Видеопередатчики для квадрокоптера

Что такое видеопередатчик?

В англоязычной литературе видеопередатчик принято обозначать как VTX (video transmitter). Видеопередатчик — это важная часть FPV оборудования (англ). Это устройство, передающее сигнал с курсовой (FPV) камеры на видеоприемник, а сигнал с приемника можно отобразить как на мониторе, на и в FPV очках/шлемах.

Видеопередатчики работают в разных частотных диапазонах: 1,2 ГГц, 2,4 ГГц и т.д. Но наиболее популярный диапазон для миникоптеров — это 5,8 ГГц потому что:

• антенну можно сделать очень маленькой
• диапазон 5,8 ГГц можно легально использовать во многих странах

Fpv видеопередатчик для квадрокоптера ts5823 5.8g 200 мвт 32ch

Миниатюрные габариты позволяют установить видеопередатчик практически на любой квадрокоптер, питание 7-25 вольт, 32 канала.

Схема переключения каналов FPV видеопередатчика TS5823.

Такой у меня тоже имеется в наличии, Тестовая проверка показала, что на 500 метров он действует нормально, планируется к установке на летающую игрушку FY550, но, пока еще руки не дошли. Как организую – будет отдельная статья про оснащение летающих игрушек FPV аппаратурой.

Фактически выбор сводится к этим двум – проверенным временем устройствам для передачи видео с квадрокоптера. Конечно, при желании можно выбирать и другие – но, как там будет с работоспособностью – я не подскажу. Сам то я тоже выбирал ориентируясь на отзывы других пользователей.

Эти видеопередатики я подключал как к курсовым камерам, так и к SJ4000, Про то как подключить к последней смотрите статью .

Обзоры квадрокоптеров

Mavic теряет видеосвязь на дистанции 300–500 м – вопросы – однодневки

Ntsc/pal?

Не беспокойтесь о поддержке NTSC/PAL в видеопередатчике. Все современные модели поддерживают оба стандарта.

Pitmode

Pitmode — очень важная функция для гонок. В этом режиме при включении коптера или после падения, выходная мощность будет очень низкой (практически нулевой), это позволит вам разобраться с коптером не мешая другим пилотам.

Аналогия лампочки

Начнем с простой аналогии для понимания принципа работы радиосвязи. Представьте, что вы стоите посреди поля в полной темноте. У вас есть квадрокоптер, на который вы повесили лампочку. Вы ее включили, дрон взлетел и начинает летать вокруг вас. Теперь вашей целью будет поставить около себя камеру, которая всегда должна улавливать свет от лампочки квадрокоптера, при том, что он летает.

Как вы это сделаете? Сделаете лампу яркой, чтобы она лучше светила и камере было проще видеть свет? Будете использовать объектив на 360 градусов? Или может несколько объективов с поворотными механизмами? Смысл этой аналогии в том, что свет, который излучает лампа, является формой электромагнитного излучения, подобного радиоволнам. Так работают и антенны, они должны уловить радиоволны.

Мы применим эту аналогию к системе видеопередачи с квадрокоптера:

• Интенсивность источника света представляет собой выходную мощность VTX (измеряется в милливаттах или мВт/mW).
• Тип источника света (лампочка, фонарик, флуоресцентный свет и т. д.) — это тип антенны на видеопередатчике.
• Тип объектива на камере, — это тип антенны на вашем шлеме или очках.
• Чувствительность камеры (часто выраженная в мегапикселях) — это чувствительность вашего шлема или очков.

Целью антенны является преобразование осциллирующей электрической энергии в электромагнитное излучение и наоборот: преобразование электромагнитного излучения в колебания электрической энергии в цепи.

Электромагнитное излучение — это научный термин для «радиоволн», это физическое «вещество», которое несёт видео, звук и данные по радиоволнам.

В обычном квадрокоптере есть две радиосистемы: система радиоуправления для управления дроном и видеосистема для трансляции видео через FPV камеру.

Передающими элементами этих двух систем будет радиопередатчик, который вы держите в руках (пульт), и передатчик видео на борту дрона, который называется видеопередатчик или VTX. Принимают сигналы приемники.

Более простое объяснение — вы поворачиваете стик, сигнал с пульта отправляется на приемник, который есть в квадрокоптере, он обрабатывает сигнал. Камера на дроне отправляет свой сигнал на видеопередатчик, который находится на борту квадрокоптера, он отправляет этот сигнал в приемник ваших очков или шлема и вы видите видео.

Давайте поговорим конкретно о видеосистеме квадрокоптера. В этой системе передатчик видеосигнала принимает аналоговый видеосигнал от камеры в качестве входного сигнала и преобразует его в импульсы электрической энергии, которые колеблются 5 800 000 000 раз в секунду или 5,8 GHz.

Эта энергия направляется в антенну, которая преобразовывает ее в очень «яркие» радиоволны 5,8 GHz. При правильной настройке и позиционировании эти волны подхватываются второй антенной, установленной на ваших очках или шлеме FPV. В зависимости от того, насколько удален ваш квадрокоптер, эти волны будут значительно «тусклее» или «ярче». 

Антенна преобразует волны обратно в электрические колебания, а затем плата управления переходит к преобразованию этой энергии обратно в аналоговый видеосигнал —  противоположный процесс, который происходил в передатчике квадрокоптера — после этого вы видите видео на экране шлема.

Антенна видеопередатчика и карбоновая рама

Старайтесь избегать соединения земли с рамой через видеопередатчик. В случае если где-то провод коснется рамы (карбон проводит электричество!) можно получить КЗ и сжечь передатчик. Кроме того, такое соединение может усилить шумы и вызвать разные проблемы с передатчиком, включая его перегрев.

Антенные разъемы

Часто используемые антенные разъемы (подробнее про них тут):

Большинство антенн имеют разъем SMA или RP-SMA, разъем на видеопередатчике или пигтейле должен быть таким же.

Если вы не уверены в выборе и ещё не купили антенны, то выбирайте SMA, просто потому что это более популярный вариант.

Конечно, можно найти адаптер SMA -> RP-SMA. Но на нем будут потери сигнала.

К плате разъем может быть припаян по-разному: прямо или под углом 90°.

Еще разъем может быть на «пигтейле» — небольшой удлинитель. Выбирайте вариант, наиболее подходящий для вашей рамы.

IPEX (также известен как U.FL) часто используется в мелких видеопередатчиках. Он значительно меньше и легче, чем SMA, но очень хрупкий, и его можно отсоединять всего несколько раз. Можно найти пигтейл как переходник с U.FL на SMA или просто купить антенну с разъемом U.FL.

В последнее время набирают популярность разъемы MMCX. Это отличный компромисс между U.FL и SMA.

Встроенный микрофон

У некоторых видеопередатчиков имеется встроенный микрофон. Есть пилоты, которые предпочитают слышать звук моторов. Если вы тоже хотите слышать моторы, а у камеры нет встроенного микрофона, тогда эта фишка будет вам полезна.

Выходная мощность и радиус уверенного приема

Мощность видеопередатчика определяет мощность, излучаемую антенной. В общем и целом, чем больше мощность, тем больше радиус уверенного приема.

Видеопередатчики для миникоптеров бывают разной мощности, обычно: 25 мВт, 200 мВт и 600 мВт. Некоторые, продвинутые модели могут её менять.

Помимо выходной мощности значительную роль играют антенны, как на приемнике, так и на передатчике.

Где купить видеопередатчик для fpv полетов на квадрокоптере

Самое оптимальное – заказать с Китайского интернет магазина. Это гораздо дешевле, чем покупать в России, раза в два, а то и больше. Я умею ценить свои деньги, так что там и заказываю.

Лучше всего брать комплект передатчик и приемник:

У меня комплект FPV передатчик TS351 и приемник RC805, его и рекомендую.

Такой комплект проверен временем, он не только у меня работает. 

Схема подключения и настройки видеопередатчика TS351 приведена ниже.

Питание 7-15 вольт, то есть, от 2-3S аккумулятора. Я подключаю к ходовому аккумулятору квадрокоптера, очень удобно.

У приемника 2 видеовыхода, ко второму можно подключать “писалку” и записывать свой полет именно так, как он выглядит на экране.

 Если планируется установка на небольшой квадрокоптер, то можно купить отдельно видеоприемник и мелкий видеопередатчик.

Дипольные антенны и crossfire

Такие антенны нужно устанавливать так, чтобы было как можно меньше экранирования от карбоновой рамы. У антенн Crossfire на концах есть наконечники, для гонок на близком расстоянии ничего учитывать не нужно, а вот для фристайла и при полетах на дальние расстояния, нужно следить за тем, чтобы наконечники «не смотрели» на пульт управления. Ниже на фото показано расположение такой антенны.

Защищаем видеопередатчик

Я летаю довольно агрессивно и часто падаю, обычно передатчик переживает аварии. Части коптера торчащие за пределы рамы: антенны или коаксиальный кабель — обычно отваливаются или обдираются. Поэтому многие используют удлинители антенного кабеля и крепят его одним концом к раме, таким образом разъем на передатчике оказывается защищен от повреждений.

Избегаем скачков напряжения от регуляторов

Когда моторы меняют скорость вращения, они вызывают скачки напряжения. Современные регуляторы имеют мощное «активное торможение» (active braking, damped light), это может вызвать серьезные скачки напряжения. Эти скачки могут даже сжечь видеопередатчик и другое FPV оборудование.

Кое-кто пытается решить эти проблемы установкой ESR конденсаторов рядом с регуляторами и PDB. Более эффективный способ борьбы с шумами — LC фильтр и стабилизатор напряжения специально для передатчика и другого FPV оборудования.

История изменений

• Апрель 2023 — написана первая версия статьи
• Апрель 2023 — добавлены разделы про цифровые системы, smart audio и количество доступных каналов и сеток
• Март 2023 — обновление статьи, добавлена информация об антенных разъемах и способах управления видеопередатчиками

Как подключить видеопередатчик к курсовой камере

Вот отдельная руководство по подключения всего FPV оборудования (англ).

Как работает fpv антенна?

Так как эта тема для новичков, мы не будем углубляться в механику работы радиоволн, да и это не обязательно знать, чтобы использовать радиоуправление на дроне.
Принцип работы основан на теории резонанса, волны протекают по антенне со скоростью света. Предположим, что мы подаем на антенну импульс 5В, вначале импульса будет 5В, в середине -5В, в конце снова 5В, наглядно можете посмотреть на этой гифке:

Как расположить антенну на fpv очках и шлеме?

Расположение и тип антенн на шлемах и очках тоже имеет значения для качества сигнала. Если у ваших очков или шлема один приемник без разнесения, то нужно использовать антенну с круговой поляризацией. Если внутри шлема/очков два приемника или есть разнесение, то нужно использовать на одном разъеме круговую, антенну, а на другом — патч антенну.

Лучшим решением будет использование наземной станции для антенн, так ничего не будет зависеть от движений вашей головы.

Как установить антенну на квадрокоптер

Теперь вам нужно узнать, как правильно установить FPV антенну на квадрокоптер, потому что от это зависит качество сигнала.

Карбоновое волокно рамы блокирует радиоволны, в этом случае, антенны нужно ставить так, чтобы они как можно меньше экранировались рамой.

Какие бывают антенны

Круговая поляризация / «Гриб» / «Грибовидная антенна»

У антенн с круговой поляризацией, диаграмма направленности напоминает бублик. На стержне антенны закрепляется такая конструкция, как на фото ниже. Благодаря своей универсальной поляризации, эти антенны отлично принимают и передают радиоволны почти в любом положении.

Монополь или линейная

У монопольных антенн, диаграмма направленности тоже напоминает бублик, но более сжатый и с большим отверстием в центре. Основное отличие от антенны с круговой поляризацией заключается в том, что сигнал монопольной антенны работает лучше всего, когда антенны параллельны.

Диполь

Дипольная антенна тоже формирует диаграмму-бублик, но немного другой. Разница между дипольной и монопольной антенной заключается в том, что монопольный бублик намного более круглый с меньшим отверстием в середине. Это, дает дипольной антенне лучшие характеристики, чем монопольной, при более широком диапазоне углов.

Патч / Плата / Заплатка

Патч-антенны имеют трехмерную диаграмму направленности излучения в форме капли в одном направлении. Это означает, что у них высокий коэффициент усиления в одном направлении (направление, в котором находится патч), но очень низкий коэффициент усиления в других направлениях. Они идеально подходят для установки на приемник.

Спиральная антенна

Спиральные антенны — отличный способ получить высокую направленность из круговой поляризации антенны. Чем больше витков спирали, те мбольше мощность и направленность. Спиральные антенны с 1 или 2 оборотами имеют характеристики, очень похожие на патч-антенну. Однако добавление 6 и больше оборотов может значительно улучшить диапазон антенны.

Каналы

5,8 ГГц = 5800 МГц. На самом же деле это целый диапазон частот, от 5325 МГц до 5945 МГц.

Диапазон 5,8 ГГц выбирают по многим причинам: он легален во многих странах, а антенны на такую частоту очень маленькие.

Каналы — это предопределенный набор частот, на которых вы будете передавать/принимать сигнал. В диапазоне 5,8 ГГц есть больше 10 сеток и 80 каналов (по данным на апрель 2023 года).  Желательно, чтобы приемник видеосигнала был совместим со всеми каналами.

Если вы летаете в одиночку, то вам не потребуется такое количество каналов, всегда используйте только один 🙂 Но как только начнете летать в компании с другими людьми, то поймете, что важно иметь большой выбор.

Качество антенн

Качество антенн достаточно сильно влияет на производительность сигнала, его качество. Наверняка в интернет-магазинах вы видели антенны за 30-40 долларов и рядом за 10 или меньше. Дешевые варианты обычно плохо откалиброваны и у них наименьшая чувствительность. У дорогих антенн наоборот, максимальная чувствительность и хорошая калибровка в завода.

Ниже видео тестирования антенн с результатами. Видео на английском, но можно включить субтитры с переводом на русский.

Качество картинки и видеопередатчики

Когда дело доходит до качества картинки (цвет, контраст, широкий динамический диапазон, резкость и т.д.) то от видеопередатчика мало что зависит, основную роль в этом играет FPV камера. Так что дополнительные затраты на дорогой, высококачественный видеопередатчик не смогут кардинально улучшить картинку.

Качество сигнала и видеопередатчики

Есть три главных фактора, оказывающих основное влияние на качество сигнала:

В видеопередатчиках используется довольно дешевая электроника, и она не идеальна. Соответственно вместо передачи на частоте, например, 5800 МГц, он будет работать на частоте 5802 МГц. При этом на некоторых каналах частота будет соответствовать заявленной, а на других будет отличаться на пару мегагерц.

Следствие этого всего — есть смысл смотреть на более дорогие и более качественные передатчики. То же самое касается и приемников, они должны работать строго на определенных частотах. А антенны должны быть настроены на определенный частотный диапазон.

Использование диверсити приемника (две антенны) — снизит шанс потери сигнала, а если одна из антенн будет с большим коэффициентом усиления, то это даст вам большой радиус уверенного приема.

На сколько просто менять каналы?

Обычно можно поменять канал одним из двух способов:

Конечно, выбрать нужный канал кнопкой очень просто. Даже если вы летаете в одиночку, а не группой, то есть смысл менять частоты, чтобы найти ту, на которой помех будет меньше.

Недостаток выбора канала кнопкой в том, что вам придется перебирать все каналы по порядку, так что вы можете попасть на канал, на котором уже кто-то летает, и из-за этого он может разбиться.

У некоторых видеопередатчиков есть возможность подключения внешнего пульта управления, например, ImmersionRC Tramp HV.

В новых видеопередатчиках появилась функция удаленного управления (VTX Control), благодаря этому настройки меняются через Betaflight OSD или LUA скрипты для аппаратуры управления.

Напряжение питания и выходное напряжение

Некоторые видеопередатчики можно питать напрямую от LiPo аккумулятора, т.е. вам не нужно беспокоиться о стабилизаторе. При этом нужно убедиться, что на линии питания стоят фильтры, иначе на видео будет полосы. Именно поэтому лучше всего питать видеопередатчик через BEC на 12 вольт и при этом использовать LC-фильтр или конденсатор с низким сопротивлением.

Есть видеопередатчики, у которых имеется выход 5 вольт, от него можно питать другие устройства, например, камеру, OSD или даже полетный контроллер. В этом случае схема соединения проводов несколько упрощается, но убедитесь, что вы не подключили слишком мощные потребители. Перегреть видеопередатчик довольно просто, а большое потребление тока может усилить перегрев.

Никогда не включайте видеопередатчик без антенны!

Если вы включите передатчик без антенны, то энергии будет некуда выходить, и она перегреет передатчик. Очевидно, что если он перегреется, то сгорит! Это может занять несколько секунд или минуту, или 10 минут, кто знает сколько? Просто не делайте так! 🙂

Иногда забываешь подключить антенну во время тестирования, потому что на небольшом расстоянии передатчик и приемник работают даже без антенн. Это происходит, потому что SMA разъем выступает в качестве антеннки.

Любой проводник может работать как антенна и излучать радиоволны.

Но такая «антенна» не настроена на нужную частоту, и энергия все равно будет возвращаться в передатчик. Можно поставить фиговую антенны и в этом случае передатчик будет греться сильнее обычного, а радиус уверенного приема сократится. Т.е. эта конфигурация заработает, но заработает плохо.

Плюсы и минусы мощных передатчиков

Как и все новички я думал: «нужно купить самый мощный передатчик, потому что он даст мне максимальный радиус», но это не единственный критерий.

Мощные передатчики, например, на 600 мВт — хороший выбор, если вы летаете на улице среди препятствий в виде деревьев и летаете в одиночку. Вы скорее всего получите более уверенный прием и больший радиус, чем при использовании маломощного передатчика.

Учтите, что линейное увеличение мощности не дает линейный рост радиуса приема, т.е. для удвоения радиуса приема, нужно увеличить мощность сигнала в 4 раза.

Но, чем больше выходная мощность, тем больше энергии теряется и рассеивается в виде тепла. Поэтому мощные видеопередатчики имеют массивные радиаторы.

Не очень хорошо использовать мощные передатчики и при полетах внутри помещений. Можно получить обратный эффект, потому что сигнал будет отражаться от пола, стен и потолка, что вызовет интерференцию. В подобных условиях гораздо лучше ведут себя маломощные передатчики (25мВт).

Более того, 600 мВт передатчик может забивать сигнал других пилотов, т.е. летать группой будет довольно сложно. Поэтому во многих гонках разрешены передатчики мощностью не выше 25 мВт.

Кроме всего прочего, в некоторых странах есть ограничения максимальную выходную мощность. Без лицензии, на сколько я знаю, в большинстве стран можно использовать только 25 мВт. Поэтому перед полетом почитайте законы.

Плюсы мощных видеопередатчиков:

• большой радиус приема сигнала
• уверенный прием при одиночных полетах

Недостатки мощных передатчиков:

Поддержка smartaudio/telemetry

Это относительно новая технология, она позволяет менять настройки: выбирать частоты, каналы через Betaflight OSD или прямо в меню аппаратуры управления (например Taranis).

Вот руководство по настройке управления видеопередатчиками.

Для этого в видеопередатчики поддерживают один из протоколов:

SmartAudio разработан в TBS, при этом данные передаются через аудиоканал. «Telemetry» — разработана компанией ImmersionRC для видеопередатчика Tramp VTX и, по сути, это двунаправленный последовательный порт.

Все три основные прошивки поддерживают этот функционал.

Подключение

Обычно есть два варианта подключения: разъемы типа JST или пайка. Чаще всего используются разъемы, так проще, не нужная пайка, но некоторые пилоты предпочитают пайку, чтобы не беспокоиться о надежности разъемов.

Расположение и установка антенн видеопередатчика 5.8 ghz квадрокоптера

Правильно установленная антенна видеопередатчика обеспечит оптимальный сигнал. Антенна видеопередатчика должна быть установлена ​​перпендикулярно направлению камеры. Таким образом, он всегда будет направлен вверх, когда дрон летит вперед.

Это касается и самолетов с неподвижным крылом. Это идеальный угол для установки антенн как с линейной, так и с круговой поляризацией. В идеале следует использовать антенну CP, такую ​​как Lumeneir AXII. Если использовать более дорогие варианты антенн, то будет обеспечена максимальная производительность.

Что касается размещения антенны VTX на дроне, ее следует располагать как можно дальше от рамы. В идеале антенна должна находиться в таком положении, чтобы между ней и антеннами на вашем шлеме или очках можно было провести воображаемую линию, при этом рама дрона не будет блокировать ее. Лучшее решение для этого — установить антенну под углом в ​​задней части квадрокоптера.

Важно хорошо закрепить антенну, чтобы в случае краша (аварии) антенна не сломала разъем видеопередатчика, так как крепление там жесткое.

Если собираетесь участвовать в гонках, то лучше использовать короткую антенну, которую сложнее повредить. Так как вы не будете далеко летать, то особого снижения качества видео не будет. Другое дело фристайл или полеты на дальние расстояния, тут нужна антенна более длинная.

Расположение и установка антенн приемника 2.4 ghz квадрокоптера

У большинства приемников 2.4 GHz используются две линейные антенны. В идеале они должны устанавливаться под прямым углом 90° друг к другу.

Самый популярный способ крепления — это использовать пластиковые стяжки, как показано на фото ниже. Не менее популярным местом будет и расположение антенн со второго фото, когда антенны располагаются буквой V на хвосте дрона.

Для второго способа можно купить специальное крепление для антенн, либо распечатать модельку на 3D принтере. По нашим наблюдениям, со вторым способом помехи возникают реже.

Советы по выбору лучшего видеопередатчика для миникоптера

Смотрите наш список: топ 5 лучших видеопередатчиков для миникоптеров.

Я собрал все характеристики видеопередатчиков в одной таблице, так что вы можете сравнить их более детально.

Строение fpv антенны

Каждая FPV антенна, независимо от внешнего вида, имеет одинаковый набор компонентов:

Проводящий элемент

Формирует осциллирующий электрический сигнал и «передает» его в эфир в виде радиоволн. Каждая антенна имеет хотя бы один элемент. Некоторые могут иметь несколько элементов.

Земля/основание

Этот компонент делают металлическим, он соединен с квадрокоптером посредством коннектора, также, при правильном позиционировании, усиливает сигнал, который передается до/от квадрокоптера. Основание нужно располагать так, чтобы оно было параллельно земле.

Структура

В качестве материала пластик или акрил, не проводящий материал, служит для опоры проводящих элементов.

Коаксил

Коаксиальный кабель представляет собой специальный тип защитного провода, который может передавать электрические сигналы от одной точки к другой без излучения радиосигнала.

Коннектор

Коннектор это то, чем соединяется антенна к плате или передатчику на дроне. Служит проводящим элементом.

Характеристики, на которые стоит обратить внимание, при выборе видеопередатчика для миникоптеров

Аналоговый видеосигнал не так хорош по сравнению с HD. Даже в идеальных условиях картинка будет мутноватой, с шумом, а разрешение низким (по сравнению с видео, записанным GoPro). Причины использования именно аналогового сигнала: оборудование имеет очень низкую задержку сигнала, маленькие размеры, небольшую цену, и его легко купить.

С ростом популярности миникоптеров, размер и вес видеопередатчиков стал уменьшаться. Многие современные видеопередатчики имеют примерно один и тот же размер и вес, мы это обсудим чуть ниже.

При выборе стандарта NTSC/PAL тоже имеются кое-какие ограничения.

Заключение

Надеемся, вы пополнили багаж своих знаний и теперь будете знать какие антенны где применять, как их располагать и почему не стоит покупать самые дешевые антенны.