Что такое линейная и круговая поляризация антенн. Как работают антенны с разной поляризацией. Какую антенну лучше выбрать для квадрокоптера. Преимущества и недостатки разных типов поляризации.
Что такое поляризация антенны и зачем она нужна
Поляризация антенны определяет направление колебаний электромагнитных волн при передаче и приеме сигнала. Это важный параметр, влияющий на качество связи, особенно для подвижных объектов вроде квадрокоптеров. Существует три основных типа поляризации антенн:
- Линейная поляризация
- Круговая поляризация
- Эллиптическая поляризация
Правильный выбор типа поляризации позволяет улучшить стабильность и дальность связи с квадрокоптером. Давайте разберемся подробнее, чем отличаются разные виды поляризации и какой лучше подходит для дронов.
Линейная поляризация антенн: принцип работы
При линейной поляризации электромагнитные волны колеблются только в одной плоскости — вертикальной или горизонтальной. Это самый простой тип поляризации.
Как работает антенна с линейной поляризацией?
- Сигнал передается и принимается только в одной плоскости
- Максимальная мощность достигается, когда антенны передатчика и приемника расположены параллельно
- При перпендикулярном расположении антенн сигнал практически пропадает
Линейно поляризованные антенны просты и дешевы в производстве. Их часто используют в бытовой электронике, например, в Wi-Fi роутерах. Однако для подвижных объектов вроде квадрокоптеров они не очень подходят.
Круговая поляризация: особенности и преимущества
При круговой поляризации электромагнитная волна вращается вокруг своей оси, описывая спираль. Это более сложный, но и более эффективный тип поляризации для дронов.
Каковы ключевые особенности антенн с круговой поляризацией?
- Сигнал распространяется одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскости
- Стабильный прием вне зависимости от положения антенн друг относительно друга
- Лучшая защита от помех и переотражений сигнала
- Бывает правосторонней (RHCP) и левосторонней (LHCP)
Благодаря этим преимуществам круговая поляризация стала стандартом для FPV-систем квадрокоптеров. Она обеспечивает более стабильную связь при любых маневрах дрона.
Сравнение линейной и круговой поляризации для квадрокоптеров
Какой тип поляризации лучше подходит для антенн квадрокоптеров? Давайте сравним ключевые характеристики:
| Характеристика | Линейная поляризация | Круговая поляризация |
|---|---|---|
| Стабильность сигнала при маневрах | Низкая | Высокая |
| Защита от помех | Слабая | Хорошая |
| Дальность связи | Выше в идеальных условиях | Стабильнее в реальных условиях |
| Простота конструкции | Очень простая | Более сложная |
| Стоимость | Низкая | Выше |
Как видим, для динамичных полетов квадрокоптеров круговая поляризация имеет явные преимущества, несмотря на более высокую стоимость.
Популярные типы антенн с круговой поляризацией для дронов
Для FPV-систем квадрокоптеров чаще всего используют два типа антенн с круговой поляризацией:
Трехлепестковый клевер (Cloverleaf)
Особенности трехлепестковой антенны:
- Компактный размер
- Хорошее соотношение размер/эффективность
- Подходит для установки на видеопередатчик дрона
- Диаграмма направленности близка к сферической
Четырехлепестковый клевер (Skew Planar)
Характеристики четырехлепестковой антенны:
- Более широкая диаграмма направленности
- Выше коэффициент усиления
- Лучше подходит для приемной стороны
- Больше размер и вес
Оптимальная конфигурация — трехлепестковая антенна на квадрокоптере и четырехлепестковая на приемнике. Это обеспечивает наилучшее качество видеосигнала.
В каких случаях линейная поляризация может быть предпочтительнее
Несмотря на преимущества круговой поляризации, в некоторых ситуациях линейная поляризация может быть лучшим выбором для квадрокоптера:
- Полеты на большие расстояния по прямой
- Когда критична минимизация веса и размера антенны
- При использовании направленных антенн для увеличения дальности
- В условиях сильных радиопомех определенной поляризации
В таких случаях простота и эффективность линейной поляризации могут перевесить недостатки. Однако для большинства любительских и коммерческих применений круговая поляризация остается оптимальным выбором.
Как правильно выбрать и настроить антенны для квадрокоптера
При выборе антенн для FPV-системы квадрокоптера стоит учитывать следующие факторы:
- Тип поляризации — для большинства случаев рекомендуется круговая
- Частотный диапазон — должен соответствовать видеопередатчику
- Коэффициент усиления — влияет на дальность связи
- Диаграмма направленности — зависит от предполагаемых маневров
- Размер и вес — особенно важно для небольших дронов
Для получения максимального качества видеосигнала важно правильно настроить антенны:
- Использовать одинаковый тип поляризации на передатчике и приемнике
- Правильно ориентировать антенны согласно их диаграмме направленности
- Минимизировать помехи от других электронных компонентов дрона
- Периодически проверять антенны на повреждения после жестких посадок
Соблюдение этих рекомендаций поможет добиться максимальной дальности и стабильности FPV-связи с квадрокоптером.
Линейная поляризация и круговая, какая антенна лучше для квадрокоптера — Все о квадрокоптерах
На чтение: 3 минОпубликовано: Обновлено:
Антенны для квадрокоптеров бывают 3 типов поляризации или простыми словами — 2 форм:
- Поляризация линейная;
- Поляризация эллиптическая;
- Поляризация круговая.
Содержание
- Что такое антенна?
- Типы поляризации
- Линейная поляризация
- Круговая поляризация
- Какой тип антенн использовать для квадрокоптера?
- Выводы
Что такое антенна?
Антенна — металлическое устройство, способное преобразовывать и отправлять энергию высокочастотного колебания от передатчика во внешнюю среду (радиоволны), а также принимать эти частоты и преобразовывать их в высокочастотные колебания.
Читайте также: FPV антенна, что это такое, как работают и какие бывают
В этой статье мы подробно опишем, как они устроены и как работают, а также сделаем выбор в пользу одной из поляризаций, с которой можно без проблем летать на квадрокоптере, не опасаясь, что пропадет сигнал.
Типы поляризации
Линейная поляризация
Линейная поляризация — сигнал колеблется только в одной плоскости и только в одном направлении: вертикально или горизонтально.
Как это выглядит? Схема ниже:
Линейная поляризация. Gif Википедия.
Могу с уверенностью сказать, что вы уже имели дело с антеннами, у которых линейная поляризация. Посмотрите на фото ниже:
Роутер с антеннами линейной поляризацииВидеопередатчик с линейной антенной
Если вы уже собирали квадрокоптер, то наверняка видели в комплекте с видеопередатчиками такие антенны.
По факту это просто кусок провода, и на хороший прием можно особо не рассчитывать. Таким образом, этот тип антенн хорош только при направленном действии, то есть передатчик и приемник должны быть в одном направлении, параллельны.
Круговая поляризация
Круговая поляризация — сигнал колеблется в одном из направлений, в вертикальном или горизонтальном, но при этом описывает окружность.
Вращение может быть и в левую сторону, и в правую.
Выглядит это вот так:
Круговая поляризация. Gif Википедия.Круговая поляризация. Фото Википедия.
А сами антенны — это хорошо знакомые вам «клеверы», или их еще называют «грибовидные» антенны, при условии, конечно, что вы уже собирали сами квадрокоптер или просто уже знаете о видах антенн для дрона:
Клевер, антеннаСтроение такой антенны:
Строение антенны «клевер»
Какой тип антенн использовать для квадрокоптера?
Почему не рекомендуется использовать на квадрокоптерах антенны с линейной поляризацией? Все дело в физике. Как уже говорилось выше, линейная поляризация работает в одной плоскости, и чтобы сигнал всегда был сильным, приемник (квадрокоптер) и передатчик (пульт) всегда должны быть параллельны. Но это невозможно из-за специфики полетов дрона. Например, сигнал будет очень плохим, если антенны приемника и передатчика будут под углом 90° друг к другу.
Другое дело с круговой поляризацией, у нее охват гораздо шире, уровень сигнала всегда будет на приемлемом уровне, поэтому все пилоты всегда меняют стандартные антенны на «клевер».
На большие дроны-долголеты, которым нужна частота 1.2Ггц, ставят большие клеверы:
Антенны типа «клевер» бывают с 3 лепестками и 4 лепестками:
Антенна клевер: 3 лепестка и 4 лепесткаАнтенна с 4 лепестками обычно используется в качестве принимающей, а 3-лепестковая является универсальной и используется в обоих случаях (прием и отправка).
Общий вид на 3 типа поляризации:
Выводы
Надеемся, мы смогли донести до вас эту информацию в простой форме. И запомните, для квадрокоптеров целесообразно использовать антенны с круговой поляризацией, типа «клевер». Если у вас остались вопросы, задавайте в комментариях.
Антенна с круговой или с линейной поляризацией, что лучше для FPV?
Антенны можно разделить на категории по виду поляризации: линейная или круговая. В этой статье мы подробно рассмотрим различия между этими видами поляризации.
Это перевод статьи Оскара, оригинал: Circular or Linear Polarized Antenna For FPV
Виды поляризации
Поляризация определяет вид волн в пространстве.
Этот термин очень часто употребляется при обсуждении FPV оборудования.
Линейная поляризация
В этом случае сигнал колеблется горизонтально или вертикально, но только в одной плоскости.
Большинство простых антенн дают линейную поляризацию сигнала: например, стоковые диполи (в комплекте с видео передатчиками и приемниками), или даже домашний Wifi.
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), но это мы обсудим чуть позже.
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.
Наши коптеры постоянно перемещаются в небе, поэтому невозможно держать антенны параллельно друг другу, следовательно, прием FPV сигнала будет не стабильным.
Круговая поляризация
При круговой поляризации сигнал распространяется в обоих плоскостях (в вертикальной и горизонтальной) со сдвигом фазы на 90 градусов, представить можно в виде штопора.
Посмотрим на наиболее часто используемые антенны для FPV.
Четырехлепестковый клевер (Skew-Planar Wheel antenna) — антенна круговой поляризации, имеет отличную устойчивость к отраженным сигналам. Обычно она используется там, где аэродинамическое сопротивление не критично. Как правило это антенна на приемнике, хотя и на передатчик ее тоже можно поставить.
Трехлепестковый клевер (The Cloverleaf antenna) — обычно используется на передатчиках.
Можно комбинировать с четырехлепестковым клевером для увеличения радиуса приема и увеличения качества сигнала.
Достоинства и недостатки круговой поляризации
Сигнал с круговой поляризацией всегда попадает на антенну, т.е. вне зависимости от угла между антенной на квадрике 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).
Когда использовать круговую поляризацию?
- При полетах около крупных объектов типа деревьев, зданий, в парках и стадионах
- Акробатические полеты, когда положение коптера постоянное меняется
- Полеты на низкой высоте (вблизи других объектов)
Когда использовать линейную поляризацию?
- При полетах на большие расстояния в прямой видимости, без крупных препятствий
- Прямолинейные полеты, без флипов и ролов
- Когда вес, размер и прочность антенны стоят на первом месте
История изменений
- Октябрь 2013 — написана первая версия
- Май 2017 — статья обновлена
Если свет состоит из двух плоских волн одинаковой амплитуды, отличающихся по фазе на 90°, то говорят, что свет поляризован по кругу. Если две плоские волны разной амплитуды связаны по фазе на 90°, или если относительная фаза отлична от 90°, то свет называется эллиптически поляризованным.
Свет
показано правильно-
циркулярно
поляризованный.
Другими словами, это приуроченность вектора электрического поля или вектора магнитного поля к заданной плоскости вдоль направления распространения света. Можно сказать, что плоская волна линейно поляризована, когда нет разницы между x- и y-компонентами электрического поля света.
Обычно этот тип поляризации важен в спутниковой связи.
Линейная поляризация — это простой метод поляризации, тогда как круговая поляризация более сложна, чем линейная поляризация. Эллиптическая поляризация — очень сложный метод поляризации.
