FPV天线的选择(搬运)

作者是FPV天线的先驱者 IBCrazy

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天线是无线电系统中重要的一环,为了达到最好的使用效果,给你的FPV方案选择合适的天线尤为重要。如果你只是想知道“什么天线最好”,那么我得指出重要的一点:不存在最好的FPV系统。也就是说,不同的使用场合下有着不同的选择。本文会帮助你做出最佳的选择。
FPV天线的选择(搬运)
第一步:选择极化类型
 
天线的极化:圆极化还是线极化?
 
最近一些FPV爱好者,包括我自己,发现了圆极化天线的魔力。虽说圆极化天线不见得适合所有人,但是确实有着出色的表现。线极化天线则更加常见,结构简单,更适合长距离的飞行。那么你要如何选择?
 
圆极化:
圆极化天线早期被NASA和业余无线电爱好者用来和卫星进行通讯,一般这类卫星由于其轨道特性,它们的朝向一直在改变。这种情形和FPV里的载机很像,因为你的航模的姿态也常常在变化。圆极化有着两个显著的优点:它能抵抗多路径干扰(FPV里最常见的问题);此外,即使飞机姿态变化,也不会有显著的极化损失。如果你在FPV飞行的时候遇到不规律的信号丢失,那么很可能就是多路径干扰导致。多路径干扰不导致图像模糊,而是造成你突然间或随机性的信号丢失。
 
什么时候用圆极化天线:
1.当你的地面站周围有大型建筑(50米以内)
2.当你在房子的门廊外或是平台上起飞
3.你将表演大机动的特技飞行
4.你和飞机之间常有树或者其他物体的遮挡
5.低空贴地飞行
6.地面端使用方向性天线进行高空飞行
 
线极化:
线极化天线很常见,安装也很容易。它比圆极化天线更擅长远距离的传输,但是对多路径干扰比较敏感。所以它的远距离传输的优点往往被埋没在多路径干扰的泥潭中。线极化天线比较小巧,容易制作,价格也比较便宜。
 
何时使用线极化天线:
1.在开阔的地点飞行,附近没有建筑物
2.你的飞机不作大机动
3.远距离飞行
4.当你站在山顶
5.天线安装空间受限
 
如果我的飞行条件兼备圆极化和线极化合适的场景该怎么办?FPV爱好者最常见的就是这种情况。这时候需要根据实际情况来判断:如果你明显遇到图像信号丢失或者偶尔失联,那么你可以考虑改用圆极化天线。如果你在远距离飞行的时候遇到图像模糊之类的问题,那么考虑使用线极化天线。
 
第二步:找到最合适的天线类型

接收天线的选择:我需要多大的增益?
首先,要决定你所需要的增益。这取决于你的飞行场地和飞行目标区域。随着天线增益的提高,信号的有效距离也会增加。不幸的是,越大的增益会导致波束变窄,因此不适合近距离的飞行。
在近距离时,全向天线嫩能够提供很好的信号覆盖,但全向天线在远距离的时候就不太适合。类似的,高增益的栅格天线或是碟形天线也不适合公园这类近距离飞行。大部分FPV玩家发现一个”温和“的中等程度的增益,大概5~9DBi的天线比较普遍适用。
 
何时使用全向天线:
1.飞机常常绕着你飞行
2.近距离飞行(2km以内)
3.你站在飞行场地的中央
4.需要快速简便的部署
 
适合使用中等增益的天线:
1.你需要较远距离的飞行(2~8km)
2.你想在面前的一片区域内飞行
3.想要获得比全向天线更远的距离,又想做大机动
4.使用了天线追踪器
 
适合高增益天线(10DBi以上):
1.探索一个远方的未知的区域
2.沿着一条笔直的航道往返
3.尝试突破飞行距离的极限
 
常见的全向天线:
1.1/2波长偶极子天线(橡皮鸭天线或者叫胶棒天线)
2.V字形天线
3.三叶草天线
4.四叶草天线
5.接地平面天线
 
中等增益天线:
1.3或4单元八木天线
2.8DBi贴片天线
3.三圈的螺旋天线
4.8DBi圆极化贴片天线
5.Moxon方型天线
 
高增益天线:
1.多单元八木天线
2.栅格天线与碟状天线
3.菱形天线和双菱形天线
4.贴片天线阵
5.14DBi贴片天线
 
如何选择飞机端的发射天线
人们更多的讨论地面端的天线选择,而较少讨论飞机端的天线,因为合适的选择并不多。一般来讲,飞机端适合使用低增益的天线,不过直升机、多旋翼以及远距离飞行的情况下,可以酌情选择高增益的全向天线(因为这类飞行器一般不作太大的机动)。
 
因为选择不多,所以一个个讨论:
1/2波长偶极子天线:它是所有其他天线比较的基础对象。它的增益是2.26DBi,在其顶部和底部有着较大的信号死区,适合用于长距离飞行。
V形天线:它的增益略小,大约1.9DBi,适合大部分的一般飞行。这种天线在2009年的时候在爱好者中流行起来,它出色的表现有目共睹。
斜面轮天线:俗称四叶草天线,增益更小,只有0.92dbic(dbic为圆极化下的增益),作为一种圆极化天线,它有着出色的抗多路径干扰的能力。如果不考虑空气阻力,四叶草天线是极好的选择。Nigel(devonboy)在2010年在航模界引入了这种天线,第一次将圆极化特性带入了FPV领域。
三叶草天线:增益大约1.25dbic,和四叶草天线相比,辐射图比较扁,有效距离略长。很适合一般的飞行和中等距离的FPV。它是航拍领域的后起之秀,由Alex(IBCrazy)设计,初衷是比四叶草天线更容易制作且增益更高。
 
 
选择地面端的接收天线:
上面提到的全向天线都可以用作接收天线,所以在此略过,下面将着重介绍指向性强的天线。
 
线极化贴片天线:它是最常见的FPV用的线极化天线。它体积小巧,波束张角约70度,能够很好的覆盖你面前的一大片区域。这种天线需要地平面辅助,安装在离地几英寸的地方时效果最好。在2GHz以上的频率下,这种天线安装在高处也没有太大问题。需要近地安装是它最大的缺点,而且在非水平的区域飞行时,由于菲涅尔区的畸变很容易导致效果的恶化。
 
八木天线:相比贴片天线,它比较少见,可达到的增益范围很大。八木天线的波束很窄,但很容易瞄准,适合安装在三脚架上,且它不需要地平面。如果你的天线追踪器带的动,八木天线是你很好的选择。它最大的弱点是害怕空气中的水分,过高的湿度会降低它的性能,为此只能追加更多的天线单元保证效果。
 
菱形天线:效率很高的11dbi天线。应该是比八木天线更稀少。它体积小巧,也不依赖于地平面。菱形天线的波束旁瓣能够辅助飞机的降落,也很适合天线追踪器。它的缺点是没有地方可以买到,而且天线结构比较脆弱。
 
栅格天线:作为方向性很强的天线,它多被用于远距离的信号传输。增益一般是15~24dbi。它同样无需地平面,更适合安装在高处。网格天线的缺点是效率很低,几乎无法高于60%,所以即使能飞的很远,但信号覆盖范围实在太窄。
 
螺旋天线:螺旋天线属于圆极化天线,良好的轴比,抗多路径干扰也不错。它支持的带宽范围很大,而且可以容易的根据需要制作出不同的增益。体积小巧,适合安装在天线追踪器上。它的缺点是效率不高,大约60~80%,而且不容易买到成品。
 
圆极化贴片天线:和线极化贴片天线类似,区别是极化方式不同。它结构紧凑,容易使用。缺点是轴比较低,抗多径干扰较差,而且依赖于地平面。
 
圆极化菱形天线:它是一种8dbi的圆极化天线,结构紧凑,适合天线追踪器,且不依赖于地平面。Alex(IBCrazy)目前在研发这种天线。最大的缺点是它还不成熟,推广尚需时日。