Рис. 2.15.Внутреннее устройство антенны на частоту 433 МГц
При построении видеоканала часто применяют антенны типа "клевер" (рис. 2.16). Они сочетают в себе круговую поляризацию излучения и почти шарообразную объемную диаграмму направленности. Это означает, что взаимное положение передающей и приемной антенны почти не будет влиять на качество сигнала. Количество лепестков антенны определяет равномерность диаграммы направленности. Чем больше лепестков, тем больше диаграмма похожа на ровный шар. Однако четырехлепестковая антенна тяжелее, поэтому ее ставят на наземное оборудование. Практический опыт множества моделистов также говорит о том, что применение четырехлепестковой антенны на земле более эффективно. Иногда встречается ошибочное мнение, что от количества лепестков зависит волновое сопротивление антенны, но это не так.
Рис. 2.16. Передающая и принимающая антенны типа "клевер"
Направленные антенны
Вариантов конструкции антенн направленного действия намного больше (рис. 2.17 и 2.18), чем ненаправленного. Причем, не всегда для создания направленной диаграммы применяется рефлектор. Эффект направленности может быть образован за счет формирования фазовых сдвигов напряженности электромагнитного поля в элементах конструкции и/или в пространстве вокруг антенны.
Рис. 2.17.Направленная портативная антенна диапазона 2,4 ГГц
Рис. 2.18.Спиральная направленная антенна Helix для приемника видеоканала 5,8 ГГц
При использовании антенн с круговой поляризацией крайне важно совпадение направления вращения вектора поляризации у передающей и принимающей антенны. Например, у спиральных антенн должно совпадать направление навивки спирали. В противном случае произойдет резкое снижение уровня принимаемого сигнала даже при идеальной взаимной ориентации антенн. Особенно легко ошибиться с вектором поляризации при использовании антенн разного типа. Распространенной ошибкой является использование в видеоканале передающей бортовой антенны типа "клевер" и принимающей спиральной без учета направления вектора поляризации.
С другой стороны, при отражении от препятствий (земная поверхность, стены зданий) сигнал с круговой поляризацией становится линейно поляризованным и эффективно подавляется принимающей антенной. Благодаря этому существенно снижается уровень помех на изображении в виде двоящегося изображения и шумов.
Системы слежения за направлением
Использование направленной антенны существенно повышает дальность радиоканала, но возникает проблема удержания направления на движущийся объект. Если направленная антенна смонтирована на пульте или видеоочках, то проблема решается за счет перемещения оператора. В остальных случаях требуется помощь ассистента или специальная автоматическая система слежения за направлением (трекер). Трекеры используются в наземных антеннах приема видеосигнала и телеметрии. Надо иметь в виду, что из-за неоднородностей окружающего пространства может происходить отражение и интерференция сигнала, и оптимальная ориентация антенны может слегка отличаться от фактического направления на объект.
Для трекинга применяются два основных метода: координатный и сигнальный. В первом методе координаты модели, определенные по GPS, по каналу телеметрии или по каналу звука поступают на наземный трекер. Контроллер трекера на основании собственных координат и координат объекта вычисляет направление. Преимуществом метода является простота радиоприемной части, в которой используется только один приемник, устойчивость к захвату ложных источников сигнала.
Недостатки: необходимость точно позиционировать приемную станцию по координатам и азимуту, а для этого она должна иметь собственный компас и приемник GPS или возможность ручного ввода координат. Сложение погрешностей GPS при определении координат двух точек снижает точность наведения. Не учитывается возможность случайных пространственных искажений при распространении сигнала, из-за чего наведение по координатам не всегда оптимально. При потере связи теряются также и Данные о координатах объекта, что усугубляет ситуацию.
В сигнальном методе используется непрерывное измерение уровня принимаемого сигнала. В простых самодельных трекерах применяют 2–3 независимых приемника с антеннами, направленными под слегка различающимися углами. Контроллер трекера сравнивает уровни сигналов с приемников и поворачивает турель в сторону антенны с наилучшим сигналом (рис. 2.19).
Рис. 2.19.Самодельный трекер сигнального типа стремя приемниками
(http://fpvlab.com/forums/showthread.php78331)
Достоинством системы является правильная ориентация в направлении наилучшего приема. Очевидный недостаток - использование нескольких приемников и антенн.
В более простом, сканирующем, варианте используется один приемник и антенна. Контроллер непрерывно измеряет уровень сигнала с выхода RSSI приемника и при его снижении отклоняет антенну на несколько градусов в различных направлениях, сканируя зону слежения и "отлавливая" новое оптимальное направление. Поскольку слежение происходит непрерывно, после нескольких циклов корректировки/отслеживания контроллер начинает более-менее точно предсказывать направление движения объекта.
В дорогих профессиональных системах может применяться антенна с синтезированной апертурой и измерение сдвига фаз несущей частоты для уточнения направления на объект.
Очевидным недостатком трекеров, использующих слежение по уровню сигнала, является возможность ложного захвата постороннего источника более мощного сигнала, случайно работающего на этой же частоте. Но, к счастью, в открытом поле вероятность такого события невысока.
Самой простой и недорогой альтернативой автоматическому трекеру является ручное управление антенной. Некоторые комплекты аппаратуры радиоуправления позволяют привязать к передатчику несколько приемников. В этом случае недорогой приемник ставят на трекер, подключают к нему сервомашинку трекера и управляют поворотом антенны, вращая потенциометр на пульте.
Диверсификация антенн
Летающие модели интенсивно меняют свое положение в пространстве. Поэтому важно обеспечить устойчивый радиоканал при любом взаимном положении антенн. В приемниках радиоуправления иногда используют две антенны, расположенные под углом 90°, или дополнительные приемники-сателлиты, у которых тоже располагают антенны в разных местах модели и под разными углами. Этот прием называется пространственной диверсификацией антенн.
Иногда возникает потребность в диверсификации по типу антенны (рис. 2.20).
Рис. 2.20.Антенная система со следящей основной антенной и диверсификацией за счет штыревой всенаправленной антенны
(http://www.readymaderc.com)
Например, антенны для приема видеосигнала могут обладать очень острой диаграммой направленности. Такое свойство существенно повышает эффективную дальность приема и помехоустойчивость, но стоит отклонить антенну на несколько градусов в сторону от направления на модель, и сигнал может резко и внезапно пропасть. Поэтому в сочетании с остронаправленной антенной иногда применяют вторую антенну, имеющую более широкую или вообще круговую диаграмму направленности. При потере сигнала с основной антенны качество сигнала с дублирующей может быть заметно хуже, но в большинстве случаев оператору его будет достаточно, чтобы не потерять управление.
Диверсификация по частотному диапазону (дублирование канала) в любительской практике применяется редко, т. к. требует наличия двойного комплекта приемопередающего оборудования на разные диапазоны.