Квадрокоптер: дотянуться до небес / Хабр

Запасные антенны

При повреждении антенн, я сначала пытаюсь ее отремонтировать, но если начинают появляться помехи или потери сигнала, я просто меняю старую на новую, чтобы избежать проблем.

Обратите внимание, что в последней серии приемников Frsky они начали использовать меньшую версию разъема IPEX под названием «IPEX 4-го поколения». Будьте предельно осторожны при покупке запасных антенн для ваших приемников Frsky и не ошибитесь.

Купить запасные антенны со старым 3мм разъемом: BANGGOOD

2 4 ггц длина волны

Во время полетов периодически случаются краши (аварии) и бывает так, что повреждаются хрупкие антенны приемника квадрокоптера 2,4ГГц, например, от удара о твердую поверхность или от попадания антенн по пропеллерам. Не спешите покупать новый приемник или новые антенны (хотя запасные все же нужно купить), такие антенны можно отремонтировать.

Строение антенны 2,4ггц

Обычная антенная для приемника квадрокоптера часто состоит из монопольной антенны в коаксильном кабеле.

Первым слоем у такой антенны идет пластиковая оплетка, затем экранированная металлическая оплетка в виде сетки, она предотвращает помехи (шум), ну и собственно, сам кабель антенны.

Убрав пластиковую и экранную оплетки, вы увидите активный элемент — антенну.

Как рассчитать длину антенны — 31,23 мм

Длина активного элемента антенны определяется длиной радиоволны. Резонансная частота составляет 1/4 длины волны сигнала, где индуктивность и емкостное сопротивление могут создавать друг другу помехи. В этом момент принимаемый сигнал этой частоты — самый сильный.

Если антенна будет слишком короткая, то у нее будет большое емкостное сопротивление, а у слишком длинной будет большая индуктивность. Дополнительное емкостное или индуктивное сопротивление приведет к ухудшению характеристик антенны.

Для 2,4 ГГц антенна 1/4 волны имеет длину около 31,23 мм.

Ремонт антенны 2,4ггц

Ремонт не сложный и я думаю, каждый с ним справится:

• Возьмите оставшийся конец антенны
• Отмерьте 31.23 мм от конца и аккуратно отрежьте и удалите защитный пластиковый слой и оплетку экранирования, оставив только сам кабель антенны
• Общая длина антенны не имеет значения, важны только 31,23 мм без оплетки и экранирования
• Возможно, вы не сможете отмерить и отрезать сотые доли провода, но чем точнее отмерите и отрежете оплетку, тем лучше будет сигнал.

Длина антенн у разных приемников

Длина волны 1/4 2,4 ГГц составляет 31,23 мм, но почему некоторые приемники имеют разную длину антенны? Мы измерили антенны на нескольких разных Frsky RX:

• R-XSR – 23.5мм
• X4R-SB – 33.25мм
• XSR – 26мм
• XM – 23мм

Как уже говорилось выше, слишком короткая или слишком длинная антенная меняет свое сопротивление и индуктивность, а это сдвигает резонансную частоту. Но по факту, можно настроить емкостное сопротивление и индуктивность, добавив к корню антенны индуктор или конденсатор и теоретически, так можно настроить антенну на любую нужную длину.

Возможно, поэтому некоторые приемники имеют более длинные или более короткие антенны, чем 31 мм.

Моя рекомендация, используйте такую же длину антенны, как у оригинальной, потому что приемники не всегда оптимизированы для длины радиоволны 1/4.

Длина экранирующей оплетки антенны

Еще одна теория гласит, что длина экранирующей оплетки тоже имеет большое значение и может влиять на работу антенны. Я не знаком с концепцией, но мне говорят, что, если оставить экранированную часть антенны на длине волны в несколько четвертей, можно улучшить характеристики антенны.

При ремонте антенны, обычно необходимо укоротить экранирующую оплетку на нечетную длину, что может испортить настройку антенны на 1/4 волны и вызвать различные помехи. Интересное наблюдение — приемник XSR имеет экранированный провод с длиной волны 3/4, но такого нет у других приемников Frsky.

При попытке оправдать теорию с длиной экранирующей оплетки, ничего не подтвердилось. По-моему опыту, никаких заметных изменений не произошло при попытке изменения длины этой оплетки. На одном моем квадрокоптере я оставил оплетку (экранирующую) всего в 2 см от конца антенны, но он также хорошо работал, как и до этого (в пределах 800м). Возможно, надо было слетать дальше, чтобы почувствовать разницу.

Если вы хотите летать безопасно, то лучше следить за длиной оригинальной антенны и после замены укоротить ее до такого же уровня, как у оригинала.

Запасные антенны

При повреждении антенн, я сначала пытаюсь ее отремонтировать, но если начинают появляться помехи или потери сигнала, я просто меняю старую на новую, чтобы избежать проблем.

Обратите внимание, что в последней серии приемников Frsky они начали использовать меньшую версию разъема IPEX под названием «IPEX 4-го поколения». Будьте предельно осторожны при покупке запасных антенн для ваших приемников Frsky и не ошибитесь.

Купить запасные антенны со старым 3мм разъемом: BANGGOOD

на картинке: графическое отображение WiFi волн в городе.

WiFi — беспроводной способ связи, основанный на всем нам знакомом электромагнитном излучении. Сигнал WiFi относят к радиоволнам, соответственно , он имеет такие же свойства, характеристики и поведение. Радиоволны, в свою очередь, подчиняются практически тем же физическим законам, что и свет: распространяются в пространстве с такой же скоростью (почти 300 000 километров в секунду), подвержены дифракции, поглощению, затуханию, рассеиванию и т. д.

Основные характеристики радиоволны, а значит и сигнала WiFi — это ее длина и частота (частотный диапазон). Последний параметр означает частоту переменного тока, необходимую для получения волны нужной длины и используется для классификации радиоволн. Другое определение частоты — это количество волн, проходящих через определенную точку пространства в секунду.

Существует распределение радиоволн по диапазонам, в зависимости от частоты, утвержденная Международным союзом электросвязи (МСЭ, английская аббревиатура — ITU).

Сфера применения радиоволн зависит от частотного диапазона. Это может быть телевидение, радиосвязь, мобильная связь, радиорелейная связь и т. д. Вообще, радиочастотный эфир занят довольно плотно: использование всех диапазонов буквально расписано:

В том числе это и беспроводная связь WiFi. Для нее используются дециметровые и сантиметровые волны ультравысокой и сверхвысокой частоты (УВЧ и СВЧ) в частотных диапазонах 2,4 ГГц, 5 ГГц и и других редкоиспользуемых: 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц .

Главное преимущество WiFi-связи отражено во втором ее названии — беспроводная связь . Именно отсутствие проводов вкупе со все возрастающей скоростью передачи данных является ключевым моментом при выборе этого способа соединения.

Если речь идет о домашних пользователях — беспроводная связь удобна, она позволяет не привязываться к определенному месту в квартире для входа в интернет.

Если мы говорим о корпоративной связи, о провайдерских услугах, то иногда прокладка кабеля для передачи данных — это дорого, нецелесообразно или вообще невозможно. Например, нужно раздать интернет в частном секторе, прокинуть магистральный канал через ущелье, в удаленный населенный пункт и т. д. В этом случае на выручку приходит WiFi. Проблемная территория преодолевается с помощью беспроводного канала.

Связь частоты сигнала wifi и длины волны

Характеристики длины волны сравнительно редко используются в параметрах оборудования WiFi. Однако иногда, для понимания физических свойств и поведения сигнала беспроводной связи в различных условиях неплохо разбираться в связи частоты и длины радиоволн.

Общее правило:Чем выше частота, тем короче длина волны. И наоборот.

Формула для расчета длины волны:

Длина волны WiFi сигнала (в метрах) = Скорость света (в м/сек) / Частота сигнала (в герцах).

Скорость света в м/сек = 300 000 000.

После упрощения формулы получаем: Длина волны в метрах = 300/ Частота в МГц.

Свойства wifi сигнала

Поглощение.

Главное условие для создания беспроводного линка на расстояние большее, чем сотня метров — прямая видимость между точками установки оборудования. Проще говоря, если мы стоим рядом с одной точкой доступа WiFi, то наш взгляд, направленный в сторону второй точки, не должен упираться в стену, лес, многоэтажный дом, холм и т. д. (Это еще не все, нужно также учитывать помехи в Зоне Френеля, но об этом в другой статье.)

Такие объекты просто-напросто отражают и поглощают сигнал WiFi , если не весь, то львиную его часть.

То же самое происходит и в помещении, где сигнал от WiFi роутера или точки доступа проходит через стены в другие комнаты/на другие этажи. Каждая стена или перекрытие «отбирает» у сигнала некоторое количество эффективности.

На небольшом расстоянии, например, от комнатного роутера до ноута, у радиосигнала еще есть шансы, преодолев стену, все-таки добраться до цели. А вот на длинной дистанции в несколько километров любое такое ослабление существенно сказывается на качестве и дальности WiFi связи.

Процент ухудшения сигнала вай-фай при прохождении через препятствия зависит от нескольких факторов:

• Длины волны . В теории, чем больше длина волны (и ниже частота вай-фай), тем больше проникающая способность сигнала. Соответственно, WiFi в диапазоне 2,4 ГГц имеет большую проникающую способность, чем в диапазоне 5 ГГц. В реальных условиях выполнение этого правила очень тесно зависит от того, через препятствие какой структуры и состава проходит сигнал.
• Материала препятствия , точнее, его диэлектрических свойств.

Дополнительные потери при прохождении (dB)

Процент эффективного расстояния*, %

Нетонированное окно (отсутствует металлизированное покрытие)

Окно с металлизированным покрытием (тонировкой)

Стена 15,2 см (межкомнатная)

Стена 30,5 см (несущая)

Бетонный пол или потолок

Цельное железобетонное перекрытие

* Процент эффективного расстояния— эта величина означает, какой процент от первоначально рассчитанной дальности (на открытой местности) сможет пройти сигнал после преодоления препятствия.

Например, если на открытой местности дальность сигнала Wi-Fi — до 200 метров, то после прохождения через нетонированное окно она уменьшится до 140 метров (200 * 70% = 140). Если следующим препятствием для этого же сигнала станет бетонная стена, то после нее дальность составит уже максимум 21 метр (140*15%).

Отметим, что вода и металл — самые эффективные поглотители WiFi, т. к. являются электрическими проводниками и «забирают» на себя большое количество энергии сигнала. Например, если дома на пути вай-фай от роутера до вашего ноута стоит аквариум, то практически наверняка соединения не будет.

Именно поэтому во время дождя и других «влажных» атмосферных осадков наблюдается небольшое снижение качества беспроводного соединения, поскольку капли воды в атмосфере поглощают сигнал.

Частично этот фактор влияет и на затухание WiFi передачи в листве деревьев, т. к. они содержат большой процент воды.

• Угла падения луча на препятствие. Помимо материала преграды, через которую проходит сигнал вай-фай, важен также угол падения луча. Так, если сигнал проходит через препятствие под прямым углом, это обеспечит меньшие потери, чем если бы он падал на него под углом 45 градусов. Еще хуже, если сигнал проходит через преграду под очень острым углом. В этом случае, грубо говоря, можно смело умножать толщину стены на 10 и рассчитывать потери WiFi передачи согласно этой величине.

Огибание препятствий.

По-научному это поведение луча WiFi называется дифракцией, хотя на самом деле понятие дифракции гораздо сложнее, чем простое «огибание препятствий».

В общем можно вывести правило —чем короче длина волны (выше частота), тем хуже она огибает препятствия .

Основывается это правило на известном физическом свойстве волны: если размер препятствия меньше, чем длина волны, то она его огибает. В целом отсюда логично проистекает, что чем короче длина волны, тем меньшее остается вариантов препятствий, которые она может в принципе обойти, и поэтому принимается, что ее огибающая способность хуже.

Возьмем популярные частоты 2,4 ГГц (длина волны 12,5 см) и 5 ГГц (длина волны 6 см). Мы видим подтверждение правила на примере прохождения лесного массива. Стандартные размеры листьев, стволов, веток деревьев, в среднем будут меньше, чем 12,5 см, но больше, чем 6 см. Поэтому сигнал WiFi 5 ГГц диапазона при прохождении через густую листву “потеряется” практически полностью, в то время как 2,4 ГГц справится лучше.

Поэтому WiFi оборудование, работающее в диапазоне 900 МГц, используется в условиях отсутствия прямой видимости сигнала — его длина волны составляет 33,3 см, что позволяет огибать большее количество преград. Однако надо учитывать размеры предполагаемых препятствий и понимать, что сигнал 900 МГц не сможет “обойти” бетонную стену, расположенную перепендикулярно направлению сигнала. Здесь уже сыграют роль проникающие способности волны, которые, как мы уже говорили у сигналов с низкой частотой довольно неплохие.

Также именно поэтому для нормальной работы беспроводного оборудования, использующего частоту 24ГГц (длина волны 1,25 см) необходима абсолютно чистая видимость, потому что все препятствия больше сантиметра будут отражать и поглощать сигнал.

Как мы уже упоминали, в отношении прохождении сигнала через лесной массив играет роль также содержание воды в листьях, а также длина волны.

Естественное затухание.

Как далеко мог бы передаваться сигнал WiFi, если создать ему идеальные условия прямой видимости? В любом случае не бесконечно, потому что чем больше дальность беспроводного “пролета”, тем больше сигнал затухает сам по себе. Происходит это по 2 причинам:

Земная поверхность поглощает часть энергии сигнала. Чем выше частота WiFi, тем интенсивнее идет поглощение.

Сигнал WiFi даже из самой узконаправленной антенны распространяется не прямой линией, а лучом. Соответственно, чем дальше расстояние, тем шире становится луч, тем меньшая мощность сигнала приходится на единицу площади, и тем меньше энергии сигнала попадает в принимающую антенну.

Отражения сигнала.

Сигнал WiFi, как любая радиоволна, как свет, отражается от поверхностей и ведет себя при этом аналогично. Но тут есть нюансы — какие-то поверхности будут поглощать сигнал (полностью или частично), а какие-то — отражать (полностью или частично). Это зависит от материала поверхности, его структуры, наличия неровностей на поверхности и частоты WiFi.

Неконтролируемые отражения сигнала ухудшают его качество. Частично — из-за потери общей энергии сигнала (до принимающей антенны, упрощенно говоря, “долетает не всё” или долетает после переотражений, с задержками). Частично — из-за интерференции с негативным влиянием, когда волны накладываются в противофазе и ослабляют друг друга.

Интерференция может иметь и положительное влияние, если волны WiFi накладываются друг на друга в одинаковых фазах. Это часто используется для усиления мощности сигнала.

Плотность данных.

Частота WiFi влияет также на еще один важный параметр — объем передаваемых данных. Здесь существует прямая связь — чем выше частота, тем больше данных в единицу времени можно передать. Возможно, именно поэтому первая высокопроизводительная РРЛ от Ubiquiti — AirFiber 24, а также ее более мощная модификация — Airfiber 24HD были выпущены на частоте 24 ГГц.

Почему сложно дать однозначный ответ: на какое расстояние будет передавать сигнал WiFi оборудование?

Физические свойства и поведение радиоволны в окружающем мире довольно сложны. Нельзя взять какой-то один параметр и по нему рассчитать дальность беспроводного сигнала. В каждом конкретном случае на дальность будут оказывать влияние различные факторы окружающей среды:

• Поглощение сигнала препятствиями, земной корой, поверхностью водоемов.
• Дифракция и рассеивание сигнала из-за преград на пути.
• Отражения сигнала от препятствий, земли, воды и возникающие в результате этого интерференции волны.
• На больших расстояниях — радиогоризонт, т. е. искривление земной коры.

• Зона Френеля и, соответственно — высота расположения оборудования над поверхностью земли.

Диапазоны и частоты wifi

Как мы уже сказали, для WiFi связи выделено несколько разных частотных диапазонов: 900 МГц, 2,4 ГГц, 3,65 ГГц, 5 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц.

В Украине на данный момент чаще всего применяются точки доступа WiFi и антенны WiFi 2,4 ГГц и 5ГГц.

Основные отличия 2,4 ГГц и 5ГГц:

2,4 ГГц. Длина волны 12,5 см. Относится к дециметровым волнам ультравысокой частоты (УВЧ).

• В реальных условиях — меньшая дальность сигнала из-за более широкой зоны Френеля, что чаще всего не компенсируется тем, что сигнал на этой частоте меньше подвержен естественному затуханию.
• Лучшее преодоление небольших преград, например, густых лесных массивов, благодаря хорошей проникающей способности и огибанию препятствий.
• Меньше относительно неперекрывающихся каналов (всего 3), а значит, “ пробки на дорогах” — теснота в эфире, и как результат — плохая связь.
• Дополнительная зашумленность эфира другими устройствами, работающими на этой же частоте, в том числе мобильных телефонов, микроволновок и т. п.

5 ГГц . Длина волны 6 см. Относится к сантиметровым волнам сверхвысокой частоты (СВЧ).

• Большее количество относительно неперекрывающихся каналов (19).
• Б о льшая емкость данных.
• Большая дальность сигнала, в связи с тем, что Зона Френеля меньше.
• Такие препятствия, как листва деревьев, стены волны диапазона 5ГГц преодолевают гораздо хуже, чем 2,4.

Диапазоны 900 МГц, 3,6 ГГц, 10 ГГц, 24 ГГц для нас скорее экзотика, однако могут использоваться:

Для работы в условиях, когда стандартные диапазоны плотно заняты.

Если требуется создать беспроводное соединение между двумя точками при отсутствии прямой видимости (лес и другие препятствия). Это касается такой частоты, как 900 МГц (в нашей стране ее нужно использовать с осторожностью, так как на ней работают сотовые операторы).

Если для использования частоты не требуется получать лицензию в контролирующих органах. Такое преимущество часто встречается в презентациях зарубежных производителей, однако для Украины это не совсем актуально, так как условия лицензирования в нашей стране другие.

В IEEE ведутся разработки по принятию новых стандартов и, соответственно, использованию других частот для WiFi. Не исключено, к примеру, что в ближайшее время диапазон 60 ГГц также станет использоваться для беспроводной передачи. Точно также, как и возможна вероятность “отжатия” в будущем некоторых частот, сейчас принадлежащих WiFi, в пользу, например, сотовых операторов.

Во время полетов периодически случаются краши (аварии) и бывает так, что повреждаются хрупкие антенны приемника квадрокоптера 2,4ГГц, например, от удара о твердую поверхность или от попадания антенн по пропеллерам. Не спешите покупать новый приемник или новые антенны (хотя запасные все же нужно купить), такие антенны можно отремонтировать.

Строение антенны 2,4ггц

Обычная антенная для приемника квадрокоптера часто состоит из монопольной антенны в коаксильном кабеле.

Первым слоем у такой антенны идет пластиковая оплетка, затем экранированная металлическая оплетка в виде сетки, она предотвращает помехи (шум), ну и собственно, сам кабель антенны.

Убрав пластиковую и экранную оплетки, вы увидите активный элемент — антенну.

Как рассчитать длину антенны — 31,23 мм

Длина активного элемента антенны определяется длиной радиоволны. Резонансная частота составляет 1/4 длины волны сигнала, где индуктивность и емкостное сопротивление могут создавать друг другу помехи. В этом момент принимаемый сигнал этой частоты — самый сильный.

Если антенна будет слишком короткая, то у нее будет большое емкостное сопротивление, а у слишком длинной будет большая индуктивность. Дополнительное емкостное или индуктивное сопротивление приведет к ухудшению характеристик антенны.

Для 2,4 ГГц антенна 1/4 волны имеет длину около 31,23 мм.

Ремонт антенны 2,4ггц

Ремонт не сложный и я думаю, каждый с ним справится:

• Возьмите оставшийся конец антенны
• Отмерьте 31.23 мм от конца и аккуратно отрежьте и удалите защитный пластиковый слой и оплетку экранирования, оставив только сам кабель антенны
• Общая длина антенны не имеет значения, важны только 31,23 мм без оплетки и экранирования
• Возможно, вы не сможете отмерить и отрезать сотые доли провода, но чем точнее отмерите и отрежете оплетку, тем лучше будет сигнал.

Длина антенн у разных приемников

Длина волны 1/4 2,4 ГГц составляет 31,23 мм, но почему некоторые приемники имеют разную длину антенны? Мы измерили антенны на нескольких разных Frsky RX:

• R-XSR – 23.5мм
• X4R-SB – 33.25мм
• XSR – 26мм
• XM – 23мм

Как уже говорилось выше, слишком короткая или слишком длинная антенная меняет свое сопротивление и индуктивность, а это сдвигает резонансную частоту. Но по факту, можно настроить емкостное сопротивление и индуктивность, добавив к корню антенны индуктор или конденсатор и теоретически, так можно настроить антенну на любую нужную длину.

Возможно, поэтому некоторые приемники имеют более длинные или более короткие антенны, чем 31 мм.

Моя рекомендация, используйте такую же длину антенны, как у оригинальной, потому что приемники не всегда оптимизированы для длины радиоволны 1/4.

Длина экранирующей оплетки антенны

Еще одна теория гласит, что длина экранирующей оплетки тоже имеет большое значение и может влиять на работу антенны. Я не знаком с концепцией, но мне говорят, что, если оставить экранированную часть антенны на длине волны в несколько четвертей, можно улучшить характеристики антенны.

При ремонте антенны, обычно необходимо укоротить экранирующую оплетку на нечетную длину, что может испортить настройку антенны на 1/4 волны и вызвать различные помехи. Интересное наблюдение — приемник XSR имеет экранированный провод с длиной волны 3/4, но такого нет у других приемников Frsky.

При попытке оправдать теорию с длиной экранирующей оплетки, ничего не подтвердилось. По-моему опыту, никаких заметных изменений не произошло при попытке изменения длины этой оплетки. На одном моем квадрокоптере я оставил оплетку (экранирующую) всего в 2 см от конца антенны, но он также хорошо работал, как и до этого (в пределах 800м). Возможно, надо было слетать дальше, чтобы почувствовать разницу.

Если вы хотите летать безопасно, то лучше следить за длиной оригинальной антенны и после замены укоротить ее до такого же уровня, как у оригинала.

Запасные антенны

При повреждении антенн, я сначала пытаюсь ее отремонтировать, но если начинают появляться помехи или потери сигнала, я просто меняю старую на новую, чтобы избежать проблем.

Обратите внимание, что в последней серии приемников Frsky они начали использовать меньшую версию разъема IPEX под названием «IPEX 4-го поколения». Будьте предельно осторожны при покупке запасных антенн для ваших приемников Frsky и не ошибитесь.

Купить запасные антенны со старым 3мм разъемом: BANGGOOD

Рекомендуем к прочтению