De taak om het communicatiebereik met een onbemand luchtvaartuig (UAV) te vergroten blijft relevant. In dit artikel worden methoden besproken om deze parameter te verbeteren. Het artikel is geschreven voor UAV-ontwikkelaars en operators en is een vervolg op een serie artikelen over communicatie met UAV’s (zie voor het begin van de serie .
Wat beïnvloedt het communicatiebereik
Het communicatiebereik is afhankelijk van het gebruikte modem, antennes, antennekabels, omstandigheden voor de voortplanting van radiogolven, externe interferentie en enkele andere redenen. Om de mate van invloed van een bepaalde parameter op het communicatiebereik te bepalen, moet u de bereikvergelijking overwegen
(1)
waar
— vereist communicatiebereik [meter];
— lichtsnelheid in vacuüm [m/sec];
— frequentie [Hz];
— modemzendervermogen [dBm];
— zenderantenneversterking [dBi];
— verliezen in de kabel van het modem naar de zendantenne [dB];
— antenneversterking ontvanger [dBi];
— verliezen in de kabel van het modem naar de ontvangstantenne [dB];
— gevoeligheid van de modemontvanger [dBm];
— dempingsvermenigvuldiger, rekening houdend met extra verliezen als gevolg van de invloed van het aardoppervlak, de vegetatie, de atmosfeer en andere factoren [dB].
Uit de vergelijking blijkt dat het bereik wordt bepaald door:
- het gebruikte modem;
- frequentie van het radiokanaal;
- gebruikte antennes;
- verliezen in kabels;
- invloed op de voortplanting van radiogolven vanaf het aardoppervlak, de vegetatie, de atmosfeer, gebouwen, enz.
Vervolgens worden de parameters die het bereik beïnvloeden afzonderlijk beschouwd.
Modem gebruikt
Het communicatiebereik is slechts afhankelijk van twee parameters van de modem: zendvermogen en ontvangergevoeligheid , of beter gezegd, vanwege hun verschil: het energiebudget van de modem
(2)
Om het communicatiebereik te vergroten, is het noodzakelijk om een modem met een grote waarde te kiezen . Toename op zijn beurt is het mogelijk door te vergroten of door te verminderen . Er moet de voorkeur worden gegeven aan het zoeken naar modems met een hoge gevoeligheid ( zo laag mogelijk), in plaats van het zendvermogen te vergroten . Deze kwestie wordt in het eerste artikel uitvoerig besproken. .
Naast materialen Het is de moeite waard om in gedachten te houden dat sommige fabrikanten, zoals Microhard Geef in de specificaties van sommige apparaten niet het gemiddelde aan, maar het piekvermogen van de zender, dat meerdere malen groter is dan het gemiddelde en dat niet kan worden gebruikt om het bereik te berekenen, aangezien dit ertoe zal leiden dat het berekende bereik het werkelijke bereik aanzienlijk overschrijdt waarde. Dergelijke apparaten omvatten bijvoorbeeld de populaire pDDL2450-module [,]. Dit feit volgt rechtstreeks uit de testresultaten van dit apparaat die zijn uitgevoerd om FCC-certificering te verkrijgen (zie pagina 58). Testresultaten voor FCC-gecertificeerde draadloze apparaten kunnen worden bekeken op de FCC ID-website door de juiste FCC-ID in de zoekbalk in te voeren, die op het label moet staan dat het type apparaat aangeeft. De FCC-ID van de pDDL2450-module is NS916pDDL2450.
Radiokanaalfrequentie
Uit de bereikvergelijking Hieruit volgt duidelijk dat hoe lager de werkfrequentie is , hoe groter het communicatiebereik . Maar laten we niet overhaast conclusies trekken. Feit is dat andere parameters in de vergelijking ook afhankelijk zijn van de frequentie. Antennewinst bijvoorbeeld и zal afhangen van de frequentie in het geval dat de maximale afmetingen van de antennes zijn vast, en dat is precies wat er in de praktijk gebeurt. Antenneversterking , uitgedrukt in dimensieloze eenheden (tijden), kan worden uitgedrukt in termen van het fysieke gebied van de antenne op de volgende manier
(3)
waar — antenne-apertuurefficiëntie, d.w.z. de verhouding tussen het effectieve antenneoppervlak en het fysieke gebied (afhankelijk van het antenneontwerp) .
Van Het is meteen duidelijk dat voor een vast antennegebied de versterking evenredig toeneemt met het kwadraat van de frequentie. Laten we vervangen в , nadat ik het eerder had herschreven gebruik van dimensieloze eenheden voor antenneversterking , , kabelverliezen , en verzwakkingsfactor , en ook Watts gebruiken voor и in plaats van dBm. Dan
(4)
waar is de coëfficiënt is een constante voor vaste antenneafmetingen. In deze situatie is het communicatiebereik dus recht evenredig met de frequentie, dat wil zeggen: hoe hoger de frequentie, hoe groter het bereik. Output. Met vaste afmetingen van de antennes leidt het verhogen van de frequentie van de radioverbinding tot een toename van het communicatiebereik door de directionele eigenschappen van de antennes te verbeteren. Houd er echter rekening mee dat naarmate de frequentie toeneemt, ook de verzwakking van radiogolven in de atmosfeer toeneemt, veroorzaakt door gassen, regen, hagel, sneeuw, mist en wolken. . Bovendien neemt met toenemende padlengte ook de verzwakking in de atmosfeer toe. Om deze reden is er voor elke padlengte en gemiddelde weersomstandigheden daarop een bepaalde maximale waarde van de draaggolffrequentie, beperkt door het toegestane niveau van signaalverzwakking in de atmosfeer. Laten we de uiteindelijke oplossing voor de vraag naar de invloed van de frequentie van een radiokanaal op het communicatiebereik overlaten aan het gedeelte waar de invloed van het aardoppervlak en de atmosfeer op de voortplanting van radiogolven zal worden overwogen.
Antennes
Het communicatiebereik wordt bepaald door een antenneparameter als de versterking (winst in Engelse terminologie), gemeten in dBi. Versterking is een belangrijke samengestelde parameter omdat deze rekening houdt met: (1) het vermogen van de antenne om de energie van de zender op de ontvanger te focussen in vergelijking met een isotrope zender (isotroop, vandaar de index i in dBi); (2) verliezen in de antenne zelf [,]. Om het communicatiebereik te vergroten, moet u antennes met de hoogst mogelijke versterkingswaarde selecteren uit de antennes die geschikt zijn in termen van gewichts- en afmetingenparameters en de mogelijkheden van het geleidingssysteem. Het vermogen van een antenne om energie te focusseren wordt niet gratis gegeven, maar alleen door de afmetingen (opening) van de antenne te vergroten. Hoe groter bijvoorbeeld de ontvangende antenne, hoe groter het gebied waarin deze energie kan verzamelen om aan de ontvangeringang te leveren, en hoe meer energie, hoe sterker het ontvangen signaal, d.w.z. het communicatiebereik neemt toe. U moet dus eerst beslissen over de maximale antenneafmetingen die geschikt zijn voor het probleem dat wordt opgelost en het zoekgebied beperken met deze parameter, en vervolgens zoeken naar een specifiek antennemodel, waarbij u zich richt op de maximale versterking. De tweede belangrijke antenneparameter voor de praktijk is de bundelbreedte.,], gemeten in hoekgraden. Typisch wordt de bundelbreedte gedefinieerd als de hoek tussen twee ruimtelijke richtingen vanaf het midden van de antenne waarbij de antenneversterking met 3 dB wordt verminderd ten opzichte van het maximum voor die antenne. De breedte van het patroon in azimut en elevatie kan sterk variëren. Deze parameter hangt nauw samen met de afmetingen van de antenne volgens de regel: grotere afmetingen - kleinere bundelbreedte. Deze parameter is niet direct opgenomen in de bereikvergelijking, maar het is deze parameter die de vereisten bepaalt voor het antennegeleidingssysteem van het grondstation (GS) op de UAV, aangezien de GS in de regel zeer gerichte antennes gebruikt, althans in gevallen waarin het bereik maximaal is, is communicatie met de UAV een prioriteit. Zolang het NS-volgsysteem ervoor zorgt dat de hoeknauwkeurigheid van het richten van de antenne op de UAV gelijk is aan de helft van de breedte van het patroon of minder, zal het niveau van het ontvangen/uitgezonden signaal niet onder de 3 dB van het maximum komen. Onder geen beding mag de helft van de bundelbreedte van de geselecteerde antenne kleiner zijn dan de hoekfout van het NS-antennerichtsysteem in azimut of elevatie.
kabels
Om het communicatiebereik te maximaliseren, moet u kabels gebruiken met de laagst mogelijke lineaire demping (kabelverzwakking of kabelverlies) op werken frequentie van de NS-UAV-radioverbinding. De lineaire demping in een kabel wordt gedefinieerd als de verhouding van het signaal aan de uitgang van een kabelsegment van 1 m (in het metrische systeem) tot het signaal aan de ingang van een kabelsegment, uitgedrukt in dB. Kabelverliezen opgenomen in de bereikvergelijking , worden bepaald door de lineaire demping te vermenigvuldigen met de kabellengte. Om het maximaal mogelijke communicatiebereik te verkrijgen, moet u dus kabels gebruiken met de laagst mogelijke lineaire demping en de lengte van deze kabels minimaliseren. Op de NS moeten modemunits direct op de mast naast de antennes worden geplaatst. In de UAV-behuizing moet het modem zo dicht mogelijk bij de antennes worden geplaatst. Het is ook de moeite waard om de impedantie van de geselecteerde kabel te controleren. Deze parameter wordt gemeten in Ohm en is meestal gelijk aan 50 of 75 Ohm. De impedantie van de kabel, de antenneconnector van het modem en de connector op de antenne zelf moeten gelijk zijn.
Impact van het aardoppervlak
In deze sectie zullen we kijken naar de voortplanting van radiogolven over een vlakte of zeeoppervlak. Deze situatie komt vaak voor in de praktijk van het gebruik van UAV's. UAV-monitoring van pijpleidingen, elektriciteitsleidingen, landbouwgewassen, veel militaire en speciale operaties - dit alles wordt goed beschreven door dit model. De menselijke ervaring schetst ons een beeld waarin communicatie tussen objecten mogelijk is als ze zich in het gebied van directe optische zichtbaarheid van elkaar bevinden, anders is communicatie onmogelijk. Radiogolven behoren echter niet tot het optische bereik, dus de situatie daarmee is enigszins anders. In dit opzicht is het voor de UAV-ontwikkelaar en -operator nuttig om de volgende twee feiten te onthouden.
1. Communicatie in het radiobereik is mogelijk, ook als er geen direct zicht is tussen de NS en de UAV.
2. De invloed van het onderliggende oppervlak op de communicatie met de UAV zal voelbaar zijn, zelfs als er geen objecten op de optische lijn van de NS-UAV zijn.
Om de specifieke kenmerken van de voortplanting van radiogolven nabij het aardoppervlak te begrijpen, is het nuttig om vertrouwd te raken met het concept van een aanzienlijk gebied van de voortplanting van radiogolven . Bij afwezigheid van objecten in een significante voortplantingszone van radiogolven kunnen bereikberekeningen worden uitgevoerd met behulp van formules voor de vrije ruimte, d.w.z. в kan gelijk worden gesteld aan 0. Als er objecten in de essentiële zone zijn, kan dit niet worden gedaan. In afb. 1 Op punt A bevindt zich een puntzender op een hoogte boven het aardoppervlak, dat elektromagnetische energie met gelijke intensiteit in alle richtingen uitzendt. Op punt B op hoogte er is een ontvanger voor het meten van de veldintensiteit. In dit model is het essentiële gebied voor de voortplanting van radiogolven een ellipsoïde met brandpunten op de punten A en B.
Rijst. 1. Aanzienlijk gebied van voortplanting van radiogolven
De straal van de ellipsoïde in zijn “dikste” deel wordt bepaald door de uitdrukking
(5)
Van het is duidelijk dat hangt af van de frequentie omgekeerd evenredig, hoe minder , hoe “dikker” de ellipsoïde ( in afb. 1). Bovendien neemt de “dikte” van de ellipsoïde toe met toenemende afstand tussen communicatieobjecten. Voor radiogolven kan een vrij indrukwekkende waarde hebben, dus wanneer 10 km We krijgen 2.45 GHz 50 tot 60 meter.
Laten we nu eens kijken naar het ondoorzichtige object afgebeeld door de grijze driehoek in Fig. 1. Het zal de voortplanting van radiogolven met een frequentie beïnvloeden , omdat het zich in een aanzienlijke voortplantingszone bevindt en vrijwel geen effect zal hebben op de voortplanting van radiogolven met een frequentie . Voor radiogolven in het optische bereik (licht): de waarde is klein, dus de invloed van het aardoppervlak op de voortplanting van licht is in de praktijk niet voelbaar. Gezien het feit dat het aardoppervlak een bol is, is het gemakkelijk te begrijpen naarmate de afstand groter wordt , zal het onderliggende oppervlak zich steeds meer in de belangrijke voortplantingszone verplaatsen, waardoor de energiestroom van punt A naar punt B wordt geblokkeerd - einde verhaal, de communicatie met de UAV wordt onderbroken. Andere objecten op de route, zoals oneffen terrein, gebouwen, bossen, enz., hebben een vergelijkbare invloed op de communicatie.
Laten we nu naar afb. 2 waarbij een ondoorzichtig object een aanzienlijk voortplantingsgebied van een radiogolf met een frequentie volledig bedekt , waardoor communicatie op deze frequentie onmogelijk wordt. Tegelijkertijd communicatie op de frequentie kan ook omdat een deel van de energie over het ondoorzichtige object ‘springt’. Hoe lager de frequentie, hoe verder voorbij de optische horizon de radiogolf zich kan voortplanten, waardoor een stabiele communicatie met de UAV behouden blijft.
Rijst. 2. Bestrijkt een aanzienlijk gebied van de voortplanting van radiogolven
De mate van invloed van het aardoppervlak op de communicatie hangt ook af van de hoogte van de antennes и . Hoe groter de hoogte van de antennes, hoe groter de afstand waarop de punten A en B uit elkaar kunnen worden verplaatst zonder dat objecten of het onderliggende oppervlak in een significant gebied kunnen vallen.
Naarmate het object of het onderliggende oppervlak een aanzienlijk gebied binnengaat, zal de veldsterkte op punt B oscilleren , dat wil zeggen dat deze groter of kleiner zal zijn dan de gemiddelde veldsterkte. Dit gebeurt als gevolg van de reflectie van energie van het object. De gereflecteerde energie kan op punt B worden opgeteld, waarbij de hoofdenergie in fase is - dan vindt er een stijging van de veldsterkte plaats, of in tegenfase - en dan treedt er een daling (en behoorlijk diep) op in de veldsterkte. Het is belangrijk om dit effect te onthouden om de specifieke kenmerken van de communicatie met UAV's te begrijpen. Verlies van communicatie met de UAV op een bepaald bereik kan veroorzaakt worden door een lokale afname van de veldsterkte als gevolg van trillingen, d.w.z. als je wat verder weg vliegt, kan de verbinding hersteld worden. Het uiteindelijke communicatieverlies zal pas optreden nadat een aanzienlijk gebied volledig is geblokkeerd door objecten of het onderliggende oppervlak. Vervolgens zullen methoden worden voorgesteld om de gevolgen van veldsterkte-oscillaties te bestrijden.
Formules voor het berekenen van de verzwakkingsfactor Bij het voortplanten van radiogolven over het gladde oppervlak van de aarde zijn ze behoorlijk complex, vooral als het om afstanden gaat , die het bereik van de optische horizon overschrijdt . Daarom zullen we bij verdere beschouwing van het probleem onze toevlucht nemen tot wiskundige modellen met behulp van de computerprogramma's van de auteur. Laten we eens kijken naar een typische taak waarbij video van een UAV naar een NS wordt verzonden met behulp van een 3D Link-modem van Geoscan-bedrijf. De initiële gegevens zijn als volgt.
1. Montagehoogte NS-antenne: 5 m.
2. UAV-vlieghoogte: 1000 m.
3. Radioverbindingsfrequentie: 2.45 GHz.
4. NS-antenneversterking: 17 dB.
5. UAV-antenneversterking: 3 dB.
6. Zendvermogen: +25 dBm (300 mW).
7. Snelheid videokanaal: 4 Mbit/sec.
8. Ontvangergevoeligheid in het videokanaal: −100.4 dBm (voor de frequentieband die wordt ingenomen door een 12 MHz-signaal).
9. Substraat: droge grond.
10. Polarisatie: verticaal.
De gezichtslijnafstand voor deze initiële gegevens bedraagt 128.8 km. De berekeningsresultaten in de vorm van signaalvermogen aan de ingang van de modemontvanger in dBm worden weergegeven in Fig. 3.
Rijst. 3. Signaalsterkte aan de ingang van de 3D Link-modemontvanger
De blauwe curve in afb. 3 is het signaalvermogen aan de ingang van de NS ontvanger, de rode rechte lijn geeft de gevoeligheid van deze ontvanger aan. Op de X-as staat het bereik in km, en op de Y-as het vermogen in dBm. Op die bereikpunten waar de blauwe curve boven de rode ligt, is directe video-ontvangst van de UAV mogelijk, anders is er geen communicatie. De grafiek laat zien dat als gevolg van trillingen communicatieverlies zal optreden in het bereik van 35.5–35.9 km en verder in het bereik van 55.3–58.6 km. In dit geval zal de definitieve ontkoppeling veel verder plaatsvinden - na 110.8 km vliegen.
Zoals hierboven vermeld ontstaan dips in de veldsterkte als gevolg van de toevoeging in tegenfase ter plaatse van de NS-antenne van het directe signaal en het door het aardoppervlak gereflecteerde signaal. Het wegvallen van de communicatie op de NS door storingen kun je verhelpen door aan 2 voorwaarden te voldoen.
1. Gebruik op de NS een modem met minimaal twee ontvangstkanalen (RX diversiteit), bijvoorbeeld 3D Link .
2. Plaats de ontvangstantennes op de NS-mast verschillend hoogte.
De afstand tussen de hoogtes van de ontvangstantennes moet zo worden gemaakt dat dips in veldsterkte ter plaatse van de ene antenne worden gecompenseerd door niveaus hoger dan de gevoeligheid van de ontvanger ter plaatse van de andere antenne. In afb. Figuur 4 toont het resultaat van deze aanpak voor het geval waarin één NS-antenne zich op een hoogte van 5 m bevindt (blauwe doorgetrokken curve) en de andere op een hoogte van 4 m (blauwe stippellijn).
Rijst. 4. Signaalvermogen aan de ingangen van twee 3D Link-modemontvangers van antennes die zich op verschillende hoogtes bevinden
Vanaf afb. Figuur 4 laat duidelijk de vruchtbaarheid van deze methode zien. Gedurende de gehele vliegafstand van de UAV, tot een bereik van 110.8 km, overschrijdt het signaal aan de ingang van ten minste één NS-ontvanger het gevoeligheidsniveau, dat wil zeggen dat de video van het bord niet gedurende de hele vlucht wordt onderbroken. afstand.
De voorgestelde methode helpt echter alleen de betrouwbaarheid van de UAV → NS-radioverbinding te vergroten, aangezien de mogelijkheid om antennes op verschillende hoogtes te installeren alleen op de NS beschikbaar is. Op een UAV is het niet mogelijk om een hoogtescheiding van antennes van 1 m te garanderen. Om de betrouwbaarheid van de NS → UAV-radioverbinding te vergroten, kunnen de volgende benaderingen worden gebruikt.
1. Voer het NS-zendersignaal naar de antenne die een krachtiger signaal van de UAV ontvangt.
2. Gebruik ruimte-tijdcodes, zoals de Alamouti-code .
3. Gebruik antennebundelvormingstechnologie met de mogelijkheid om het signaalvermogen dat naar elke antenne wordt gestuurd te regelen.
De eerste methode is bijna optimaal voor het communicatieprobleem met een UAV. Het is eenvoudig en daarin wordt alle zendenergie in de goede richting gestuurd - naar een optimaal geplaatste antenne. Op een bereik van 50 km (zie figuur 4) wordt het zendersignaal bijvoorbeeld naar een antenne gevoerd die op 5 meter hangt, en op een bereik van 60 km naar een antenne die op 4 meter hangt. Dit is de methode die wordt gebruikt in het 3D Link-modem . De tweede methode maakt geen gebruik van a priori gegevens over de status van het UAV → NS-communicatiekanaal (niveaus van ontvangen signalen aan de antenne-uitgangen), dus verdeelt de zenderenergie gelijkmatig over twee antennes, wat onvermijdelijk tot energieverliezen leidt, aangezien één van de antennes kan een gatveldsterkte hebben. De derde methode is qua communicatiekwaliteit gelijkwaardig aan de eerste, maar is veel moeilijker te implementeren.
Laten we de kwestie van de invloed van de radiogolffrequentie op het communicatiebereik met de UAV verder bekijken, rekening houdend met de invloed van het onderliggende oppervlak. Hierboven is gebleken dat het verhogen van de frequentie gunstig is, omdat dit bij vaste afmetingen van de antennes tot een vergroting van het communicatiebereik leidt. Echter, de kwestie van afhankelijkheid Er werd geen rekening gehouden met de frequentie. Van hieruit volgt dat de verhouding van de winsten van antennes gelijk is in oppervlakte en ontworpen om op frequenties te werken и , is gelijk aan
(6)
Voor 2450 MHz; We krijgen 915 MHz 7.2 (8.5 dB). Dit is ongeveer wat er in de praktijk gebeurt. Laten we bijvoorbeeld de parameters van de volgende antennes van Wireless Instruments vergelijken:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (frequentie: 0.83–0.96 GHz; straalbreedte: 70°/70°; versterking: 8 dBi);
- WiBOX PA 24-15 [14] (frequentie: 2.3–2.5 GHz; straalbreedte: 30°/30°; versterking: 15 dBi).
Het is handig om deze antennes te vergelijken, omdat ze in dezelfde behuizingen van 27x27 cm zijn gemaakt, d.w.z. ze hebben hetzelfde oppervlak. Merk op dat de antenneversterking 15−8=7 dB verschilt, wat dichtbij de berekende waarde van 8.5 dB ligt. Uit de kenmerken van de antennes blijkt ook dat de breedte van het antennepatroon voor het bereik 2.3–2.5 GHz (30°/30°) ruim twee keer zo smal is als de breedte van het antennepatroon voor het bereik 0.83–0.96. GHz (70°/70°), d.w.z. de versterking van antennes met dezelfde afmetingen neemt feitelijk toe als gevolg van de verbetering van de richtingseigenschappen. Rekening houdend met het feit dat er 2 antennes worden gebruikt in de communicatielijn, wordt de verhouding bepaald zal 2∙8.5=17 dB zijn. Zo wordt bij dezelfde antenneafmetingen het energiebudget van een radioverbinding met een frequentie verlaagd 2450 MHz zal 17 dB meer zijn dan het lijnbudget met frequentie 915 MHz. Bij de berekening houden we er ook rekening mee dat UAV’s in de regel sprietantennes gebruiken waarvan de afmetingen niet zo kritisch zijn als bij de beschouwde NS paneelantennes. Daarom accepteren we de UAV-antennewinsten voor frequenties и gelijkwaardig. Die. het verschil in de energiebudgetten van de lijnen zal 8.5 dB bedragen, niet 17 dB. De resultaten van de berekening die is uitgevoerd voor deze initiële gegevens en de 5 m hoogte van de NS-antenne worden getoond in Fig. 5.
Rijst. 5. Signaalvermogen bij de ontvangeringang voor radioverbindingen die werken op de frequenties 915 en 2450 MHz
Vanaf afb. Uit Figuur 5 blijkt duidelijk dat het communicatiebereik bij verhoging van de werkfrequentie en hetzelfde oppervlak van de NS-antenne toeneemt van 96.3 km voor een radioverbinding met een frequentie van 915 MHz naar 110.8 km voor een verbinding met een frequentie van 2450 MHz . De lijn bij 915 MHz heeft echter een lagere oscillatiefrequentie. Minder oscillaties betekenen minder dalingen in de veldsterkte, dat wil zeggen minder kans op onderbreking van de communicatie met de UAV over de gehele vliegafstand. Misschien is het dit feit dat de populariteit van het sub-gigahertz radiogolfbereik voor commando- en telemetriecommunicatielijnen bepaalt, waarbij UAV's als de meest betrouwbare worden beschouwd. Tegelijkertijd bieden radioverbindingen in het gigahertz-bereik bij het uitvoeren van de hierboven beschreven reeks acties ter bescherming tegen veldsterkte-oscillaties een groter communicatiebereik door de directionele eigenschappen van antennes te verbeteren.
Uit beschouwing van Fig. 5 kunnen we ook concluderen dat in de schaduwzone (na de 128.8 km-markering) het verlagen van de werkfrequentie van de communicatielijn zinvol is. Op een punt van ongeveer −120 dBm kromt het vermogen voor frequenties и snijden. Die. Bij gebruik van ontvangers met een gevoeligheid beter dan −120 dBm zal een radioverbinding op een frequentie van 915 MHz een groter communicatiebereik opleveren. In dit geval moet echter rekening worden gehouden met de vereiste verbindingsbandbreedte bij een dergelijke hoge gevoeligheidswaarde zal de informatiesnelheid zeer laag zijn. Bijvoorbeeld 3D Link-modem Hoewel het een gevoeligheid biedt tot −122 dBm, zal de totale informatieoverdrachtsnelheid (in beide richtingen) 23 kbit/sec zijn, wat in principe voldoende is voor KTRL-communicatie met een UAV, maar duidelijk niet genoeg voor het verzenden van video van bovenaf. bord. Het sub-gigahertz-bereik heeft dus inderdaad een klein voordeel ten opzichte van het gigahertz-bereik voor KTRL, maar verliest duidelijk aan kenmerken bij het organiseren van videolijnen.
Bij het kiezen van een radioverbindingsfrequentie moet u ook rekening houden met de verzwakking van het signaal terwijl het zich door de atmosfeer van de aarde voortplant. Bij NS-UAV-communicatieverbindingen wordt verzwakking in de atmosfeer veroorzaakt door gassen, regen, hagel, sneeuw, mist en wolken . Voor werkfrequenties van radioverbindingen van minder dan 6 GHz kan de verzwakking in gassen worden verwaarloosd . De ernstigste verzwakking wordt waargenomen bij regen, vooral bij hoge intensiteit (buien). Tabel 1 toont de gegevens door lineaire verzwakking [dB/km] bij regenval van verschillende intensiteit voor frequenties van 3–6 GHz.
Tabel 1. Lineaire verzwakking van radiogolven [dB/km] bij regen met verschillende intensiteiten, afhankelijk van de frequentie
Frequentie [GHz]
3 mm/uur (zwak)
12 mm/uur (matig)
30 mm/uur (sterk)
70 mm/uur (regen)
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
Van de tafel 1 volgt hieruit dat bijvoorbeeld bij een frequentie van 3 GHz de demping bij een bui ongeveer 0.0087 dB/km zal bedragen, wat op een traject van 100 km een totale demping van 0.87 dB zal opleveren. Naarmate de werkfrequentie van de radioverbinding toeneemt, neemt de demping bij regen sterk toe. Voor een frequentie van 4 GHz zal de demping bij een bui op hetzelfde pad al 9.1 dB bedragen, en bij frequenties van 5 en 6 GHz respectievelijk 28 en 57 dB. In dit geval wordt echter aangenomen dat er langs het gehele traject regen met een bepaalde intensiteit voorkomt, wat in de praktijk zelden voorkomt. Wanneer UAV's echter worden gebruikt in gebieden waar veel regen met hoge intensiteit voorkomt, wordt aanbevolen een werkfrequentie van de radioverbinding lager dan 3 GHz te selecteren.
Literatuur
1. Smorodinov A.A. Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Voortplanting van radiogolven en werking van radioverbindingen. Verbinding. Moskou. 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. C.A. Balanis. Antenne theorie. Analyse en ontwerp. Vierde druk. John Wiley & Zonen. 2016.
9. Wikipedia-artikel.
10. Wikipedia-artikel.
11.
12. S.M. Alamouti. "Een eenvoudige zenddiversiteitstechniek voor draadloze communicatie." IEEE Journal over geselecteerde gebieden in de communicatie. 16(8):1451–1458.
13.
14.
Bron: www.habr.com