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第七个问题：无人机增程改造中放大器和主动天线的必要性 经常有朋友问我，某些天线中带有放大器，这种天线是否有用，效果如何？通常来说没什么用处，只在几个特殊应用下有用，所以我一般不建议朋友去买。 最先要说明的是，通信系统中，最重要的是信噪比，信噪比越大，信号恢复的能力越强。 放大器是放大信号的，怎么能没用？大家先要明白，放大器在放大信号的同时，也放大了噪声，另外，也会引进其他噪声，这只会降低信噪比。这样说来是不是放大器就没用了呢？当然不是，用在合适的位置效果还是很好的。无线传输系统中，放大器可以用在发射端和接收端。当然，无人机公司在产品设计时，已经把这些放大器设置好了，一般情况下，是不需要额外放大器的。 1，发射端的放大器，一般都是大功率放大器，信号和噪声放大后，经天线辐射到自由空间。在自由空间传输的过程中，信号和噪声就会产生衰减，然后由接收端接收。这时候接收端的信噪比是什么样的呢？如果传输距离很短（衰减后的噪声比自然界的白噪声大），接收端的信噪比就和发射端的差不多。如果传输距离很长（衰减后的噪声和自然界的白噪声差不多或小很多），接收端的信噪比应该是衰减后的信号与白噪声的比值，我们关心的就是这第二种情况。那发射端的放大器是做什么用的？主要是抗自由空间的路径衰减，因为这样可以提高接收端的信噪比。是不是发射端的放大器倍数越大越好？如果放大器放大一定倍数后，信号和噪声就会越来越接近，直至一样大，失去了其放大的意义，所以是有极限的。另外，这是功率放大器，放大倍速越大，能量损耗越大，电池用的也越快。 结合无人机系统，我们再分析分析。 图传系统中，如果遥控器端加功率放大器，也就是放大遥控器的发射信号（控制信号），本来上行链路传输的数据就少，系统设计时已经绰绰有余，加上这东西意义在哪？如果无人机系统不需要图像回传，比如航模，就会需要远距离控制信号，那加功率放大器的作用就很大了，当然也需要注意放大倍速和能耗问题（遥控端加大电池，问题还好解决些）。 如果无人机端加大功率放大器呢？这当然对回传图像是十分有帮助的，而且效果十分明显，但你不得不面对一个问题，无人机的电池本来就不够用，飞行时间都不能保证，还增加额外的放大器？所以说，正常情况下，我们希望无人机的电池更多用于飞行，保证图传。大家注意到没有，大疆的系统中有三种发射功率标准FCC/CE/SRRC，FCC发射功率最大，功耗也最大，SRRC发射功率次之，CE发射功率最小，功耗也最小。如果设置成FCC标准，图传信号的确会好，但你就不要期望无人机可以在空中飞更长时间了。 以上可见，在图传无人机系统中，额外增加发射端功率放大器应该没什么用。 2，接收端的放大器，通常是低噪声放大器（LNA）和射频放大器。射频放大器和LNA，产品研发时已经设计好，正常情况下，不需要额外增加。低噪声放大器是改善接收机系统噪声系数的，不是说这东西只放大信号，不放大噪声，而是由于其放大倍数不大，引入的噪声相对较小，非线性较小，易于后端系统处理。现在很多人说，我售卖的天线是主动天线，指的就是带有低噪声放大器（LNA）的天线。 既然系统中原来就有LNA，为什么有的天线厂商还卖有LNA的天线呢？最开始普遍用这种LNA的天线是车载GPS天线，为了将射频线缆隐藏在结构中，这种天线有一个很长的射频转接线缆，通常是4~5米左右或更长，同时线损也是很大的。 注：线径越大，损耗越少；频率越高，损耗越大。 假如使用RG174线缆，GPS的频点1.575GHz，每米的损耗为1.3dB左右，5米就是6.5dB。GPS卫星信号本来就弱，经过5米线缆的传输，信噪比相当于降低了6.5~7dB左右，这是很难接受的。如果在线缆的天线端增加一个10dB的LNA呢？信号和噪声经过了10dB放大器和7dB线损之后，到达接收机时，仍维持了基本相同的信噪比，所以才产生了带LNA的天线。说白了，主动天线的LNA主要是为了抵抗长线缆的损耗产生的。到底多长的转接线才需要LNA的天线呢？这和很多因素有关，不展开说了，简单点，我认为2dB~3dB的线损，就可以考虑了。 结合无人机系统，我们再探讨一下。 图传系统中，无人机端没有必要增加额外的LNA，飞行器上线缆本身就很短（10~15cm左右），接收控制信号的速率本身很小，没有必要。 遥控器端是否可以使用主动天线呢？如果使用到长转接线（比如2米长RG174），5GHz的损耗为5.6dB，这时候就十分有必要使用主动天线了。如果只是在手柄上换个天线，转接线也就10cm左右，直径1.13mm线缆的5.8G损耗也就是1.4dB左右，没有使用的必要。有人说，我要把这1.4dB的线损给补偿回来，但你不要忘记一个问题，低噪声放大器也会恶化信噪比的，可能恶化的程度比1.4dB还多。 以上可见，在图传无人机系统中，额外增加接收端LNA放大器没什么必要，除了使用长转接线。 另外说一下，主动天线的增益。这个增益包含了两部分，一个是天线的增益，另一个是LNA的放大倍数。比如主动天线的增益，一般都是25~30dB左右，假设天线的增益是10dB，那LNA的增益就是15~20dB左右，不能把它全看成天线的增益。如果天线的纯增益是25dBi，波瓣角度就是3~4度左右，手动对准是不可能的。 综上所述，什么增加额外的放大器，采用主动的天线，大家要仔细分析，不要盲目跟风，也不能说，看着好像挺有道理，就去画冤枉钱，事与愿违。
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发表于 2020-8-21 22:36:12
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