»
Typy antén a kritéria výběru

English

Úvod

Kritéria výběru polarizace

Volba antény pro model

Volba antény pro pozemní stanici

Všesměrové typy antén

Směrové antény středního zisku

Směrové antény vysokého zisku

Výběr vhodné anténní soustavy je nejkritičtějším bodem v dosažení uspokojivého přenosu obrazu a o tom především FPV je. V následujících odstavcích najdete klíč ke správnému výběru anténní soustavy s ohledem na aktuální letové podmínky.

Krok 1 – lineární nebo kruhově polarizovaný systém?
Výhody kruhové polarizace oproti lineární byly již popsány. V průběhu posledních tří let se s výrobci i prodejci kruhově polarizovaných antén typu Cloverleaf a SPW (Skew-Planar Wheel) doslova roztrhl pytel, takže pro nejběžnější frekvence 2.4 a 5.8GHz si je můžete prostě koupit bez nutnosti domácího kutilství.
Náklady na pořízení kruhově polarizovaného anténního systému jsou vyšší, nebude si ho tedy zřejmě pořizovat úplný začátečník. V pásmu 5.8GHz je ale rušení způsobené interferencí s odraženým vlněním (multipathing) tak značné, že zde jsou kruhově polarizované systémy již výchozím standardem.
V následujících seznamech jsou výběrová kritéria seřazena podle priority. Pokud je pro konkrétní podmínky v dané situaci podmínka pravdivá, připočítejte bodové hodnocení kritéria za ním uvedené. Stačí porovnat bodový součet pro každý ze seznamů.

Lineárně polarizovaný systém použijeme zejména:

• při předpokladu zachování svislé osy modelu v prostoru (5b)
• při létání v otevřeném terénu bez překážek (4b)
• při létání úhlově dostatečně vysoko nad terénem (>20°) (4b)
• při umístění pozemní stanice v otevřeném terénu, zejména na vrcholu kopce (3b)
• při pokusech o dosažení extrémních vzdáleností (>5km) (3b)
• při užití frekvenčních pásem <2.4GHz, kde kruhově polarizované antény jsou rozměrné a těžké (2b)
• když chceme pořídit lacinější anténní systém (1b)

Kruhově polarizovaný systém použijeme zejména:

• při předpokladu častých odchylek modelu od svislé osy, např. akrobatickém létání (5b)
• při létání v členitém terénu, když se v okolí nacházejí rozměrné překážky a odrazné plochy, např. stromy či domy (4b)
• při létání úhlově nízko nad terénem (4b)
• při umístění pozemní stanice v členitém prostředí, např. na verandě nebo střeše domu (3b)
• při létání za částečně propustnými překážkami, např. stromy, mraky apod. (3b)
• při středních předpokládaných vzdálenostech modelu (<3km) (2b)
• když aerodynamický odpor antény není podstatný (1b)

Krok 2 – volba antény pro model
S ohledem na předpokládané změny polohy modelu v prostoru je nutné na model umístit vždy všesměrovou anténu. Na výběr máme tyto typy:

½-vlnný dipól

½-vlnný dipól

Výchozí lineárně polarizovaný všesměrový typ se ziskem 2.15dBi, se kterým se všechny ostatní poměřují.
V FPV užívána málo, dobrá v kombinaci s BiQuad nebo panelovou anténou na příjmové straně.

Pigtail

Pigtail

Lineárně polarizovaná anténa středního zisku 2.15dBi.
Má výrazný prostorový segment v ose antény (nahoru i dolů), kde signál není vyzařován, což způsobuje výpadky při přelety nad pozemní stanicí.
Na druhou stranu pro pokusy o lety do extrémní vzdálenosti (>10km) dobrá volba.

V-anténa

V-anténa

Vychází z ½-vlnného dipólu, jen ramena svírají úhel 90°-120° namísto 180°. Užívá se vyosený vstup koaxiálního kabelu.
S mírně menším ziskem (~1.9dBi) nejvhodnější lineární typ pro všeobecné použití.

Cloverleaf anténa

Cloverleaf anténa

Kruhově polarizovaná anténa se třemi obloukovými segmenty a se ziskem 1.25dBi vhodná k dosažení středního dosahu. Skvělá anténa k všeobecnému použití z Alexovy dílny (IBCrazy), která se v současnosti stala asi nejrozšířenější kruhově polarizovanou anténou.
Tato anténa je z důvodu špatného potlačení odraženého vlnění pro přijímačovou stranu nevhodná, byť z nouze použitelná.

Airscrew anténa (Cloverleaf Ultra)

Airscrew (dříve označovaná jako Cloverleaf Ultra)

Vylepšená verze antény Clowerleaf s mírně vyšším ziskem 1.35dBi a zejména vyšším axiálním poměrem pro lepší příjem při přeletu modelu v blízkosti pozemní stanice.
Určena především na stranu vysílače, byť je použitelná na obou stranách přenosového řetězce.
Prodává se často v páru s BlueBeam nebo Mad Mashroom anténami.
Podobně jako Cloverleaf není vhodná pro přijímačovou stranu, byť je z nouze použitelná.

Skew Planar Wheel anténa (SPW)

Skew-Planar Wheel

V diskusních fórech se skrývá pod zkratkou SPW. Tato kruhově polarizovaná anténa se čtyřmi segmenty má relativně malý zisk 0.92dBi a nejhorší aerodynamické vlastnosti.
Vyznačuje se ale výbornými vlastnostmi pokud jde o potlačení odraženého vlnění, nalézá tedy své použití hlavně na straně přijímače.
Na straně vysílače ji ale také lze použít, máme-li dvě SPW do páru, létáme-li ve středním dosahu a aerodynamické vlastnosti nás netrápí.

Mad Mushroom anténa

Mad Mushroom

Kruhově polarizovaná anténa, nejnovější invence vývojové dílny Alexe Greveho (IBCrazy) sestávající z pěti segmentů.
Vyznačuje se extrémně širokým pásmem, např. tatáž anténa je použitelná pro jakoukoliv frekvenci z pásma 1,1-1.5 MHz, což ocení zvláště piloti provozující zároveň současně více pásem 1.1, 1.2 a 1.3GHz. Při mírně vyšším zisku 1.5dBi nabízí zatím nejvyšší axiální poměr ze všech typů a to 0.73.
Použitelná na vysílací i přijímací straně.
Je často prodávaná jako součást různých setů jako přijímací anténa.
Existuje i speciální konstrukce sestávající ze dvou proti sobě ležících Mad Mushroom antén umístěných na konci ramen ve tvaru T s obchodním označením SkyHammer s vysokým ziskem 4.25dBi.

Tyto všesměrové antény se vyznačují různě výrazným zeslabením zisku ve směru osy antény, které vede ke zhoršení příjmu až úplným výpadkům signálu zvláště při přeletech nad hlavou. V tomto směru asi nejlépe dopadají typy Airscrew a Mad Mushroom. Řešením je také mírné sklonění osy antény na modelu při předpokladu létání v tomto letovém prostoru, případně použití pokročilých anténních soustav se dvěma vysílači.

Krok 3 – volba antény pro pozemní stanici
Na straně přijímače je třeba rozhodnout, zda předpokládáme polétání s modelem v blízkém okruhu pozemní stanice, nebo se let bude odehrávat ve větší vzdálenosti a převážně v určitém prostorovém segmentu.

S anténami vyššího zisku dosáhnete spojení na větší vzdálenost, ale jsou směrové a jejich úhel užitečného příjmu je tím menší, čím vyšší je jejich zisk. Je třeba tedy pohybovat se s modelem v prostorovém segmentu pokrytém anténou nebo zajistit její navádění za modelem – manuálně nebo automaticky antenna-trackerem.

Řadě FPV letců vyhovuje anténa středního zisku 5-9dBi, která poskytuje zisk pro dostatečný dosah a model se současně snadno udrží v úhlu jejího efektivního příjmu např. prostým otáčením hlavy při umístění antény přímo na FPV-brýlích.

I když příjem kruhově polarizovaného signálu lineárně polarizovanou anténou je možný (s mírnou ztrátou), zpravidla tyto typy nemícháme a na obou stranách přenosového řetězce jsou antény buď lineárně, nebo kruhově polarizované.

Všesměrovou anténu na pozemní stanici použijeme zejména když:

• chceme létat v blízkém okolí pozemní stanice (<500m), např. v parku nebo na modelářském letišti
• upřednostňujeme jednoduchou a rychlou instalaci
• nechceme řešit okamžitou polohu modelu v prostoru a obtěžovat se např. směrováním antény otáčením se za modelem

Směrovou anténu středního zisku (5-9dBi) použijeme zejména když:

• předpokládáme polétání ve středním rozsahu (500 – 3000m)
• budeme létat především v určitém směru, např. před sebou
• předpokládáme hrubé směrování hlavy za modelem

Směrovou anténu vysokého zisku (>10dBi) použijeme zejména když:

• předpokládáme let do velké vzdálenosti (> 3000m)
• budeme létat úzce v určitém směru, např. za jistým cílem a pak přímo nazpět
• budeme používat automatický antenna-tracker


K připojení k přijímači se nabízejí tyto typy antén:

Všesměrové antény

½-vlnný dipól

½-vlnný dipól

Výchozí lineárně polarizovaný všesměrový typ

Pigtail

Pigtail

Lineárně polarizovaná anténa středního zisku 2.15dBi.
Existuje výrazný prostorový segment v ose antény (nahoru i dolů), kde na přijímací straně je v tomto prostorovém segmentu signál špatně přijímán. Proto pigtail používáme převážně v kombinaci s další anténou při využití diversity receiveru.

V-anténa

obrácená V-anténa

Variace ½-vlnného dipólu, jen ramena svírají úhel 90°-120° namísto 180°. S mírně menším ziskem (~1.9dBi) nejvhodnější lineární typ pro všeobecné použití.

Monopól se zemnící rovinou

Monopól s vějířovým reflektorem

Ground Plane anténa (monopól)

Monopól je variací dipólu, v níž je segment připojený k zemnícímu vodiči nahrazen teoreticky nekonečnou vodivou rovinou.
Jelikož vysílání, resp. příjem je možný pouze z poloprostoru, je zisk ¼-vlnného monopólu teoreticky dvojnásobný (o 3dBi vyšší) ve srovnání s dipólem.
Zemnící rovina je ovšem v praxi konečná, což vede k degeneraci vyzařovací charakteristiky, vznikají další laloky částečně vyzařující do opačného poloprostoru, které jsou tím výraznější, čím menší tato rovina je. Pro frekvence 2.4GHz a nižší je výhodné vodivou rovinu nahradit tyčovým reflektorem tvořeným vějířem tyčových zemnících elementů mírně sklopených vzad proti přijímacímu segmentu. Podle délky aktivního středového vodiče jsou určeny také různé profily vyzařovacích charakteristik, jak ukazuje následující obrázek:
Směrové charakteristiky monopólu

Skew Planar Wheel anténa (SPW)

Skew-Planar Wheel

Špatné aerodynamické vlastnosti tohoto typu antény nejsou na straně přijímače na závadu, naopak s výhodou využijeme její výborné vlastnosti pokud jde o potlačení odraženého vlnění.
Nevýhodou je relativně nižší zisk 0.92dBi.

Mad Mushroom anténa

Mad Mushroom

Výhodou tohoto kruhově polarizovaného typu je solidní zisk cca 1.5dBi, extrémně široké pásmo umožňující použití jediné antény např. v celém rozsahu 1,1-1.5 MHz i dobré potlačení odraženého vlnění. Vysoký axiální poměr 0.73 pokryje dostatečně i problematický prostorový segment v ose antény.

Wirevent a turbínová anténa

Virevent, Fan a Turbine

Speciální kruhově polarizované antény, dosud ve vývoji. Údajně se vyznačují nejlepšími parametry ze všech všesměrových typů, pokud jde o potlačení odraženého vlnění.
Jejich domácí konstrukce je již dost pracná a komplikovaná.
Uvidíme, až se stanou rozšířenějšími.

Směrové antény středního zisku

Panelová anténa

Panelová anténa zisku 6-8dBi

Nejrozšířenější typ lineárně polarizované směrové antény v FPV. Při efektivním úhlu okolo 70° pokryje většinu prostoru před FPV letcem.
Chování antény je závislé na poloze vzhledem k zemi – při vykrývání segmentu nad hlavou dosahujeme nejlepších výsledků při jejím vodorovném umístění cca 20cm nad zemí. Ve vodorovném směru dbáme o její umístění naopak co nejvýše nad zemí, aby zemský povrch pokud možno nezasahoval její Fresnelovy zóny. Tomu se nejsnáze vyhneme při umístění pozemní stanice na hřebenu kopce.
V horách ale může hrozit nebezpečí zásahu Fresnelovy zóny okolními hřebeny.

CP panelová anténa zisku 8dBi

Kruhově polarizovaná modifikace panelové antény, velmi kompaktní, s jednoduchým použitím a současně výhodami kruhově polarizovaného příjmu. Bohužel se špatným potlačením odraženého vlnění.

Yagi anténa o 3 segmentech

Yagi anténa o 3-4 segmentech

V FPV podstatně méně používaná lineárně polarizovaná anténa, která nabízí podle počtu segmentů široký rozsah možných zisků bez závislosti na poloze země. Lze ji snadno uchytit na stativ.

Helixová anténa středního zisku

Helixová anténa s 3-5 závity

Kruhově polarizovaná anténa s dobrým potlačením odraženého vlnění.
Antény se 3-5 závity pro pásma 2.4GHz a 5.8GHz jsou dost kompaktní na to, aby je bylo možno přišroubovat přímo na FPV-brýle, přičemž jejich kužel efektivního příjmu je dostatečně široký pro udržení příjmu i při vcelku hrubém pozicování změnou polohy hlavy.

Moxonův obdélník

Moxonův obdélník

Lineárně polarizovaná anténa svojí jednoduchou mechanickou konstrukcí vhodná zejména pro nižší frekvenční pásma 433MHz a 900MHz, kde velké fyzické rozměry již vedou u jiných typů k mechanickým problémům.
Detailní popis je dostupný zde.

Směrové antény vysokého zisku

Panelová anténa

Panelová anténa zisku >10dBi

Lineárně polarizované antény, přičemž i jejich provedení s vysokým ziskem zůstávají velmi kompaktní při relativně malém mechanickém momentu setrvačnosti, což usnadňuje jejich upevnění i na mechanicky nekvalitní antenna-trackery se slabšími servy.

Mnohasegmentová Yagi anténa

Mnohasegmentová Yagi anténa

V FPV podstatně méně používaná lineárně polarizovaná anténa. Podle počtu segmentů existuje široký rozsah možných zisků.

Při více jak 5 segmentech je její nevýhodou její velký mechanický moment setrvačnosti, který ji předurčuje k umístění jen na antenna-trackery s kvalitní mechanikou a silnými servy.

Helixová anténa vysokého zisku

Helixová anténa s více jak 6 závity

Kruhově polarizované antény vyznačující se výborným potlačením odraženého vlnění a vysokým axiálním ziskem. Antény pro 5.8GHz jsou dost kompaktní na to, aby i mnohazávitová provedení bylo možno přišroubovat přímo na antenna-tracker. Nevýhodou je jejich špatná komerční dostupnost pro jiné pásmo než 5.8GHz, pro frekvence nižší než 2.4GHz jsou navíc příliš rozměrné.

BiQuad anténa

BiQuad nebo Double BiQaud

Speciální typ lineárně polarizované antény s vysokým ziskem 11dBi. Je odolná, ale zranitelnější než ještě kompaktnější panelové typy, ale nemá nevýhodu závislosti na poloze zemnící roviny. Dobře použitelná s antenna-trackerem. Existuje k ní málo informací a není dostupná komerčně, zřejmě proto je používaná velmi vzácně.

Solidní popis konstrukce naleznete zde a použitelný online kalkulátor rozměrů anténních elementů tady.

CP BiQuad
Speciální kruhově polarizovaná varianta lineární BiQuad-antény. Momentálně ve vývoji, takže bude třeba si na ni ještě nějakou dobu počkat.

Grid anténa

Grid anténa

Vysoce směrová lineárně polarizovaná anténa zisku 15-24dBi nezávislá na poloze zemnící roviny. Její příjmový kužel je ale velice úzký (5-9°). To vylučuje její umístění na antenna-tracker, který tak úzký kužel takřka není schopen polohovat a udržet model na příjmu.
Je vhodná pro experimentální dálkové lety, pokud poletíte ve velmi úzkém letovém kuželu.
Jedná se o komerčně dostupné typy, pro FPV k sehnání zejména pro pásma 2.4 a 5.8GHz.

Mnoho dalších užitečných informací najdete na Alexově blogu (uživatel IBCrazy). Věčné díky tomuto FPV nadšenci, neúnavnému testerovi a objeviteli, který do FPV praxe uvedl řadu typů antén a dále intenzivně pracuje na jejich vývoji!

Zpět

 

YWUzY