关于无人机改装增程天线的几点见解

飞来峰 · 发表于 2020-6-25 13:20:57

有产品吗？最好结合产品测试做些基本知识的普及

pc1991115 · 发表于 2020-6-27 09:13:34

从技术的角度去讲解天线，才能更好的帮助实践，做到知其然也能知其所以然。支持楼主！

qfgtg · 发表于 2020-6-29 10:02:33

说的很到位，期待后续部分！

mmmds · 发表于 2020-6-29 10:08:15

天线和放大器非专业人员买成品为好

江上渔者 · 发表于 2020-6-29 13:54:40

不如搞个多品牌天线拆解和拉距测试。。。。

天线老兵 · 发表于 2020-6-29 14:22:25

mmmds 发表于 2020-6-29 10:08
天线和放大器非专业人员买成品为好

的确是这样的，产品看似很简单，实际设计难度很大。别说普通消费者了，很多做业内的也没把东西做好。
当然，如果很感兴趣，也可以试试，玩玩还是可以的。

天线老兵 · 发表于 2020-6-29 14:26:05

飞来峰发表于 2020-6-25 13:20
有产品吗？最好结合产品测试做些基本知识的普及

产品链接 https://item.taobao.com/item.htm?id=619968560429
欢迎试用，任何不满意都可以退货。好产品，还怕试用吗？

天线老兵 · 发表于 2020-6-29 14:40:54

本帖最后由天线老兵于 2020-6-29 14:42 编辑

第四个问题：常见遥控器端天线分析

现在常用的遥控器端天线常为棒式天线，比如下图的天线，假定遥控器水平放置，遥控器的天线垂直于地面，那么水平面就是XY平面，天线的方向为Z轴方向。
关于无人机改装增程天线的几点见解作者:天线老兵 620

为了便于理解方向图，我们按照遥控器的天线仿真一个天线，天线沿Z轴放置，为偶极子天线，天线的总长度为60mm。这个长度也就是接近半波波长的偶极子天线，工作在2.4G频段。

1，那这个天线的方向图是什么样子的？
关于无人机改装增程天线的几点见解作者:天线老兵 9260

<<<<<<<<红色代表增益大，绿色代表增益小，蓝色代表最小。>>>>>>>>>>

也就是说当天线沿Z轴放置时，它的方向图有点像套了个游泳圈，水平方向增益最大，垂直方向增益最小。

2，如果用刀沿XY面切割，水平面的增益是什么样子？

可见各个方向增益基本一致。

3，如果用刀沿XZ或YZ面切割，增益是什么样子？
关于无人机改装增程天线的几点见解作者:天线老兵 8423

水平方向能量最大，当靠近Z轴（天线长度方向）时，增益变小。比如与Z轴夹角为60°时，增益为-0.5dBi; 与Z轴夹角为30°时，增益为-6dBi; 沿Z轴，增益为-15dBi以下。

当然，无人机端的WIFI天线也是类似的，因而使用时要垂直于地面，这样才能保证增益最大，能量传输更远。

那这种半波偶极子天线如何判断水平增益的大小呢？简单的判断就是，天线沿轴的长度。如果天线粗细一样，半波长度之内，天线长一点，水平增益会大一点。上面讲得都是仿真结果，那实际情况怎样呢？实际棒式天线产品，半波长度之内，天线的最大增益为0~1dBi之间，水平增益最大和最小差异为1~2dB左右，铅直方向的增益为-12~-15dBi左右。

大家要注意一点，遥控器端的全向天线和无人机端的全向天线的应用差别。假定无人机固定，其实遥控器可能在无人机的前后左右各个方向，所以无人机端的天线一定要是全向的；假定遥控器方向固定，其实无人机基本在遥控器的正前方，正左或正右的几率较小，正后方的几率更小。还需要注意无人机在正后方时，遥控器和无人机之间有操作者，会产生遮挡，能量会衰减不少。这就是我为什么说遥控器端定向天线要比全向天线更合适，同时定向天线的增益一般为6.5dBi以上，比全向天线多了6dB，能量放大了4倍，所以图传流畅的距离至少增加一倍以上。

---------------未完待续

营口老张 · 发表于 2020-6-30 02:37:44

期待更新

LPWIpM · 发表于 2020-6-30 10:57:51

坐等更新，此贴必火，期待加精

天线老兵 · 发表于 2020-7-3 11:20:16

本帖最后由天线老兵于 2020-7-3 11:26 编辑

第五个问题：遥控器端天线改装性能

上次曾讲过，常见的遥控器端天线为棒式全向天线，由于有操作者的存在，后半部分的信号被遮挡，有就是50%的信号能量是无用的；如果操作者能让遥控器一直面对无人机，就可以考虑使用定向天线，把95%的能量汇聚在前方，实现最简单最有效的增程。

那定向天线有什么样式的呢？种类太多了，比如微带贴片，缝隙，反射式，透镜式，螺旋，八木，对数周期天线，喇叭口等等，实现方式也是多种多样，当然应用场景也各有不同。如果对遥控器来说，微带贴片天线可能比较适用。外观如下图，一般为两层，也有多层的。这种天线的增益最大方向为天线平面的法线方向，定义XYZ轴如图。

	面积为40*40mm @5.8G	面积为65*65mm @5.8G
3D方向图
沿XZ轴切割
沿YZ轴切割
仿真最大增益	7.8dBi	13.8dBi
半波功率角度	-35~35°	-20~20°

从天线的3D和2D方向图如下，最大增益方向为Z轴方向，偏离Z轴之后，天线增益逐渐降低，Z轴负方向能量基本最低，基本为-13dB左右，也就是说能量基本都集中在天线的法线方向，其原因是把其他角度的能量进行了汇聚。

如果想达到更高的增益，就需要更多的辐射单元，因而天线的面积也就越大，比如上图5.8G天线，40*40mm的面积，仿真增益为7.8dBi；如果天线面积为65*65mm时，天线的仿真增益为13.5dBi。

天线的增益越高，能量汇聚的越明显，增程的效果越明显，但半功率角度就会越小，也就是说无人机必须和天线面的法线要保证在一定角度之内，否则，无人机的会丢失信号，最后可能导致飞丢。举一个极端的例子，比如使用抛物面式天线，增益可以达到28~29dBi，半功率波瓣宽度为4~5°，也是说使用时和Z轴的夹角不能大于3°，否则无人机可能丢失信号。如果想保证这个对准精度，靠手动是无法实现的，就需要其他的辅助手段了。

那多少增益的天线是合适的选择呢？如果手持遥控器，增益不要大于14dBi，这时候天线的半波角度为25~30°左右，也就是要和Z轴保证在15°范围内。如果天线的实际增益是14dBi，这时增程效果已经是原来的4倍多了，这已经很远了，如果再远，商用的图传无人机估计只能飞过去，却飞不回来了。一般来讲，6~12dBi的增益可能比较适合普通消费者，增益适中，半波角度适合，操作起来容易，增程倍数可观。

更实际的问题，现在很多天线厂家拿仿真结果来说事，其实仿真结果和实物的差别比较大。比如上图的两个天线，7.8dBi增益的天线，实际的最好结果为6.5dBi左右，13.8dBi增益的天线，实际的最好结果为11.5dBi左右，导致其中差别的原因很多。当然还有很多天线厂家拿一些其他的指标来忽悠，这里就不做讨论了。我只能保证我们产品的性能，至于其他家的天线，建议大家多试试多比较。