【博士开讲】—FPV基本装备普及知识（一）发射接收天线

电动机

写作动机：“冲动惹的祸”，今年FPV开始有些火爆，因此想为中 国的FPV做的“有意义的事”（介意许三多的话）。其实玩FPV大部分需要突破的不是飞行技术，也不是飞行器本身，玩就是最关键的还是机载的电子设备。FPV跨过一条河就是无人机的领域了。为了中 国未来的无人机产业，培养这些FPV的种子是非常有意义的。最大的发明都是从玩开始的。当然玩物不能丧志。
为了普及FPV的一些设备的基本知识，减少DIY工程中的“弯路”。博士准备从最基本的天线、视频发射机、视频接收机、图像显示存储、遥控增程、摄像机组成、飞机平台选用等作为初级入门知识进行深入浅出的讲解，准备用2~3个月的时间来写完。作为进阶内容，再从双向遥控器的制作（自己任意定义协议的PCM遥控，可遥测机载参数等 ）、OSD显示叠加模块DIY、多摄像头视频切换、GPS传感器、电子罗盘、气压高度传感器等内容进行DIY为主的图文讲解，准备用3~5个月的时间完成。最后有精力的话想写一些高级一点的内容，如陀螺增稳云台DIY、飞行器陀螺增稳遥控、飞行器智能航向控制、GPS导航自动回家控制等初级无人机控制技术。当然都是可以DIY且成本低廉适合业余爱好者玩的东西。如果可能的话最后这是一部完整的FPV进阶手册。由于是我工作之余的休息时间来写作，所以会比较慢一些，估计要用一年左右来完成。中间如果因为出差耽误了码字，希望大家谅解。如果可能，最后我希望将其出版成册，到时候大家多多捧场，买我一本就心满意足了。大家的鼓励就是我的动力。
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FPV基本装备普及知识（一）发射接收天线
FPV基本装备普及知识（二）乌鸦载机的快速组装
FPV基本装备普及知识（三）机载快速同步聚焦3X光学变焦CCD摄像机的制作

俗话说“好马配好鞍”，一部好的视频微波发射机或接收机没有好的天线不行，否则，轻则接收效果差，重则烧毁发射机。
正确ren识天线对于玩FPV有很大的帮助。

1 天线
1.1     天线的作用与地位
    无线电发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由天线以电磁波形式辐射出去。电磁波到达接收地点后，由天线接下来（仅仅接收很小很小一部分功率），并通过馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信。
    天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。

[ 本帖最后由 电动机 于 2010-3-22 00:42 编辑 ]

电动机

认识一些天线：
    对于众多品种的天线，进行适当的分类是必要的：
    按用途分类可分为通信天线、电视天线、雷达天线等；
    按工作频段分类可分为短波天线、超短波天线、微波天线等；
    按方向性分类可分为全向天线、定向天线等；
    按外形分类可分为线状天线、直立天线、面状天线、微带天线（印刷天线）等。

[ 本帖最后由 电动机 于 2009-2-9 20:56 编辑 ]

电动机

关于电磁波的辐射
       无线电发射机输出的射频信号功率都是通过电磁辐射发射出去的，因此了解电磁场的一般工作规律对天线的架设和选取都是有益的。
       当导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。
如图1.1 a 所示：若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；如 图1.1 b 所示：将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。
    必须指出，当导线的长度 L 远小于波长 λ 时，辐射很微弱；导线的长度 L 增大到可与波长相比拟时，导线上的电流将大大增加，因而就能形成较强的辐射。所以天线最关键的因素是要与所发射的信号波长（频率）完全匹配，其次才考虑天线的增益。否则会造成天线不匹配带来的较大驻波比（专业名词，在后续部分详细介绍），发射功率大部分没有辐射出去，而是又被“憋回”发射机了，直接的后果就是烧发射机。有米的人不怕，小弟怕怕:em15:

[ 本帖最后由 电动机 于 2009-2-9 20:50 编辑 ]

zhusheng666

好贴 受用不尽

hantnt

好文章 学习了

cfandd

好贴子要顶！

haoshay

:em07: 加油

我想在最远5公里范围内飞,

平时多是1公里范围

选哪种接收天线合适?

失业中

good good study,day day up.

zhaogub

要MINI型高增益的，解决车上的发射问题

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1.2
对称振子
对称振子是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线，单个半波对称振子可简单地单独立地使用或用作为抛物面天线的馈源，也可采用多个半波对称振子组成天线阵。这样在相位相同的条件下，这些振子所做的贡献（增益）会在同一方向上叠加，从而实现高增益。当然如果随意将振子布置则可能适得其反。
两臂长度相等的振子叫做对称振子。每臂长度为四分之一波长、全长为二分之一波长的振子，称半波对称振子,如图1.2 a所示。
另外，还有一种异型半波对称振子，可看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形框，并把全波对称振子的两个端点相叠，这个窄长的矩形框称为折合振子，注意，折合振子的长度也是为二分之一波长，故称为“半波折合振子”，如图1.2 b所示。

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1.3有关天线方向性的讨论
1.3.1天线的方向性
发射天线的基本功能之一是把从馈线取得的能量向周围空间辐射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向辐射。
垂直放置的半波对称振子具有平放的“面包圈”形的立体方向图（图1.3.1 a）。立体方向图虽然立体感强，但绘制困难，图1.3.1 b 与图1.3.1 c 给出了它的两个主平面方向图，平面方向图描述天线在某指定平面上的方向性。从图1.3.1 b 可以看出，在振子的轴线方向上辐射为零，最大辐射方向在水平面上；而从图1.3.1 c 可以看出，在水平面上各个方向上的辐射一样大。学会识别辐射方向图对将来选择天线和评价产品特性有很大的帮助。

gdsgds

原来是电大虾的课堂，受益匪浅。顺祝节日快乐!

今天先简单预习一下，明天上班再学。

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1.3.2
天线方向性增强
若干个对称振子组阵，能够控制辐射，产生“扁平的面包圈” ，把信号进一步集中到在水平面方向上。
下图是4个半波对称振子沿垂线上下排列成一个垂直四元阵时的立体方向图和垂直面方向图。

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也可以利用反射板可把辐射能控制到单侧方向。例如，平面反射板放在阵列的一边构成扇形区覆盖天线。下面的水平面方向图说明了反射面的作用——反射面把功率反射到单侧方向，提高了增益。
类似抛物反射面的使用，更能使天线的辐射，像光学中的探照灯那样，把能量集中到一个小立体角内，从而获得很高的增益。不言而喻，抛物面天线的构成包括两个基本要素：抛物反射面和放置在抛物面“焦点”上的辐射源。这个辐射源可以是一个振子，甚至也可以是另外一种小型化了的天线。

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1.3.3
关于天线的增益
在论坛里讨论天线的增益是最多的了，证明大家对这个问题非常关注，也说明天线的增益是天线性能的一个重要参数，很多人甚至将增益的大小作为评价天线好坏的标志（其实不完全是这样，下一步还要继续讨论）。到底天线的增益是什么呢？
天线的增益是指：在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。它定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。通俗一点，可以这样来理解增益的物理含义——为在一定的距离上的某点处产生一定大小的信号，如果用理想的无方向性点源作为发射天线，需要100W的输入功率，而用增益为G =13dB某定向天线作为发射天线输出（dB分贝，对数表示放大倍数的一种方法），13dB约等于20倍，输入功率只需 100 / 20 = 5W。换言之，某天线的“增益”，是其最大辐射方向上的辐射效果，与无方向性的理想点源相比，等价的输入功率放大的倍数。        
通常，半波对称振子的增益为G = 2.15 dBi;4个半波对称振子 沿垂线上下排列，构成一个垂直四元阵，其增益约为G = 8.15 dBi ( dBi这个单位表示比较对象是各向均匀辐射的理想点源) 。如果以半波对称振子作比较对象，则增益的单位是dBd，半波对称振子的增益为G = 0 dBd （因为是自己跟自己比，比值为1，取对数值得零）；垂直四元阵，其增益约为G = 8.15–2.15 = 6 dBd

归巢雁

继续…

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1.3.4
波瓣宽度
对于FPV飞行来说，天线的另外一个无形的参数是至关重要的。那就是天线辐射方向图的波瓣宽度。
天线向各个方向辐射或接收电磁波相对强度的特性。对发射天线来说，天线向某一方向辐射电磁波的强度是由天线上各点电流元产生于该方向的电磁场强度相干合成的结果。如果把天线各个方向辐射电磁波的强度用从原点出发的矢量长短来表示，则将全部矢量终点连在一起所构成的封闭面称为天线的立体方向图，它表示天线向不同方向辐射的强弱。任何通过原点的平面与立体方向图相截的轮廓线称为天线在该平面内的平面方向图。工程上一般采用主平面上的方向图来表示天线的方向性，而主平面一般是指包含最大辐射方向和电场矢量或磁场矢量的平面。
用电场或磁场强度来表示辐射强度的方向图称为场强方向图；用功率密度的大小来表示的称为功率方向图。
方向图通常都有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。在功率方向图的主瓣中，功率降到主瓣最大值一半的两点所张的夹角称为主瓣的半功率点宽度(简称主瓣宽度)，用它可以表示天线集中辐射的程度。主瓣宽度越小，表示天线的辐射能量越集中在天线的最大辐射方向。如图1.3.4 a , 在主瓣最大辐射方向两侧，辐射强度降低 3 dB（功率密度降低一半）的两点间的夹角定义为波瓣宽度（又称【波束宽度】或【主瓣宽度】或【半功率角】）。波瓣宽度越窄，方向性越好，作用距离越远，抗干扰能力越强。
还有一种波瓣宽度，即10dB波瓣宽度，顾名思义它是方向图中辐射强度降低 10dB （功率密度降至十分之一） 的两个点间的夹角，见图1.3.4 b

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以上是对发射天线来说的，但根据互易定理，同一天线如作为接收天线，将具有相同的方向图和方向性系数。
由此可见，方向图的波瓣直接关系到信号的覆盖和接收。飞行器落在覆盖的区域之外接收到遥控信号或者接收到的视频微波信号肯定将很弱，甚至根本就没有信号。

电动机

好累了，今天元宵节，早点休息。留个位置下次继续

jason_cx

支持，加油！