L'obiettivo di aumentare la portata della comunicazione con un drone (BLA) rimane attuale. In questo articolo si discuteranno i metodi per migliorare questo parametro. L'articolo è scritto per sviluppatori e operatori di BLA ed è il seguito di un ciclo di articoli sulla comunicazione con i BLA (inizio del ciclo si veda in .
Cosa influisce sulla portata della comunicazione
La portata della comunicazione dipende dal modem utilizzato, dalle antenne, dai cavi delle antenne, dalle condizioni di propagazione delle onde radio, dalle interferenze esterne e da alcune altre cause. Per determinare il grado di influenza di ciascun parametro sulla portata della comunicazione, consideriamo l'equazione della portata
(1)
dove
— portata della comunicazione ricercata [meters];
— velocità della luce nel vuoto [m/sec];
— frequenza [Hz];
— potenza del trasmettitore del modem [dBm];
— guadagno dell'antenna trasmittente [dBi];
— perdite nel cavo dal modem all'antenna trasmittente [dB];
— guadagno dell'antenna ricevente [dBi];
— perdite nel cavo dal modem all'antenna ricevente [dB];
— sensibilità del ricevitore del modem [dBm];
— fattore di attenuazione che tiene conto delle perdite aggiuntive dovute all'influenza della superficie terrestre, della vegetazione, dell'atmosfera e di altri fattori [dB].
Dall'equazione si evince che la portata è determinata da:
- il modem utilizzato;
- la frequenza del canale radio;
- le antenne applicate;
- le perdite nei cavi;
- l'impatto sulla propagazione delle onde radio dovuto alla superficie terrestre, alla vegetazione, all'atmosfera, agli edifici, ecc.
In seguito, i parametri che influenzano la portata saranno esaminati singolarmente.
Modem utilizzato
La distanza di comunicazione dipende solo da due parametri del modem: la potenza del trasmettitore 
e la sensibilità del ricevitore 
, più precisamente dalla loro differenza — il budget energetico del modem.
(2)
Per aumentare la distanza della comunicazione è necessario scegliere un modem con un valore maggiore 
. Aumentare 
può a sua volta essere fatto aumentando 
o riducendo 
. È preferibile cercare modem con alta sensibilità (
il più basso possibile), piuttosto che aumentare la potenza del trasmettitore 
. Questo problema è trattato in dettaglio nel primo articolo. .
In aggiunta ai materiali è opportuno tenere presente che alcuni produttori, ad esempio Microhard , le specifiche di alcuni dispositivi indicano non la potenza media, ma quella di picco del trasmettitore, la quale è molte volte superiore a quella media e non può essere utilizzata per calcolare la portata, poiché ciò comporterebbe un significativo superamento della portata calcolata rispetto al valore reale. A tali dispositivi appartiene, ad esempio, il popolare modulo pDDL2450 [,]. Questo fatto risulta direttamente dai risultati dei test di questo dispositivo, eseguiti per ottenere la certificazione FCC (cfr. pag. 58). I risultati dei test dei dispositivi wireless con certificazione FCC possono essere consultati sul sito web FCC ID , inserendo nella barra di ricerca il corrispondente FCC ID, che dovrebbe trovarsi sull'etichetta che indica il tipo di dispositivo. L'identificativo FCC del modulo pDDL2450 è il seguente: NS916pDDL2450.
Frequenza del canale radio
Dalla formula della portata si evince chiaramente che minore è la frequenza operativa 
, maggiore è la portata della comunicazione 
. Ma non affrettiamoci a trarre conclusioni. Infatti, altri parametri che entrano nell'equazione dipendono anch'essi dalla frequenza. Ad esempio, i guadagni delle antenne 
e 
dipenderanno dalla frequenza quando le dimensioni massime delle antenne fissati, che è esattamente quello che accade nella pratica. Il guadagno dell'antenna 
, espresso in unità adimensionale (rapporti), può essere espresso attraverso l'area fisica dell'antenna 
nel seguente modo
(3)
dove 
— l'efficienza dell'apertura dell'antenna, ovvero il rapporto tra l'area efficace dell'antenna e quella fisica (che dipende dalla progettazione dell'antenna) .
Da è evidente che, mantenendo costante l'area dell'antenna, il guadagno cresce proporzionalmente al quadrato della frequenza. Sostituiamo in , riscrivendo utilizzando unità adimensionali per i guadagni delle antenne 
, 
, le perdite nei cavi 
, 
e il fattore di attenuazione 
, così come utilizzando Watt per 
e 
invece di dBm. Allora
(4)
dove il fattore 
è costante a dimensioni fisse dell'antenna. Pertanto, in questa situazione, la distanza di comunicazione è direttamente proporzionale alla frequenza, ovvero maggiore è la frequenza, maggiore è la distanza. Conclusione. A dimensioni fisse delle antenne, l'aumento della frequenza della linea radio porta a un incremento della portata grazie al miglioramento delle proprietà direzionali delle antenne. Tuttavia, è importante considerare che con l'aumento della frequenza cresce anche l'attenuazione delle onde radio nell'atmosfera, causata dai gas, dalla pioggia, dalla grandine, dalla neve, dalla nebbia e dalle nuvole. Inoltre, con l'aumentare della lunghezza del percorso, l'attenuazione nell'atmosfera aumenta. Per questo motivo, per ogni lunghezza di percorso e condizioni atmosferiche medie, esiste un certo valore massimo della frequenza portante, limitato dal livello consentito di attenuazione del segnale nell'atmosfera. Riserviamo la decisione finale riguardo all'influenza della frequenza del canale radio sulla portata a una sezione in cui si esaminerà l'impatto della superficie terrestre e dell'atmosfera sulla propagazione delle onde radio.
Antenne
La portata è determinata da un parametro dell'antenna noto come guadagno. 
(guadagno in terminologia anglosassone), misurato in dBi. Il coefficiente di guadagno è un importante parametro composito, poiché considera: (1) la capacità dell'antenna di concentrarsi sull'energia del trasmettitore verso il ricevitore rispetto a un emettitore isotropo (isotropico, da qui l'indice i in dBi); (2) le perdite all'interno dell'antenna stessa [,Per aumentare la distanza di comunicazione, è necessario scegliere antenne con il valore di guadagno massimo possibile tra quelle che soddisfano i parametri di massa e dimensione e le capacità del sistema di guida. La capacità di un'antenna di focalizzare l'energia non è gratuita, ma deriva solo dall'aumento delle dimensioni (apertura) dell'antenna. Ad esempio, più grande è l'antenna ricevente, maggiore sarà l'area da cui potrà raccogliere energia da inviare all'ingresso del ricevitore e più energia riceve, più forte sarà il segnale ricevuto, cioè aumenta la distanza di comunicazione. Pertanto, è necessario prima stabilire le dimensioni massime delle antenne che sono adeguate al compito e limitare l'ambito di ricerca a questo parametro, e poi cercare un modello specifico di antenna, orientandosi sul guadagno massimo. Un secondo parametro importante per la pratica delle antenne è la larghezza del diagramma di radiazione (beamwidth) [,], misurata in gradi angolari. In genere, la larghezza del beamforming (DB) è definita come l'angolo tra due direzioni spaziali dal centro dell'antenna in cui il guadagno dell'antenna si riduce di 3 dB rispetto al massimo per quell'antenna. La larghezza del DB può variare notevolmente tra l'azimut e l'angolo di elevazione. Questo parametro è strettamente collegato alle dimensioni dell'antenna secondo la regola: più grande è l'antenna, minore è la larghezza del DB. Sebbene questo parametro non sia direttamente incluso nell'equazione della portata, determina i requisiti per il sistema di puntamento dell'antenna della stazione terrestre (GS) sul UAV, poiché nella GS si utilizzano normalmente antenne altamente direzionali, soprattutto quando la massimizzazione della portata di comunicazione con il UAV è una priorità. Infatti, finché il sistema di tracciamento della GS garantisce una precisione angolare di puntamento dell'antenna sul UAV pari a metà della larghezza del DB o meno, il livello del segnale ricevuto/emesso non scenderà al di sotto dei 3 dB dal massimo. La metà della larghezza del DB dell'antenna scelta non deve in nessun caso essere inferiore all'errore angolare del sistema di puntamento dell'antenna della GS in azimut o angolo di elevazione.
Cavi
Per massimizzare la distanza di comunicazione, è necessario utilizzare cavi con il minor attenuazione possibile (attenuazione del cavo o perdita di cavo) a frequenza del canale radio NH – BLA. L'attenuazione in un cavo è definita come il rapporto del segnale in uscita da un segmento di cavo lungo 1 m (nel sistema metrico) al segnale in ingresso nello stesso segmento di cavo, espressa in dB. Le perdite nei cavi 
, che entrano nell'equazione della distanza , sono determinate moltiplicando l'attenuazione per la lunghezza del cavo. Pertanto, per ottenere la massima distanza di comunicazione possibile, è necessario utilizzare cavi con la minima attenuazione possibile e ridurre al minimo la lunghezza di questi cavi. I blocchi modem NH devono essere installati direttamente sul palo vicino alle antenne. Nel case BLA, il modem deve essere posizionato il più vicino possibile alle antenne. È importante anche controllare l'impedenza del cavo scelto. Questo parametro è misurato in Ohm e, di norma, è pari a 50 o 75 Ohm. L'impedenza del cavo, del connettore dell'antenna del modem e del connettore stesso sull'antenna devono essere uguali.
Influenza della superficie terrestre
In questa sezione esamineremo la propagazione delle onde radio sopra una pianura o una superficie marina. Questa situazione si verifica spesso nella pratica dell'uso dei droni. Il monitoraggio di tubazioni, linee elettriche, coltivazioni agricole, molte operazioni militari e speciali — tutto ciò è ben descritto da questo modello. L'esperienza umana ci dipinge un quadro in cui la comunicazione tra gli oggetti è possibile solo se si trovano nell'area di visibilità ottica diretta l'uno dell'altro, altrimenti la comunicazione è impossibile. Tuttavia, le onde radio non appartengono allo spettro ottico, quindi la situazione è leggermente diversa. In questo contesto, è utile per il progettista e l'operatore del drone ricordare i seguenti due fattori.
1. La comunicazione nella gamma radio è possibile anche in assenza di visibilità diretta tra il punto di controllo e il drone.
2. L'influenza della superficie sottostante sulla comunicazione con il drone sarà percepita anche in assenza di oggetti sulla linea ottica tra il punto di controllo e il drone.
Per comprendere le specificità della propagazione delle onde radio vicino alla superficie terrestre, è utile familiarizzare con il concetto di area significativa di propagazione delle onde radio. . In assenza di oggetti significativi nella zona di diffusione delle onde radio, la distanza può essere calcolata usando le formule per lo spazio libero, cioè 
in può essere considerata uguale a 0. Se ci sono oggetti nella zona significativa, non è possibile procedere in questo modo. Nella figura 1, nel punto A, è rappresentatore un emettitore puntuale, posizionato a un'altezza 
sopra la superficie terrestre, che irradia energia elettromagnetica in tutte le direzioni con uguale intensità. Nel punto B, a un'altezza 
, si trova un ricevitore per misurare l'intensità del campo. In questo modello, la regione significativa di diffusione delle onde radio è rappresentata da un ellissoide con fuochi nei punti A e B.
Figura 1. Area significativa di diffusione delle onde radio
Il raggio dell'ellissoide nella sua parte "più spessa" è determinato dall'espressione
(5)
Da si vede che 
dipende dalla frequenza 
è inversamente proporzionale, più è piccola 
, più "spesso" è l'ellissoide (
nella figura 1). Inoltre, lo "spessore" dell'ellissoide aumenta con l'aumento della distanza tra gli oggetti di comunicazione. Per le onde nella gamma radio 
può avere un valore piuttosto considerevole, ad esempio a 
10 km, 
2.45 GHz otteniamo 
50÷60 m.
Consideriamo ora un oggetto opaco, rappresentato dal triangolo grigio nella figura 1. Esso influenzerà la propagazione delle onde radio a frequenza 
, poiché si trova in una zona di propagazione significativa, e non influenzerà praticamente la propagazione delle onde radio a frequenza 
. Per le onde radio dell'intervallo ottico (luce), il valore è 
ridotto, quindi l'influenza della superficie terrestre sulla propagazione della luce non è percepita in pratica. Considerando che la superficie terrestre è una sfera, è facile comprendere che all'aumentare della distanza 
, la superficie sottostante entrerà sempre di più nella zona di propagazione significativa, bloccando così l'arrivo di energia dal punto A al punto B — la fine della storia, il contatto con il UAV viene interrotto. Allo stesso modo, altri oggetti lungo il percorso influenzeranno la comunicazione, come irregolarità del terreno, edifici, foreste, ecc.
Consideriamo ora la figura 2, in cui un oggetto opaco copre completamente la zona di propagazione significativa dell'onda radio a frequenza 
, rendendo impossibile la comunicazione a questa frequenza. Allo stesso tempo, la comunicazione a frequenza 
è ancora possibile perché parte dell'energia «salta» sopra l'oggetto opaco. Minore è la frequenza, maggiore è la distanza a cui l'onda radio può propagarsi oltre l'orizzonte ottico, mantenendo una connessione stabile con il drone.
Fig. 2. Sovrapposizione di un'area significativa di propagazione delle onde radio
Il grado di influenza della superficie terrestre sulla comunicazione dipende anche dall'altezza delle antenne 
e 
. Maggiore è l'altezza delle antenne, maggiore è la distanza che possono avere i punti A e B senza che oggetti o superficie sottostante penetrino nell'area significativa.
Man mano che un oggetto o una superficie sottostante penetra nell'area significativa, l'intensità del campo nel punto B oscillerà , cioè sarà sia maggiore che minore della tensione media del campo. Questo avviene grazie alla riflessione dell'energia da un oggetto. L'energia riflessa può sommarsi nel punto B con l'energia principale in fase — allora si verifica un aumento nella tensione del campo, oppure in controfase — in tal caso si verifica una diminuzione della tensione del campo (anche piuttosto profonda). È importante tenere a mente questo effetto per comprendere le specificità della connessione con i droni. La perdita di connessione con il drone a una certa distanza può essere causata da una diminuzione locale della tensione del campo a causa delle oscillazioni, cioè se si percorre ancora una certa distanza, la connessione potrebbe riprendersi. La completa perdita di connessione si verificherà solo dopo che una significativa zona sarà completamente coperta da oggetti o da una superficie sottostante. In seguito saranno proposti metodi per affrontare le conseguenze delle oscillazioni della tensione del campo.
Formule per calcolare il moltiplicatore di attenuazione 
nella propagazione delle onde radio sopra una superficie liscia della Terra sono piuttosto complesse, specialmente per distanze 
, superiori alla distanza dell'orizzonte ottico . Pertanto, nella continua analisi del problema, ricorreremo alla modellazione matematica utilizzando un insieme di programmi informatici dell'autore. Consideriamo un problema tipico di trasmissione video da un UAV a un ricevitore utilizzando il modem 3D Link della società Geoskan. I dati iniziali sono i seguenti.
1. Altezza di montaggio dell'antenna del ricevitore: 5 m.
2. Altezza di volo dell'UAV: 1000 m.
3. Frequenza del collegamento radio: 2,45 GHz.
4. Guadagno dell'antenna del ricevitore: 17 dB.
5. Guadagno dell'antenna dell'UAV: 3 dB.
6. Potenza del trasmettitore: +25 dBm (300 mW).
7. Velocità nel canale video: 4 Mbit/sec.
8. Sensibilità del ricevitore nel canale video: -100,4 dBm (per la banda di frequenze occupata dal segnale di 12 MHz).
9. Superficie sottostante: terreno asciutto.
10. Polarizzazione: verticale.
La distanza di visibilità ottica diretta per questi dati iniziali sarà di 128,8 km. I risultati dei calcoli in termini di potenza del segnale all'ingresso del ricevitore del modem in dBm sono presentati nella fig. 3.
Fig. 3. Potenza del segnale all'ingresso del ricevitore del modem 3D Link
La curva blu nella Fig. 3 rappresenta la potenza del segnale all'ingresso del ricevitore NS, mentre la linea retta rossa indica la sensibilità di questo ricevitore. Sull'asse X è riportata la distanza in km, sull'asse Y — la potenza in dBm. Nei punti di distanza in cui la curva blu si trova al di sopra della linea rossa, è possibile ricevere video dal drone, altrimenti non ci sarà connessione. Dal grafico si vede che a causa delle oscillazioni la perdita di connessione avverrà nella gamma di distanze 35.5–35.9 km e successivamente nella gamma 55.3–58.6 km. Tuttavia, l'interruzione finale della connessione avverrà molto più in là — dopo 110.8 km di volo.
Come già detto in precedenza, le cadute nell'intensità del campo si verificano a causa della somma fuori fase nel punto in cui è collocata l'antenna NS del segnale diretto e di quello riflesso dalla superficie terrestre. Per evitare la perdita di connessione sull'NS a causa delle cadute, è necessario soddisfare 2 condizioni.
1. Utilizzare sull'NS un modem con almeno due canali di ricezione (RX diversity), ad esempio 3D Link .
2. Posizionare le antenne riceventi sulla torre NS ad altezza diversa.
La distribuzione delle altezze delle antenne riceventi deve essere eseguita in modo tale che i cali nell'intensità del campo nel punto in cui si trova un'antenna siano compensati dai livelli superiori alla sensibilità del ricevitore nel punto in cui si trova l'altra antenna. Nella fig. 4 è presentato il risultato di questo approccio per il caso in cui un'antenna NS è posizionata a un'altezza di 5 m (curva blu continua), mentre l'altra è a un'altezza di 4 m (curva blu tratteggiata).
Fig. 4. Potenza del segnale agli ingressi di due ricevitori del modem 3D Link da antenne posizionate a diverse altezze.
Dalla fig. 4 si può chiaramente vedere la fruttuosità di questo metodo. Infatti, per tutta la durata del volo dell'UAV, fino a una distanza di 110,8 km, il segnale all'ingresso di almeno un ricevitore NS supera il livello di sensibilità, il che significa che il video a bordo non sarà interrotto lungo l'intera distanza di volo.
Il metodo proposto, tuttavia, contribuisce a migliorare l'affidabilità del collegamento radio drone→stazione di terra, poiché la possibilità di installare le antenne a diverse altezze è presente solo sulla stazione di terra. Assicurare una differenza di altezza di 1 m per le antenne nel drone non è possibile. Per aumentare l'affidabilità del collegamento radio stazione di terra→drone, si possono utilizzare i seguenti approcci.
1. Inviare il segnale del trasmettitore della stazione di terra all'antenna che riceve dal drone il segnale più potente.
2. Utilizzare codici spazio-temporali, ad esempio il codice Alamouti. .
3. Utilizzare la tecnologia di gestione dell'antenna (beamforming) con la possibilità di controllare la potenza del segnale diretto verso ciascuna delle antenne.
Il primo metodo è vicino all'ottimale per la comunicazione con il drone. È semplice e tutta l'energia del trasmettitore è diretta nella giusta direzione — verso l'antenna posizionata in modo ottimale. Ad esempio, a una distanza di 50 km (vedi fig. 4), il segnale del trasmettitore è diretto verso un'antenna sospesa a 5 metri, e a una distanza di 60 km — verso un'antenna sospesa a 4 metri. Questo metodo è utilizzato nel modem 3D Link. . Il secondo metodo non utilizza dati aprioristici sullo stato del canale di comunicazione BLA→NS (livelli di segnale ricevuti sulle uscite delle antenne), quindi distribuisce l'energia del trasmettitore equamente tra due antenne, il che comporta inevitabilmente perdite di energia, poiché una delle antenne può trovarsi in una zona di caduta dell'intensità di campo. Il terzo metodo, per qualità del segnale, è equivalente al primo, ma molto più complesso da realizzare.
Esaminiamo ulteriormente il problema dell'influenza della frequenza delle onde radio sulla portata della comunicazione con BLA, tenendo conto dell'influenza della superficie sottostante. È stato dimostrato sopra che l'aumento della frequenza è vantaggioso, poiché a dimensioni fisse delle antenne aumenta la portata della comunicazione. Tuttavia, il problema della dipendenza 
dalla frequenza non è stato esaminato. Da ciò segue che il rapporto dei guadagni delle antenne, uguali in area e progettate per funzionare a frequenze 
e 
, è uguale a
(6)
Per 
2450 MHz; 
915 MHz otteniamo 
7.2 (8.5 dB). Circa così avviene nella pratica. Confrontiamo, ad esempio, le caratteristiche delle seguenti antenne del produttore Wireless Instruments:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (frequenza: 0.83–0.96 GHz; ampiezza del fascio: 70°/70°; guadagno: 8 dBi);
- WiBOX PA 24-15 [14] (frequenza: 2.3–2.5 GHz; ampiezza del fascio: 30°/30°; guadagno: 15 dBi).
È comodo confrontare i dati delle antenne, poiché sono realizzate in case di dimensioni uguali di 27x27 cm, quindi hanno la stessa superficie. Notiamo che il guadagno delle antenne differisce di 15−8=7 dB, il che è vicino al valore calcolato di 8.5 dB. Dalle caratteristiche delle antenne si evince anche che la larghezza del diagramma di radiazione dell'antenna nella gamma 2.3–2.5 GHz (30°/30°) è più di due volte più stretta rispetto alla larghezza del diagramma di radiazione dell'antenna nella gamma 0.83–0.96 GHz (70°/70°), dunque il guadagno delle antenne a dimensioni identiche aumenta effettivamente grazie al miglioramento delle proprietà direzionali. Considerando che nella linea di comunicazione vengono utilizzate 2 antenne, il rapporto 
sarà 2∙8.5=17 dB. Pertanto, a dimensioni identiche delle antenne, il budget energetico della linea radio a frequenza 
2450 MHz sarà maggiore di 17 dB rispetto al budget della linea a frequenza 
915 MHz. Nel calcolo prendiamo in considerazione anche il fatto che sugli UAV si utilizzano, di norma, antenne a stantuffo, per le quali le dimensioni non sono così critiche come per le antenne a pannello discusse. 
e 
cioè la differenza nei budget energetici delle linee sarà di 8,5 dB anziché 17 dB. I risultati del calcolo, effettuato per questi dati di partenza e con un'altezza di sospensione dell'antenna di 5 m, sono mostrati nella fig. 5.
Fig. 5. Potenza del segnale all'ingresso del ricevitore per le linee radio che operano a frequenze di 915 e 2450 MHz
Dalla fig. 5 si evince chiaramente che la distanza di comunicazione aumenta con l'aumento della frequenza operativa e con la stessa area dell'antenna. Si passa da 96,3 km per la linea radio a 915 MHz a 110,8 km per la linea a 2450 MHz. Tuttavia, la linea a 915 MHz ha una frequenza di oscillazione inferiore. Meno oscillazioni significano minori cali di intensità del campo, cioè minore probabilità di interruzioni nella comunicazione con il UAV lungo tutta la distanza di volo. È possibile che questo fatto giustifichi la popolarità della gamma di onde radio sotto il gigahertz per le linee di comunicazione comando e telemetria con i UAV come le più affidabili. Allo stesso tempo, attuando il complesso di azioni descritto sopra per proteggere dalle oscillazioni dell'intensità del campo, le linee radio nella gamma dei gigahertz garantiscono una maggiore distanza di comunicazione grazie al miglioramento delle proprietà direzionali delle antenne.
Dall'analisi della figura 5 si può concludere che nella zona d'ombra (dopo il segnale di 128,8 km) la riduzione della frequenza di lavoro della linea di comunicazione ha senso. Infatti, nel punto di circa -120 dBm, le curve di potenza per le frequenze 
e 
si intersecano. Cioè, utilizzando ricevitori con una sensibilità migliore di -120 dBm, la linea radio a una frequenza di 915 MHz garantirà una maggiore distanza di comunicazione. Tuttavia, in questo caso è necessario considerare la larghezza di banda richiesta per il link, poiché per un valore di sensibilità così elevato, la velocità di trasmissione dei dati sarà molto bassa. Ad esempio, il modem 3D Link anche se offre una sensibilità fino a -122 dBm, avrà una velocità totale (in entrambe le direzioni) di trasmissione di 23 kbit/s, che è, in linea di principio, sufficiente per la comunicazione KTRL con il UAV, ma decisamente insufficiente per la trasmissione di video a bordo. Pertanto, la banda sub-gigahertz ha davvero un leggero vantaggio rispetto alla banda gigahertz per KTRL, ma perde chiaramente in prestazioni nell'organizzazione delle linee video.
Nella scelta della frequenza delle linee radio, è importante considerare anche l'attenuazione del segnale durante la propagazione nell'atmosfera terrestre. Per le linee di comunicazione NS-BLA, l'attenuazione nell'atmosfera è causata da gas, pioggia, grandine, neve, nebbia e nuvole. Per le frequenze di lavoro delle linee radio inferiori a 6 GHz, l'attenuazione nei gas può essere trascurata. L'attenuazione più forte si osserva durante le piogge, in particolare quelle di elevata intensità (rovesci). Nella Tabella 1 sono riportati i dati sull'attenuazione per unità di lunghezza [dB/km] durante piogge di diversa intensità per frequenze comprese tra 3 e 6 GHz.
Tabella 1. Attenuazione delle onde radio [dB/km] durante piogge di diversa intensità in funzione della frequenza.
Frequenza [GHz]
3 mm/ora (debole)
12 mm/ora (moderata)
30 mm/ora (forte)
70 mm/ora (rovescio)
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
Dalla tabella 1 si evince che, ad esempio, a una frequenza di 3 GHz l'attenuazione nella pioggia sarà di circa 0,0087 dB/km, il che porterà a un'attenuazione totale di 0,87 dB su un percorso di 100 km. Con l'aumento della frequenza operativa della linea radio, l'attenuazione nella pioggia cresce drasticamente. A una frequenza di 4 GHz, l'attenuazione nella pioggia su questo stesso percorso sarà già di 9,1 dB, mentre a frequenze di 5 e 6 GHz sarà di 28 e 57 dB rispettivamente. Tuttavia, si presuppone che la pioggia con l'intensità specificata si verifichi lungo l'intero percorso, il che raramente avviene nella pratica. Tuttavia, quando si utilizzano i droni in zone dove frequenti piogge di alta intensità non sono rare, è consigliabile scegliere una frequenza operativa della linea radio inferiore a 3 GHz.
Letteratura
1. Smorodinov A.A. Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Diffusione delle onde radio e funzionamento delle linee radiocomunicazione. Comunicazione. Mosca. 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. C.A. Balanis. Teoria delle antenne. Analisi e design. Quarta edizione. John Wiley & Sons. 2016.
9. Articolo su Wikipedia.
10. Articolo su Wikipedia.
11.
12. S.M. Alamouti. «Una semplice tecnica di diversità di trasmissione per le comunicazioni wireless». IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 16 (8): 1451–1458.
13.
14.
Fonte: habr.com
