. Чем больше длина волны, тем крупнее антенна. Поэтому увеличение рабочей частоты до 2,4 ГГц существенно снизило габариты и вес антенн.

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве. Различают вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию. Этот параметр важен для учета взаимной ориентации антенн в пространстве. Например, если штыревая антенна передатчика расположена вертикально, то и штыревая антенна приемника должна быть расположена вертикально, иначе уровень принимаемого сигнала может существенно снизиться. Кроме того, радиосигнал может изменить поляризацию при прохождении через неоднородности воздушных масс ("воздушные линзы"). Поэтому приемники авиамоделей часто снабжают дополнительными антеннами с разной ориентацией в пространстве.

Рабочая мощность — параметр, важный для передающей антенны. Превышение подводимой к антенне мощности может привести к выходу из строя не только антенны, но и передатчика. Причем второе даже более вероятно.

Принцип обратимости антенн гласит, что свойства антенны (диаграмма направленности, коэффициент усиления, рабочая частота) не зависят от того, работает ли антенна на передачу или на прием.

Существуют и другие параметры антенн, но для начинающего моделиста они не имеют принципиального значения. Что касается самостоятельной разработки антенн, то это очень сложный процесс, требующий глубоких профессиональных знаний, а также наличия специального измерительного оборудования для тестирования и настройки. Если вы этим набором не обладаете, то лучше не терять время зря и приобретать готовые антенны, либо изготавливать несложные и многократно проверенные конструкции.

Рассмотрим основные типы антенн, применяемых в аппаратуре радиоуправления диапазона 2,4 ГГц и каналах видео- и телеметрии.

Ненаправленные антенны

Наиболее распространенными ненаправленными антеннами являются штыревая и коллинеарная. В стандартной поставке передатчик радиоуправления комплектуется простейшей штыревой антенной, похожей на те, которые используются в недорогих Wi-Fi-роутерах. Антеннами такой же конструкции, но на диапазон 5,8 ГГц могут быть оснащены передатчики и приемники видеоканала.

Антенна этой конструкции является полуволновым вибратором, запитанным в середине (рис. 2.12). Одна часть вибратора состоит из четвертьволновой трубочки, через которую проходит кабель. Оплетка кабеля припаяна к концу этой трубочки. Второй частью вибратора является четвертьволновая центральная жила кабеля, свободная от оплетки экрана.

Рис. 2.12.Штыревая антенна передатчика и ее внутреннее устройство