【博士开讲】—FPV基本装备普及知识（一）发射接收天线

bobojust

这个贴,我要顶:em14:

zhude111

每天顶一回

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1.6 天线的工作频率范围（频带宽度）
无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的频率范围（频带宽度）内工作的，天线的频带宽度有两种不同的定义：一种是指：在驻波比SWR ≤ 1.5 条件下，天线的工作频带宽度；另一种是指：天线增益下降3分贝范围内的频带宽度。
在移动通信系统中，通常是按前一种定义的，具体的说，天线的频带宽度就是天线的驻波比SWR 不超过 1.5 时，天线的工作频率范围。一般说来，在工作频带宽度内的各个频率点上, 天线性能是有差异的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。某些特殊的接收天线也可以用-3dB频带宽度来衡量指标。
通常2.4G视频微波用的频率段位于WiFi无线局域网的范围之内，即2400～2483MHz，一共83MHz带宽，因此，大多数的WiFi天线理论上都可以用于FPV的图像传输，只要满足机载重量、位置和极化方向要求都可以使用。

[ 本帖最后由 电动机 于 2009-2-15 00:33 编辑 ]

老三

加精贴  加精贴.........好....每天 看:em24: :em00:

闪猫

这种强贴是一定要顶的。

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1.7 FPV视频传输常用的天线
1.7.1 板状天线
无论是FPV还是常见的GSM 移动通信， 板状天线是用得最为普遍的一类极为重要的用于信号覆盖的天线。这种天线的优点是：增益高、扇形区方向图好、后瓣小、垂直面方向图俯角控制方便、密封性能好，可靠高以及使用寿命长。 板状天线在FPV中常常被用作为接收机的用户天线，根据作用扇形区的范围大小，应选择相应的天线型号。一般采用垂直极化类型，方向角水平从45°~110°，方向角水平从15°~35°增益从8dB~14dB。天线端接口通常采用N头（母口）或者SMA头（母口）。工作频率流行的为2.4G，也有用900M~1.2G的。
基站板状天线基本技术指标示例
型号 TDJ-2400BKC-Y
频率范围-MHz 2400～2483
带宽-MHz 83
增益-dBi 10
水平面波瓣宽度-° 110
垂直面波瓣宽度-° 30
前后比-dB ≥25
驻波比 ≤1.5
输入阻抗-Ω 50
极化方式 垂直
最大功率-W 100
接头型号 N座
机械参数
天线尺寸-mm 220×190×45
重量-kg 1.2

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前面已指出，四个半波振子排成一个垂直放置的直线阵的增益约为 8 dB；一侧加有一个反射板的四元式直线阵，即常规板状天线，其增益约为 14 ~ 17 dB 。 为提高板状天线的增益，还可以进一步采用八个半波振子排阵

一侧加有一个反射板的八元式直线阵，即加长型板状天线，其增益约为 16 ~ 19 dB . 不言而喻，加长型板状天线的长度，为常规板状天线的一倍。

振子叠加是可以增大增益，这是板状天线提高增益的常规办法。但是增加到一定程度后，增加振子数带来的增益会不明显了。

matthew

好贴要顶

zhude111

楼主您真是大好人呐..........饱学鸿儒之仕

hbeckham

有时间就顶顶！呵呵

hantnt

请lz辛苦一下做个pdf:em00:

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1.7.2  高增益栅状抛物面天线
    如果要做超远距离的FPV飞行，并且飞行方向在一个固定的方向上，高增益栅状抛物面天线是一种非常好的选择，这种天线除了尺寸较大一点的缺点外，具有较高的性价比。
    由于抛物面具有良好的聚焦作用，所以抛物面天线集射能力强，直径为 1.2*0.9 m 的栅状抛物面天线，在2.4G频段，其增益即可达 G = 24 dB  ,它特别适用于点对点的通信，例如它常常被选用为网络桥接的主天线。      抛物面采用栅状结构，一是为了减轻天线的重量，二是为了减少风的阻力。当然也分水平和垂直极化，一般在焦点处的馈源位置会标明极化方向。下图是垂直极化方向摆放。也可水平极化使用，天线转90°部署即可。
下面图示的18dB和24dB的栅格天线，老外烧友曾经用100mW的功率就轻松传输了20多公里。

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1.7.3八木定向天线
八木定向天线（又叫Yaki），具有增益较高、结构轻巧、架设方便、价格便宜等优点。因此，它特别适用于点对点的通信，12~15°左右的水平和垂直方向角，适合大多数定向飞行的FPV应用，配合一个轻型三脚架，是非常好的FPV装备，性能近似于前面推荐的平板天线。瘦小的身躯可以随意放在包里。
一般来讲，八木定向天线的单元数越多，其增益越高，通常采用 6 ~ 12 单元的八木定向天线，其增益可达 10~15 dB。当然，单元数达到某个数量之后增益的增加就变化不明显了。

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注：关于八木天线的由来：
上个世纪二十年代，日本东北大学的八木秀次和宇田太郞两人发明了这种天线，被称为“八木宇田天线”，简称“八木天线”。在这点上小日还是做了点贡献的，哈哈。:em15:
　　八木天线的确好用。它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。如果再配上仰角和方位旋转控制装置，更可以随心所欲与包括空间飞行器在内的各个方向上的电台联络，这种感受从直立天线上是得不到的。
　　典型的八木天线应该至少有三对以上的振子，整个结构呈“王”字形。与馈线相连的称有源振子，或主振子，居三对振子之中，“王”字的中间一横。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着削弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器可以有许多个，每根长度都要比其相邻的并靠近有源振子的那根略短一点。引向器越多，方向越尖锐、增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种“好处”增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。通常情况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器和一个有源振子）就够用了。
　　每个引向器和反射器都是用一根金属棒做成。无论有多少“单元”，所有的振子，都是按一定的间距平行固定在一根“大梁”上。大梁也用金属材料做成。这些振子的中点要与大梁绝缘吗？不要。原来，电波“行走”在这些约为半个波长长度的振子上时，振子的中点正好位于感应信号电压的零点，零点接“地”，一点也没问题。而且还有一个好处，在空间感应到的静电正好可以通过这些接触点、天线的金属立杆再导通到建筑物的避雷地网去。
　　八木天线的工作原理是这样的（以三单元天线接收为例）：引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于二分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈“容性”，电流超前电压90°；引向器感应的电磁波会向主振子辐射，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的“超前”，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。
　　有源振子是关键的一个单元。有两种常见形态：折合振子与直振子。直振子其实就是二分之一波长偶极振子，折合振子是其变形。有源振子与馈线相接的地方必需与主梁保持良好的绝缘，而折合振子中点仍与大梁相通。
　　仿制一副天线，但总还需要进行适当的调整。调什么？为什么要调？这就需要我们去了解所做天线的原理。
　　天线的一个重要特征，那就是“输入阻抗”。在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50Ω，如果天线输入阻抗也是50Ω，那就达到了“匹配”，电台输出的信号就能全部从天线上发射出去；如果不“匹配”，一部分功率就会反射回电台的功放电路。
　　二分之一波长偶极天线的输入阻抗约为67Ω，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍，约270Ω，通常称为300Ω。当加了引向器、反射器后，阻抗关系就变得复杂起来了。总的来说八木比仅有基本振子的阻抗要低很多，且八木各单元间距大则阻抗高，反之阻抗变低，同时天线效率降低。有资料介绍，引向器与主振子间距0.15波长时阻抗最低，0.2－0.25时阻抗高，效率提高。这时阻抗的变化范围约在5－20Ω间。
　　经典的折合振子八木天线的特性阻抗约为300Ω，（振子间距约四分之一波长）如常见的电视接收天线。折合振子折合的间距狭窄时、或二分之一波长的“长边”直径大于那两个约四分之一波长的“短边”的直径时，其输入阻抗较高。而我们的收发射机输出都是按50Ω设计的，配50Ω电缆作馈线。八木天线怎样才能与馈线达到阻抗匹配？显然不能不考虑这个问题。于是就有了各种各样的匹配方法。短波波段八木常用的“发夹式”匹配，是在馈电处并接一段U型导体，它起着一个电感器的作用，和天线本身的电容形成并联谐振从而提高了天线阻抗；还有经典的“伽玛”匹配、著名的HB9CV天线等等。最简单的做法是把靠近天线馈电处的馈线绕成一个约六、七圈直径约15厘米的线圈挂在那里，我想这与发夹匹配的原理应该是一样的吧。还有一个问题要注意：八木天线是“平衡输出”，它的两个馈电点对“地”呈现相同的特性，但通常的收发信机天线端口却是“不平衡”的，芯线是热端，外导体接地。虽然我们也可以视而不见地将馈线芯线随意接在天线两个馈电点之一上，另一点接馈线的外导体层，但是，这将破坏天线原有的方向特性，而且在馈线上也会产生不必要的发射。一副好的八木，应该配有匹配的“平衡－不平衡”转换器。
　　有朋友问，架设八木时天线的振子是和大地平行好还是垂直与大地好？回答是，收、发信双方保持相同“姿势”为好（相同的极化方向）。振子水平时，发射的电波其电场与大地平行，称“水平极化波”，振子与地垂直时发射的电波属“垂直极化波”。收发双方应该保持相同的极化方式。在U/V波段，人们大量使用着直立天线，八木天线当然也就应少数服从多数，让振子垂直于大地。当然，有些情况下，如短波波段八木天线多为水平架设，而且，短波波长的庞然大物恐怕想垂直架也无法实现！
　　有朋友问，振子的直径对天线性能有什么影响？回答是直径影响振子长度，直径大则长度略短。直径大，天线Q值低些，工作频率带宽就大一些。
　　还有朋友问，折合振子是“平躺”在大梁上，其几个边都与其它振子在一个平面上好？还是折合振子的面垂直与大梁，只有其长边和其它振子保持在一个平面上好呢？经典的折合振子八木天线是前者。根据前面所说的工作原理，如果把折合振子平躺在引向器和反射器之间，折合振子就有两个边“插足”，其中的相位关系就更复杂了许多？
　　不过话又得说回来。业余无线电的许多成果，特别是各种各样的天线，是经过实际试验得来的，“成功”或“不成功”也常是以自己的满意程度、“与过去相比”来确定的。究竟怎样才是最好的？还是自己动手试一试吧。接上一个驻波表，试着调整一下各振子的长度、各单元之间的距离，还有怎么匹配等等，很可能还会有新的发现。
　　顺便提个醒：调试时八木天线时一定要把天线认认真真架起来，离开地面至少有个两、三米，周围还要开阔一些哦！

大漠残壁

这是我入这个论坛几年来看到最专业的帖子，楼主继续努力，谢谢！

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原帖由 hantnt 于 2009-2-19 21:47 发表
请lz辛苦一下做个pdf:em00:

本章结束时，考虑一起出一章pdf，以后逐步累积。

wxyzhx2000

继续顶！

hbeckham

ouzhenzhong

好帖,学习了,LZ辛苦了

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1.8电波的传播损耗
设发射功率为PT ( W ) ，发射天线增益为GT ( dB ) ，工作频率为f ( MHz ) . 接收功率为PR ( W ) ，接收天线增益为GR ( dB ) ，收、发天线间距离为R ( km ) ，经过简单推导，可写得电波在自由空间的传播损耗 L0 为：
L0 ( dB ) = 10 Lg（ PT / PR ） = 32.45 + 20 Lg f ( MHz ) + 20 Lg R ( km ) - GT (dB) - GR (dB)
[举例] 设：PT = 10 W = 40 dBmw ； GT = 10 dBi ； GR = 3 dBi ； f = 900MHz 问：R = 500 m 时， L0 ( dB ) = ？ , PR = ？
答： (1)传播损耗 L0 的计算 L0 = 32.45 + 20 Lg 900 + 20 Lg 0.5 - 10 - 3 = 32.45 + 59.1 - 6 - 10 - 3 = 72.5 ( dB )
（2）接收功率PR 的计算 PR = PT / ( 10 ^7.25 ) = 10 ( W ) / ( 10 ^7.25 ) = 1 ( μW ) / ( 10 ^0.725 ) = 1 ( μW ) / 5.31 = 0.188 ( μW )