Эффективные антенны для LRS 433 МГЦ
Необходимость в такой теме возникла не сейчас, а гораздо раньше в процессе разработки и конструирования антенн с круговой поляризацией диапазонов 1200 МГц и 5,8 ГГц.
Разработанные для диапазона 1200 МГц квадрифилярные антенны позволяли при мощности Tx 1 Вт иметь видеолинк до 30 км, что естественно предполагало использовать только LRS командную аппаратуру. Но как показала практика, изготовители этой аппаратуры в последнюю очередь заботились о её комплектовании нормальными антенными. Это приводило к пародоксальной ситуации - комплект теоретически способный обеспечить радиолинк до 100 км, едва обеспечивал устойчивое управление до 10 км.
Подобная проблема возникла и для мультикоптеров FPV и видеосъёмочных.
В условиях отсутствия прямой видимости аппаратура 2,4 ГГц не годится принципиально, а применение LRS со стоковыми антеннами не намного эффективней.
Поэтому я поставил себе задачу - сконструировать, изготовить и исследовать комплект компактных эффективных антенн, тем более, что в отличие от квадрифилярных антенн, изобретать ничего не пришлось.
Передающая антенна.
Это двухэлементная антенна с активным питанием вибратора и рефлектора уже десятилетия известная радиолюбителям как антенна FB9CV. Она замечательна тем, что при минимальных габаритах имеет КНД 6,6 dBi ( как у трёх - четырёхэлементной Яги ) и сильное подавление обратного излучения порядка 20 дБ. Это позволяет монтировать антенну непосредственно на Tx без влияния его и оператора на параметры антенны.
В сети можно найти много онлайн калькуляторов для расчёта её геометрии. Выбрана была антенна с Г - питанием. Центральная частота 433 МГц. Вибраторы и траверса тонкостенные жёсткие латунные трубки, питающий жёсткий кабель РК 50 3 -27С. который к тому же усиливает траверсу.
Приёмная антенна обыкновенный полуволновой вибратор с КНД 2,15 dBi с симметрирующими кольцами на кабеле из миллиметровой упругой
бронзовой проволоки.
Обе антенны настраивались по КСВн и имеют его значение на центральной частоте 1,2. Диапазон передающей по уровню 1,5 428 - 438, приёмной 427 - 465 МГц.
Выводы.
По сравнению со настроенными ( что бывает крайне редко ) стоковыми штырями усами выигрыш составляет примерно 10 дБ, что соответствует увеличению дальности действия в 3 раза.
С другой стороны для мультикоптеров это возможность летать за всевозможными препятствиями без потери управления.
Пока всё. По возможности, отвечу на возникшие вопросы.
Отличная разработка!
Мне кажется ,что диапазон передающей антенны было бы неплохо сдвинуть в верх на 3-5 мГц. Дело в том, что как правило частота 433-434 мГц сильно загружена помехами и управление приходится перенастраивать в более высокочастотную область диапазона, вплоть до 445 мГц (пользуюсь Оранжем с прошивкой Baychi) ,а диапазон ниже 433 мГц используется редко.
Ну и конечно хотелось бы увидеть более подробные чертежи с размерами.
Спасибо!
HB9CV действительно очень технологичная антенна, единственно - рекомендую между бумом и гаммамачем проложить пенопластовую прокладку, иначе можно случайно всё расстроить.
было бы неплохо сдвинуть в верх на 3-5 мГц
А вот тут аккуратно. Не наехать бы КудаНенадо. Там и метеоспутники, и служивые начинаются…
Мне кажется ,что диапазон передающей антенны было бы неплохо сдвинуть в верх на 3-5 мГц.
Нет проблем, при этом относительная полоса ( при этих частотах она же абсолютная ) сохранится. Чертежи попозже, когда насобираю вопросы.
рекомендую между бумом и гаммамачем проложить пенопластовую прокладку
На втором фото видно, что гаммамач с двух сторон сидит на полипропиленовой крестовине и притянут к буму прозрачной термоусадкой - это получше пенопласта. Запитка через красный подстроечник 4/20 пФ.
На втором фото видно, что гаммамач сидит на полипропиленовой крестовине и притянут к буму прозрачной термоусадкой.
А, точно. Не разглядел сразу.
В продолжение темы.
Сегодня получил на почте комплект Orange Open LRS и конечно же не мог не проверить антенны.
Первая антенна имела минимальный КСВн равный 2,5 на частоте 440 МГц - абсолютно непригодна даже для RX; вторая имела КСВн меньше 1,5 в диапазоне 433 - 445 с минимальным 1,3 на частоте 440 МГц - результат удовлетворительный. Если её поставить на Tx, то мы получим для этого комплекта вместо десятков км один - два.
Так что выводы делайте сами.
Первая антенна имела минимальный КСВн равный 2,5 на частоте 440 МГц - абсолютно непригодна даже для RX; вторая имела КСВн меньше 1,5 в диапазоне 433 - 445 с минимальным 1,3 на частоте 440 МГц - результат удовлетворительный.
ну так фотки антенн надо в разобранном виде 😃
Центральная частота 433 МГц.
Был бы благодарен за антенну с центром в 440. Ну и конечно размеры, описание нюансов изготовления и т.д. 😃 Для тех кто без приборов.
минимальным 1,3 на частоте 440 МГц - результат удовлетворительный. Если её поставить на Tx, то мы получим для этого комплекта вместо десятков км один - два.
Анатолий, что-то я запутался, проясните пожалуйста…
КСВн 1.3 означает, что из антенны в эфир улетает на 30% меньшее напряжение, чем приходит с выхода передатчика.
Так?
То есть примерно половина по мощности.
Так?
То есть в полтора раза меньше по дальности. Это если абстрагироваться от эффектов второго порядка, типа искажения диаграммы направленности и выхода рабочей точки выходного каскада из оптимума.
Так?
Или я где-то радикально заблуждаюсь, проясните пожалуйста.
Спасибо.
Вот разобранные.
Первая вверху, вторая, та что 440 при разборе умерла - витки были намертво приклеены термоклеем к кожуху.
HB9CV делалась по размерам этого калькулятора www.changpuak.ch/electronics/HB9CV.php. Если выдержать размеры с точностью хотя бы 0,5 мм, то частота попадает. При этом КСВН больше 2. А с последовательным подстроечным конденсатором всё нормально, но нужен инструмент для настройки: ксвиметр, индикатор пля и, наконец, горячо любимый большинством лампочкотестер.
Если выдержать размеры с точностью хотя бы 0,5 мм, то частота попадает. При этом КСВН больше 2.
То есть без прибора никак.
ксвиметр, индикатор пля и, наконец, горячо любимый большинством лампочкотестер
Нужны все три? Лампочкотестером (индиктором поля) с настройкой на максимум мощности КСВ-метр не заменишь?
Вот разобранные.
Первая вверху, вторая, та что 440 при разборе умерла - витки были намертво приклеены термоклеем к кожуху.
HB9CV делалась по размерам этого калькулятора www.changpuak.ch/electronics/HB9CV.php. Если выдержать размеры с точностью хотя бы 0,5 мм, то частота попадает. При этом КСВН больше 2. А с последовательным подстроечным конденсатором всё нормально, но нужен инструмент для настройки: ксвиметр, индикатор поля и, наконец, горячо любимый большинством лампочкотестер.
КСВн 1.3 означает, что из антенны в эфир улетает на 30% меньшее напряжение, чем приходит с выхода передатчика.
Так?
Нет не так. При КСВн 1,3 в эфир улетает примерно 97 процентов мощности. а половина при КСВН примерно 3, при этом дальность уменьшается в 1,4 раза, а с учётом рассогласования выходного каскада мощность может уменьшится ещё больше и никто не застрахует его от выхода из строя.
Нужны все три?
Достаточно одного - лучше первого.
А вот у меня вопрос, чем эта антенна лучше чем www.cqham.ru/yagi-433.htm ?
Просто этот вариант мне кажется более технологичным в изготовлении. А чем он хуже ?
Лучше - хуже это дело вкуса.
Но есть несколько ЗА в пользу HB9CV.
- У неё несколько больше КНД.
- Гораздо меньшее излучение назад, что позволяет непосредственно устанавливать на аппаратуре без ухудшения КСВн.
- Существенно меньшая длина траверсы ( бума ).
Ну а насчёт технологичности - это уж у кого какие руки и какими материалами он располагает.
- У неё несколько больше КНД.
- Гораздо меньшее излучение назад, что позволяет непосредственно устанавливать на аппаратуре без ухудшения КСВн.
- Существенно меньшая длина траверсы ( бума ).
Ну а насчёт технологичности - это уж у кого какие руки и какими материалами он располагает.
Кстати вот по поводу пункта 2. Не у меня пока трекера антенного. Полеты в одну сторону, но хочется что бы и над собой, позади антенны на расстоянии метров 200 проблем не было.
3 - да, согласен, актуально.
И вот можно объяснить для полного чайника в антеннах, на сколько (ну примерная, грубая оценка) ваша антенна даст увеличение дальности по сравнению с качественным, настроенным диполем (примем что диполь и вашу антенны делали одинаково прямыми руками и правильными приборами проверяли).
По поводу необходимости антенного трекера.
Покажу на пальцах.
Имеем Tx 1 Вт и одну из этих антенн. При этом предельная дальность по оси антенны будет пусть 50 км. Передающую антенну ориентируем в направление полёта под углом 30 - 40 градусом к горизонту. Тогда в передней полусфере мы будем иметь следующие предельные дальности: в зените 30 - 35 км, по бокам у земли 15 - 20 км. Худший результат в задней полусфере будет вдоль оси примерно 5 км. Если это не устраивает, то нужен трекер.
Ну а по глобальным параметрам обе антенны примерно равны.
в задней полусфере будет вдоль оси примерно 5 км
Это очень даже устраивает. Вопрос остался про сравнение с диполем. И тут уже вопрос про дальность при “правильном” расположении передающей антенны. Грубо говоря, какой выигрыш по дальности получится у этой антенны за счет ее ДН по сравнению с диполем?
Примерно в 1,6 раза в большую сторону.
полуволновой вибратор с КНД 2,15 dBi с симметрирующими кольцами на кабеле из миллиметровой упругой
бронзовой проволоки.
А вот здесь можно поподробнее ? Кольца просто надеты на изоляцию кабеля или соединены с землей ? Как выбирается количество и размеры колец ?
Кольца просто надеты на изоляцию кабеля. Их количество рассчитывается любым калькулятором для индуктивностей чтобы индуктивное сопротивление для вытекающего на оплётку тока получилось не менее шести волновых сопротивлений - то есть 300 Ом. Для колец 5х3х1 из феррита с мю 2000 получается минимум 5 - 6. При этом небольшая часть мощности рассеивается в феррите это минус, но в плюсе увеличение рабочей полосы частот.
Примерно в 1,6 раза в большую сторону.
Блин… Думал поболее будет.
Поскольку смелых нет, сам продолжу тему.
На сей раз будет компактная антенна с большим КНД - 10 dBi, что по сравнению с четвертьволновыми штатными передающими штырьками даёт выигрыш в дальности до четырёх раз.
Оба квадрата имеют активное питание. Пространственный сдвиг между квадратами четверть длины волны. В направлении вперёд вдоль оси передаваемая мощность суммируется в противоположном вычитается. Волновые сопротивления рамок примерно 100 Ом. Передняя рамка питается через симметричную линию 100 Ом - витая пара сетевого кабеля UTP. Общее питание в заднюю рамку через кабельное симметрирующее устройство. То есть общее сопротивление антенны составляет примерно 50 Ом.
КВН антенны по уровню 1,5 128 - 138 МГц с центральной частотой 433. Вот вкратце и есё. Будут вопросы отвечу.
Пространственный сдвиг между квадратами четверть длины волны. В направлении вперёд вдоль оси передаваемая мощность суммируется в противоположном вычитается. … Передняя рамка питается через симметричную линию 100 Ом - витая пара сетевого кабеля UTP
А фазы у рамок при этом как соотносятся ? Здесь же должна быть учтена задержка в соединительной линии, при том что фазовая скорость в ней меньше С (как я понимаю, С/(эпсилон диэлектрика)).
Конструкция такова, что у симметричной линии эпсилон эффективное меньше 1,1. Что приводит к практически неощутимому ( по сравнению с идеальным ) фазовому сдвигу.
Но тогда для удобства ( чтобы минимум был впереди ) нужно изменить на 180 градусов запитку передней рамки.