A kommunikációs hatótávolság növelése pilóta nélküli légi járművel (UAV) továbbra is aktuális. Ez a cikk a paraméter javításának módszereit tárgyalja. A cikk UAV-fejlesztőknek és üzemeltetőknek íródott, és az UAV-okkal való kommunikációról szóló cikksorozat folytatása (a sorozat elejéről ld. .
Mi befolyásolja a kommunikációs tartományt
A kommunikációs hatótávolság a használt modemtől, az antennáktól, az antennakábelektől, a rádióhullámok terjedési feltételeitől, a külső interferenciától és néhány egyéb októl függ. Egy adott paraméter kommunikációs tartományra gyakorolt befolyásának mértékének meghatározásához vegye figyelembe a tartományegyenletet
(1)
ahol
— szükséges kommunikációs hatótávolság [méter];
— fénysebesség vákuumban [m/s];
— frekvencia [Hz];
— a modem adóteljesítménye [dBm];
— adóantenna erősítés [dBi];
— veszteségek a modem és az adóantenna közötti kábelben [dB];
— vevőantenna erősítés [dBi];
— veszteségek a modem és a vevőantenna közötti kábelben [dB];
— a modem vevő érzékenysége [dBm];
— csillapítási szorzó, figyelembe véve a Föld felszínének, a növényzetnek, a légkörnek és egyéb tényezőknek a hatására bekövetkező további veszteségeket [dB].
Az egyenletből látható, hogy a tartományt a következők határozzák meg:
- a használt modem;
- a rádiócsatorna frekvenciája;
- használt antennák;
- veszteségek a kábelekben;
- befolyásolja a rádióhullámok terjedését a Föld felszínéről, a növényzetről, a légkörről, az épületekről stb.
Ezután a tartományt befolyásoló paramétereket külön vizsgáljuk meg.
Modem használt
A kommunikációs tartomány csak a modem két paraméterétől függ: az adó teljesítményétől és a vevő érzékenysége , vagy inkább a különbségükből - a modem energiaköltségvetéséből
(2)
A kommunikációs hatótávolság növelése érdekében nagy értékű modemet kell választani . Növekedés viszont növelésével lehetséges vagy csökkentésével . Előnyben kell részesíteni a nagy érzékenységű modemek keresését ( a lehető legalacsonyabb), ahelyett, hogy növelné az adó teljesítményét . Ezt a kérdést az első cikk részletesen tárgyalja. .
Az anyagokon kívül Érdemes szem előtt tartani, hogy egyes gyártók, például a Microhard , egyes készülékek specifikációiban ne az átlagot, hanem az adó csúcsteljesítményét tüntesse fel, amely többszöröse az átlagnak, és amely nem használható a hatótávolság kiszámításához, mivel ez a számított hatótávolság nagymértékben meghaladja a valós értéket. érték. Ilyen eszközök például a népszerű pDDL2450 modul [,]. Ez a tény közvetlenül következik az eszköz FCC-tanúsítvány megszerzése érdekében végzett tesztelésének eredményeiből (lásd 58. oldal). Az FCC-tanúsítvánnyal rendelkező vezeték nélküli eszközök vizsgálati eredményei megtekinthetők az FCC ID webhelyén a megfelelő FCC azonosító beírásával a keresősávba, amelynek az eszköz típusát jelző címkén kell lennie. A pDDL2450 modul FCC azonosítója NS916pDDL2450.
Rádiócsatorna frekvenciája
A tartomány egyenletéből Ebből egyértelműen következik, hogy minél alacsonyabb a működési frekvencia , annál nagyobb a kommunikációs tartomány . De ne siessük el a következtetéseket. Az a tény, hogy az egyenletben szereplő egyéb paraméterek is a frekvenciától függenek. Például az antenna erősítése и a frekvenciától függ abban az esetben, ha az antennák maximális méretei rögzített, ami a gyakorlatban pontosan így történik. Antenna erősítés dimenzió nélküli egységekben (időben) kifejezve az antenna fizikai területével fejezhető ki a következő módon
(3)
ahol — az antenna apertúra hatékonysága, azaz az antenna effektív területének aránya a fizikai területhez viszonyítva (az antenna kialakításától függően) .
Of Azonnal világos, hogy fix antennaterület esetén az erősítés a frekvencia négyzetével arányosan nő. Cseréljük в , miután korábban átírta dimenzió nélküli egységek használata az antennaerősítésre , , kábelveszteség , és csillapítási tényező , valamint a Watt használatával is и dBm helyett. Akkor
(4)
hol van az együttható a rögzített antennaméretek állandója. Így ebben a helyzetben a kommunikációs tartomány egyenesen arányos a frekvenciával, azaz minél nagyobb a frekvencia, annál nagyobb a tartomány. Kimenet. Az antennák rögzített méreteinél a rádiókapcsolat frekvenciájának növelése az antennák irányított tulajdonságainak javításával a kommunikációs hatótávolság növekedéséhez vezet. Figyelembe kell azonban venni, hogy a frekvencia növekedésével a légkörben a rádióhullámok gyengülése is csökken, amit gázok, eső, jégeső, hó, köd és felhők okoznak. . Ráadásul az úthossz növekedésével a légkörben a csillapítás is növekszik. Emiatt minden úthosszhoz és azon az átlagos időjárási viszonyokhoz a vivőfrekvencia egy bizonyos maximális értéke van, amelyet a légkörben megengedett jelcsillapítási szint korlátoz. A rádiócsatorna frekvenciájának a kommunikációs tartományra gyakorolt hatásának kérdésének végső megoldását hagyjuk arra a szakaszra, ahol a Föld felszínének és légkörének a rádióhullámok terjedésére gyakorolt hatását vesszük figyelembe.
antennák
A kommunikációs tartományt egy olyan antennaparaméter határozza meg, mint az erősítés (nyereség az angol terminológiában), dBi-ben mérve. Az erősítés fontos összetett paraméter, mert figyelembe veszi: (1) az antenna azon képességét, hogy az adó energiáját a vevő felé fókuszálja egy izotróp sugárzóhoz képest (ezért az i index dBi-ben); (2) veszteség magában az antennában [,]. A kommunikációs hatótávolság növelése érdekében a lehető legnagyobb erősítési értékű antennákat kell kiválasztani azok közül, amelyek súly- és méretparaméterei, valamint a vezetési rendszer képességei szerint megfelelőek. Az antenna energiafókuszálási képességét nem adjuk ingyen, hanem csak az antenna méreteinek (apertúrájának) növelésével. Például minél nagyobb a vevőantenna, annál nagyobb területen tud energiát gyűjteni a vevő bemenetére, és minél több az energia, annál erősebb a vett jel, azaz a kommunikációs hatótávolság növekszik. Ezért először el kell döntenie a megoldandó problémának megfelelő maximális antennaméreteket, és ezzel a paraméterrel korlátozni kell a keresési területet, majd keresni kell egy adott antennamodellt, a maximális erősítésre összpontosítva. A gyakorlatban a második fontos antennaparaméter a sugárszélesség [,], szögfokban mérve. A nyalábszélességet általában az antenna közepétől számított két térbeli irány közötti szögként határozzák meg, amelynél az antenna erősítése 3 dB-lel csökken az adott antenna maximális értékéhez képest. A minta szélessége azimutban és magasságban nagymértékben változhat. Ez a paraméter szorosan összefügg az antenna méreteivel a szabály szerint: nagyobb méretek - kisebb sugárszélesség. Ez a paraméter nem szerepel közvetlenül a hatótávolsági egyenletben, de ez a paraméter határozza meg a földi állomás (GS) antennavezető rendszerének követelményeit az UAV-n, mivel a GS általában erősen irányított antennákat használ, legalábbis Azokban az esetekben, amikor a hatótávolság maximalizált, az UAV-val való kommunikáció prioritást élvez. Valójában mindaddig, amíg az NS nyomkövető rendszer biztosítja az antenna UAV-ra irányításának szögpontosságát, amely egyenlő a minta szélességének felével vagy annál kisebb, a vett/kibocsátott jel szintje nem esik 3 dB alá a maximumtól. A kiválasztott antenna sugárszélességének fele semmilyen körülmények között nem lehet kisebb, mint az NS antennamutató rendszer szöghibája azimutban vagy magasságban.
Kábelek
A kommunikációs hatótávolság maximalizálása érdekében a lehető legalacsonyabb lineáris csillapítású (kábelcsillapítás vagy kábelvesztés) kábeleket kell használnia. dolgozó az NS-UAV rádiókapcsolat frekvenciája. A kábel lineáris csillapítása az 1 m-es kábelszakasz kimenetén (a metrikus rendszerben) a jel és a kábelszakasz bemeneti jelének aránya, dB-ben kifejezve. Kábelveszteségek szerepel a tartományegyenletben , úgy határozzuk meg, hogy a lineáris csillapítást megszorozzuk a kábel hosszával. Így a lehető legnagyobb kommunikációs hatótávolság eléréséhez a lehető legalacsonyabb lineáris csillapítású kábeleket kell használnia, és minimálisra kell csökkentenie ezeknek a kábeleknek a hosszát. Az NS-en a modem egységeket közvetlenül az árbocra kell felszerelni az antennák mellé. Az UAV testében a modemet a lehető legközelebb kell elhelyezni az antennákhoz. Érdemes a kiválasztott kábel impedanciáját is ellenőrizni. Ezt a paramétert Ohmban mérik, és általában 50 vagy 75 Ohm. A kábel, a modem antennacsatlakozója és magán az antenna csatlakozójának impedanciájának egyenlőnek kell lennie.
A Föld felszínének hatása
Ebben a részben a rádióhullámok sima vagy tengeri felszínen való terjedését vizsgáljuk meg. Ez a helyzet gyakran előfordul az UAV-k használatának gyakorlatában. Csővezetékek, távvezetékek, mezőgazdasági termények, számos katonai és különleges művelet UAV megfigyelése – mindezt jól leírja ez a modell. Az emberi tapasztalat olyan képet fest nekünk, amelyben a tárgyak közötti kommunikáció akkor lehetséges, ha azok egymás közvetlen optikai láthatóságának területén vannak, ellenkező esetben a kommunikáció lehetetlen. A rádióhullámok azonban nem tartoznak az optikai tartományba, így velük némileg más a helyzet. Ezzel kapcsolatban az UAV fejlesztőjének és üzemeltetőjének hasznos megjegyezni a következő két tényt.
1. A rádiós hatótávolságon belüli kommunikáció akkor is lehetséges, ha nincs közvetlen láthatóság az NS és az UAV között.
2. Az alatta lévő felület hatása az UAV-val való kommunikációra akkor is érezhető, ha nincsenek tárgyak az NS-UAV optikai vonalán.
A rádióhullámok Föld felszínéhez közeli terjedésének sajátosságainak megértéséhez hasznos megismerkedni a rádióhullámok terjedésének jelentős területe fogalmával. . A rádióhullám-terjedés jelentős zónájában található objektumok hiányában a hatótávolság-számítások elvégezhetők a szabad tér képleteivel, pl. в 0-val egyenlőnek vehető. Ha a lényeges zónában vannak tárgyak, akkor ezt nem lehet megtenni. ábrán. 1 az A pontban egy pontsugárzó található egy magasságban a Föld felszíne felett, amely minden irányban azonos intenzitással bocsát ki elektromágneses energiát. A B pontban a magasságban van egy vevő a térintenzitás mérésére. Ebben a modellben a rádióhullámok terjedésének lényeges tartománya egy ellipszoid, amelynek fókuszai az A és B pontokban találhatók.
Rizs. 1. A rádióhullámok terjedésének jelentős területe
Az ellipszoid sugarát a „legvastagabb” részén a kifejezés határozza meg
(5)
Of ez egyértelmű frekvenciától függ fordítottan arányos, annál kevesebb , minél vastagabb az ellipszoid ( ábrán. 1). Ezenkívül az ellipszoid „vastagsága” a kommunikációs objektumok közötti távolság növekedésével növekszik. Rádióhullámokhoz elég lenyűgöző értéke lehet, tehát mikor 10 km, 2.45 GHz-et kapunk 50÷60 m.
Tekintsük most azt az átlátszatlan tárgyat, amelyet a szürke háromszög ábrázol az ábrán. 1. Egy frekvenciával befolyásolja a rádióhullámok terjedését , mert jelentős terjedési zónában található, és gyakorlatilag nincs hatással a frekvenciájú rádióhullámok terjedésére. . Az optikai tartományba eső rádióhullámok (fény) esetén az érték kicsi, ezért a gyakorlatban nem érezhető a Föld felszínének hatása a fény terjedésére. Tekintettel arra, hogy a Föld felszíne egy gömb, ez a távolság növekedésével könnyen megérthető , az alatta lévő felület egyre inkább a jelentős terjedési zónába kerül, így blokkolja az energia áramlását A pontból B pontba - a történet vége, az UAV-val való kommunikáció megszakad. Az útvonalon lévő egyéb objektumok, például egyenetlen terep, épületek, erdők stb., hasonlóan befolyásolják a kommunikációt.
Nézzük most az ábrát. 2, amelyben egy átlátszatlan objektum teljesen lefedi egy frekvenciájú rádióhullám terjedésének jelentős területét , ami lehetetlenné teszi a kommunikációt ezen a frekvencián. Ugyanakkor a kommunikáció a frekvencián azért is lehetséges, mert az energia egy része „átugrik” az átlátszatlan tárgyon. Minél alacsonyabb a frekvencia, annál messzebbre tud terjedni a rádióhullám az optikai horizonton túl, stabil kommunikációt tartva fenn az UAV-val.
Rizs. 2. A rádióhullámok terjedésének jelentős területét lefedi
A Föld felszínének a kommunikációra gyakorolt befolyásának mértéke az antennák magasságától is függ и . Minél nagyobb az antennák magassága, annál nagyobb távolságra lehet egymástól távolítani az A és B pontokat anélkül, hogy a tárgyak vagy az alatta lévő felület jelentős területre esne.
Ahogy a tárgy vagy az alatta lévő felület jelentős területre kerül, a térerő a B pontban oszcillálni fog , azaz az átlagos térerősségnél nagyobb vagy kisebb lesz. Ez az energia tárgyról való visszaverődése miatt következik be. A visszavert energia a B pontban hozzáadható úgy, hogy a fő energia fázisban van - ekkor a térerősség emelkedése következik be, vagy ellenfázisban -, majd a térerősségben (és elég mély) csökkenés következik be. Fontos megjegyezni ezt a hatást, hogy megértsük az UAV-kkal való kommunikáció sajátosságait. Az UAV-val való kommunikáció megszakadását egy bizonyos tartományban a térerő lokális csökkenése okozhatja az oszcillációk miatt, vagyis ha nagyobb távolságot repül, a kapcsolat helyreállhat. A kommunikáció végleges elvesztése csak akkor következik be, ha egy jelentős területet teljesen elzárnak tárgyak vagy az alatta lévő felület. Ezt követően módszereket javasolnak a térerő-oszcillációk következményeinek leküzdésére.
Képletek a csillapítási tényező kiszámításához Amikor rádióhullámokat terjesztenek a Föld sima felületén, azok meglehetősen összetettek, különösen a távolságok tekintetében , amely meghaladja az optikai horizont tartományát . Ezért a probléma további vizsgálata során a matematikai modellezéshez folyamodunk a szerző számítógépes programkészletének felhasználásával. Tekintsünk egy tipikus feladatot az UAV-ról az NS-re való videó továbbítására 3D Link modem segítségével a Geoscan cégtől. A kezdeti adatok a következők.
1. Az NS antenna szerelési magassága: 5 m.
2. UAV repülési magasság: 1000 m.
3. Rádiókapcsolati frekvencia: 2.45 GHz.
4. NS antenna erősítés: 17 dB.
5. UAV antenna erősítés: 3 dB.
6. Adóteljesítmény: +25 dBm (300 mW).
7. Videócsatorna sebessége: 4 Mbit/sec.
8. Vevő érzékenysége a videó csatornában: −100.4 dBm (12 MHz-es jel által elfoglalt frekvenciasávra).
9. Aljzat: száraz talaj.
10. Polarizáció: függőleges.
A látótávolság ezeknél a kezdeti adatoknál 128.8 km lesz. A számítási eredményeket a modem vevő bemenetén dBm-ben mért jelteljesítmény formájában az ábra mutatja be. 3.
Rizs. 3. Jelerősség a 3D Link modemvevő bemenetén
A kék görbe az ábrán. A 3 a jelteljesítmény az NS vevő bemenetén, a piros egyenes vonal jelzi ennek a vevőnek az érzékenységét. Az X tengely a hatótávolságot mutatja km-ben, az Y tengely pedig a teljesítményt dBm-ben. Azokon a hatótávolsági pontokon, ahol a kék görbe a piros felett van, közvetlen videó vétel lehetséges az UAV-ról, különben nem lesz kommunikáció. A grafikon azt mutatja, hogy az oszcillációk miatt a kommunikáció megszakad a 35.5-35.9 km-es tartományban, és tovább az 55.3-58.6 km-es tartományban. Ebben az esetben a végső szétkapcsolás sokkal tovább fog bekövetkezni - 110.8 km repülés után.
Mint fentebb említettük, a térerősség csökkenése annak köszönhető, hogy az NS antenna helyén a közvetlen jel és a Föld felszínéről visszaverődő jel antifázisba kerül. 2 feltétel teljesítésével megszabadulhat az NS-en a meghibásodások miatti kommunikáció megszakadásától.
1. Használjon modemet az NS-en legalább két vételi csatornával (RX diverzitás), például 3D Link .
2. Helyezze a vevőantennákat az NS-oszlopra különböző magasság.
A vevőantennák magassági távolságát úgy kell kialakítani, hogy az egyik antenna helyén a térerősség-csökkenést a másik antenna helyén lévő vevő érzékenységénél magasabb szintekkel kompenzálják. ábrán. A 4. ábra mutatja ennek a megközelítésnek az eredményét arra az esetre, amikor az egyik NS antenna 5 m magasságban van (kék, tömör görbe), a másik pedig 4 m magasságban (kék pontozott görbe).
Rizs. 4. Jelteljesítmény két 3D Link modem vevő bemenetén különböző magasságban elhelyezett antennákról
ábrából A 4. ábra jól mutatja ennek a módszernek a gyümölcsözőségét. Valójában az UAV teljes repülési távolsága alatt, 110.8 km-es hatótávig, legalább egy NS vevő bemenetén lévő jel meghaladja az érzékenységi szintet, azaz a tábláról érkező videó nem szakad meg a teljes repülés során távolság.
A javasolt módszer azonban csak az UAV→NS rádiókapcsolat megbízhatóságának növelését segíti elő, mivel a különböző magasságú antennák elhelyezése csak az NS-en érhető el. UAV-n nem lehet biztosítani az antennák 1 m-es magassági távolságát. Az NS→UAV rádiókapcsolat megbízhatóságának növelésére a következő megközelítések használhatók.
1. Táplálja az NS adó jelét az antennába, amely erősebb jelet kap az UAV-tól.
2. Használjon tér-idő kódokat, például az Alamouti kódot .
3. Használjon antennasugár-formázó technológiát, amely képes szabályozni az egyes antennákhoz küldött jelteljesítményt.
Az első módszer közel áll az optimálishoz az UAV-val való kommunikáció problémájában. Egyszerű, és benne az adó összes energiája a megfelelő irányba van irányítva - egy optimálisan elhelyezett antennához. Például 50 km-es hatótávolságon (lásd a 4. ábrát) az adójelet egy 5 méteren felfüggesztett antennára, 60 km-es tartományban pedig egy 4 méteren felfüggesztett antennára táplálják. Ezt a módszert használják a 3D Link modemben . A második módszer nem használ a priori adatokat az UAV→NS kommunikációs csatorna állapotáról (az antennakimeneteken a vett jelek szintjei), így az adó energiáját egyenlően osztja el két antenna között, ami elkerülhetetlenül energiaveszteségekhez vezet, mivel egy az antennák közül lyukas térerősségben lehet. A harmadik módszer a kommunikáció minőségét tekintve egyenértékű az elsővel, de sokkal nehezebben kivitelezhető.
Tekintsük tovább a rádióhullámok frekvenciájának az UAV-val való kommunikációs tartományra gyakorolt hatását, figyelembe véve az alatta lévő felület hatását. Fentebb bemutattuk, hogy a frekvencia növelése előnyös, mert az antennák rögzített méreteinél ez a kommunikációs hatótávolság növekedéséhez vezet. Azonban a függőség kérdése gyakoriságát nem vették figyelembe. Tól től ebből következik, hogy az antennák erősítésének aránya azonos területű és frekvencián történő működésre tervezett и , egyenlő
(6)
mert 2450 MHz; 915 MHz-et kapunk 7.2 (8.5 dB). Körülbelül ez történik a gyakorlatban. Hasonlítsuk össze például a Wireless Instruments alábbi antennáinak paramétereit:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (frekvencia: 0.83–0.96 GHz; sugárszélesség: 70°/70°; erősítés: 8 dBi);
- WiBOX PA 24-15 [14] (frekvencia: 2.3–2.5 GHz; sugárszélesség: 30°/30°; erősítés: 15 dBi).
Ezeket az antennákat kényelmes összehasonlítani, mert ugyanabban a 27x27 cm-es házban készülnek, azaz azonos a területük. Figyeljük meg, hogy az antenna erősítése 15−8=7 dB-el tér el, ami közel áll a számított 8.5 dB értékhez. Az antennák jellemzőiből az is kitűnik, hogy a 2.3–2.5 GHz-es tartomány (30°/30°) antennamintázatának szélessége több mint kétszer olyan keskeny, mint a 0.83–0.96 tartomány antennamintázatának szélessége. GHz (70°/70°), azaz az azonos méretű antennák erősítése az iránytulajdonságok javulása miatt valójában megnő. Figyelembe véve azt a tényt, hogy a kommunikációs vonalban 2 antennát használnak, az arány 2∙8.5=17 dB lesz. Így azonos antennaméretek mellett egy frekvenciájú rádiókapcsolat energiaköltségvetése A 2450 MHz 17 dB-lel több lesz, mint a frekvenciával számolt vonalköltségvetés 915 MHz. A számítás során figyelembe vesszük azt a tényt is, hogy az UAV-k általában ostorantennákat használnak, amelyek méretei nem olyan kritikusak, mint a figyelembe vett NS panelantennák esetében. Ezért elfogadjuk az UAV antenna erősítését a frekvenciákon и egyenlő. Azok. a vonalak energiaköltségvetésében a különbség 8.5 dB lesz, nem 17 dB. Ezekre a kiindulási adatokra és az NS antenna 5 méteres magasságára elvégzett számítás eredményeit a ábra mutatja. 5.
Rizs. 5. Jelteljesítmény a vevő bemenetén a 915 és 2450 MHz frekvencián működő rádiókapcsolatokhoz
ábrából Az 5. ábra egyértelműen mutatja, hogy a kommunikációs hatótávolság a működési frekvencia növekedésével és az NS antenna azonos területével a 96.3 MHz-es rádiókapcsolat 915 km-ről 110.8 km-re nő a 2450 MHz-es frekvenciájú kapcsolatnál. . A 915 MHz-es vonalnak azonban alacsonyabb az oszcillációs frekvenciája. A kevesebb oszcilláció kevesebb térerősödést jelent, azaz kisebb a valószínűsége annak, hogy a teljes repülési távolságon megszakítja a kommunikációt az UAV-val. Talán ez a tény határozza meg a szubgigahertzes rádióhullám-tartomány népszerűségét az UAV-okkal rendelkező parancsnoki és telemetriai kommunikációs vonalakban, mint a legmegbízhatóbb. Ugyanakkor a fent leírt, a térerősség-oszcillációk elleni védelem érdekében végzett műveletek végrehajtása során a gigahertzes tartományban lévő rádiókapcsolatok nagyobb kommunikációs hatótávolságot biztosítanak az antennák iránytulajdonságainak javításával.
ábra figyelembevételével. Az 5. ábra alapján megállapítható, hogy az árnyékzónában (a 128.8 km-es jelzés után) van értelme a kommunikációs vonal üzemi frekvenciájának csökkentése. Valójában egy körülbelül –120 dBm-es ponton a frekvenciák teljesítménygörbéi и metszik egymást. Azok. Ha –120 dBm-nél jobb érzékenységű vevőkészülékeket használ, a 915 MHz-es rádiókapcsolat hosszabb kommunikációs hatótávolságot biztosít. Ebben az esetben azonban figyelembe kell venni a szükséges kapcsolati sávszélességet, hiszen ilyen nagy érzékenységi érték esetén az információs sebesség nagyon alacsony lesz. Például 3D Link modem Bár –122 dBm-ig biztosít érzékenységet, az összesített információátviteli sebesség (mindkét irányban) 23 kbit/sec, ami elvileg elegendő az UAV-val való KTRL kommunikációhoz, de nyilvánvalóan nem elegendő a videó továbbításához. tábla. Így a szub-gigahertzes tartománynak valóban van némi előnye a KTRL gigahertzes tartományához képest, de egyértelműen veszít jellemzőiből a videovonalak szervezésekor.
A rádiókapcsolat frekvenciájának kiválasztásakor figyelembe kell venni a jel csillapítását is, amikor az a Föld légkörében terjed. Az NS-UAV kommunikációs kapcsolatok esetében a légkör gyengülését gázok, eső, jégeső, hó, köd és felhők okozzák . A 6 GHz-nél kisebb rádiókapcsolatok működési frekvenciája esetén a gázok csillapítása figyelmen kívül hagyható . A legsúlyosabb gyengülést az esőzések, különösen a nagy intenzitású esők (záporok) figyelik meg. Az 1. táblázat mutatja az adatokat lineáris csillapítással [dB/km] különböző intenzitású esőkben 3–6 GHz frekvencián.
1. táblázat: A rádióhullámok lineáris csillapítása [dB/km] frekvenciától függően különböző intenzitású esőkben
Frekvencia [GHz]
3 mm/óra (gyenge)
12 mm/óra (közepes)
30 mm/óra (erős)
70 mm/óra (eső)
3.00
0.3∙10−3
1.4∙10−3
3.6∙10−3
8.7∙10−3
4.00
0.3∙10−2
1.4∙10−2
3.7∙10−2
9.1∙10−2
5.00
0.8∙10−2
3.7∙10−2
10.6∙10−2
28∙10−2
6.00
1.4∙10−2
7.1∙10−2
21∙10−2
57∙10−2
Az asztalról Az 1. ábrából az következik, hogy például 3 GHz-es frekvencián a csillapítás zuhany alatt körülbelül 0.0087 dB/km lesz, ami 100 km-es úton 0.87 dB teljes csillapítást ad. A rádiókapcsolat működési frekvenciájának növekedésével az eső csillapítása meredeken növekszik. 4 GHz-es frekvencia esetén a csillapítás ugyanazon az úton eső zuhany esetén már 9.1 dB, az 5 és 6 GHz-es frekvenciákon pedig 28, illetve 57 dB. Ebben az esetben azonban azt feltételezzük, hogy adott intenzitású eső a teljes útvonalon esik, ami a gyakorlatban ritkán fordul elő. Ha azonban UAV-kat használ olyan területeken, ahol gyakori a nagy intenzitású esőzés, ajánlatos a rádiókapcsolat 3 GHz alatti működési frekvenciáját választani.
Irodalom
1. Smorodinov A.A. Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Rádióhullámok terjedése és rádiókapcsolatok működtetése. Kapcsolat. Moszkva. 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. C.A. Balanis. Antenna elmélet. Elemzés és tervezés. Negyedik kiadás. John Wiley & Sons. 2016.
9. Wikipédia cikk.
10. Wikipédia cikk.
11.
12. S.M. Alamouti. "Egy egyszerű átviteli diverzitás technika a vezeték nélküli kommunikációhoz." IEEE Journal a kommunikáció kiválasztott területeiről. 16(8):1451–1458.
13.
14.
Forrás: will.com