Zadanie zwiększenia zasięgu łączności z bezzałogowym statkiem powietrznym (UAV) pozostaje aktualne. W artykule omówiono metody poprawy tego parametru. Artykuł został napisany z myślą o programistach i operatorach UAV i stanowi kontynuację serii artykułów na temat komunikacji z UAV (początek serii zob. .
Co wpływa na zasięg komunikacji
Zasięg komunikacji zależy od użytego modemu, anten, kabli antenowych, warunków propagacji fal radiowych, zakłóceń zewnętrznych i kilku innych powodów. Aby określić stopień wpływu danego parametru na zasięg komunikacji, należy wziąć pod uwagę równanie zasięgu
(1)
gdzie
— wymagany zasięg komunikacji [metry];
— prędkość światła w próżni [m/s];
— częstotliwość [Hz];
— moc nadajnika modemu [dBm];
— zysk anteny nadajnika [dBi];
— straty w kablu od modemu do anteny nadajnika [dB];
— zysk anteny odbiornika [dBi];
— straty w kablu od modemu do anteny odbiorczej [dB];
— czułość odbiornika modemu [dBm];
— mnożnik tłumienia, uwzględniający dodatkowe straty na skutek wpływu powierzchni Ziemi, roślinności, atmosfery i innych czynników [dB].
Z równania widać, że zakres jest określony przez:
- używany modem;
- częstotliwość kanału radiowego;
- używane anteny;
- straty w kablach;
- wpływ na propagację fal radiowych z powierzchni Ziemi, roślinności, atmosfery, budynków itp.
Następnie oddzielnie rozważa się parametry wpływające na zasięg.
Modem używany
Zasięg komunikacji zależy wyłącznie od dwóch parametrów modemu: mocy nadajnika i czułość odbiornika , a raczej z ich różnicy - budżet energetyczny modemu
(2)
Aby zwiększyć zasięg komunikacji należy wybrać modem o dużej wartości . Zwiększyć z kolei jest to możliwe poprzez zwiększanie lub poprzez redukcję . Preferowane jest poszukiwanie modemów o dużej czułości ( tak niskie, jak to możliwe), zamiast zwiększać moc nadajnika . Zagadnienie to zostało szczegółowo omówione w pierwszym artykule. .
Oprócz materiałów Warto pamiętać, że niektórzy producenci, jak np. Microhard , w specyfikacjach niektórych urządzeń należy podać nie średnią, ale moc szczytową nadajnika, która jest kilkakrotnie większa od średniej i której nie można wykorzystać do obliczenia zasięgu, ponieważ spowoduje to, że obliczony zasięg znacznie przekroczy rzeczywisty wartość. Do takich urządzeń można zaliczyć np. popularny moduł pDDL2450 [,] Fakt ten wynika bezpośrednio z wyników testów tego urządzenia przeprowadzonych w celu uzyskania certyfikatu FCC (patrz strona 58). Wyniki testów urządzeń bezprzewodowych z certyfikatem FCC można wyświetlić w witrynie internetowej FCC ID wpisując w wyszukiwarkę odpowiedni identyfikator FCC ID, który powinien znajdować się na etykiecie wskazującej typ urządzenia. Identyfikator FCC modułu pDDL2450 to NS916pDDL2450.
Częstotliwość kanału radiowego
Z równania zakresu Wynika z tego jasno, że im niższa jest częstotliwość robocza , tym większy zasięg komunikacji . Ale nie spieszmy się z wnioskami. Faktem jest, że inne parametry zawarte w równaniu również zależą od częstotliwości. Na przykład zyski anteny и będzie zależeć od częstotliwości w przypadku maksymalnych wymiarów anten naprawił, co dokładnie dzieje się w praktyce. Zysk anteny , wyrażone w jednostkach bezwymiarowych (razach), można wyrazić jako powierzchnię fizyczną anteny w następujący sposób
(3)
gdzie — efektywność apertury anteny, czyli stosunek powierzchni efektywnej anteny do powierzchni fizycznej (w zależności od konstrukcji anteny) .
Z Od razu widać, że dla stałego obszaru anteny wzmocnienie wzrasta proporcjonalnie do kwadratu częstotliwości. Zastąpmy в , po wcześniejszym przepisaniu użycie jednostek bezwymiarowych do określenia zysków anteny , , straty kablowe , i współczynnik tłumienia , a także używanie Watts dla и zamiast dBm. Następnie
(4)
gdzie jest współczynnik jest stałą dla stałych wymiarów anteny. Zatem w tej sytuacji zasięg komunikacji jest wprost proporcjonalny do częstotliwości, tj. im wyższa częstotliwość, tym większy zasięg. Wyjście. Przy stałych wymiarach anten zwiększenie częstotliwości łącza radiowego prowadzi do zwiększenia zasięgu komunikacji poprzez poprawę właściwości kierunkowych anten. Należy jednak pamiętać, że wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta tłumienie fal radiowych w atmosferze spowodowane gazami, deszczem, gradem, śniegiem, mgłą i chmurami. . Co więcej, wraz ze wzrostem długości ścieżki wzrasta również tłumienie w atmosferze. Z tego powodu dla każdej długości ścieżki i panujących na niej przeciętnych warunków atmosferycznych istnieje pewna maksymalna wartość częstotliwości nośnej, ograniczona dopuszczalnym poziomem tłumienia sygnału w atmosferze. Ostateczne rozwiązanie kwestii wpływu częstotliwości kanału radiowego na zasięg komunikacji zostawmy do części, w której rozważymy wpływ powierzchni Ziemi i atmosfery na propagację fal radiowych.
Anteny
Zasięg komunikacji jest określony przez taki parametr anteny, jak zysk (wzmocnienie w terminologii angielskiej), mierzone w dBi. Wzmocnienie jest ważnym parametrem złożonym, ponieważ uwzględnia: (1) zdolność anteny do skupiania energii nadajnika w kierunku odbiornika w porównaniu z emiterem izotropowym (izotropowym, stąd wskaźnik i w dBi); (2) straty w samej antenie [,] Aby zwiększyć zasięg komunikacji, należy wybrać anteny o jak największym wzmocnieniu spośród tych, które są odpowiednie pod względem parametrów wagowych i gabarytowych oraz możliwości systemu naprowadzania. Zdolność anteny do skupiania energii nie jest dana za darmo, a jedynie poprzez zwiększenie wymiarów (apertury) anteny. Przykładowo, im większa antena odbiorcza, tym większą powierzchnię będzie w stanie zebrać energię, aby dostarczyć ją na wejście odbiornika, a im więcej energii, tym silniejszy będzie odbierany sygnał, czyli zwiększy się zasięg komunikacji. Dlatego należy najpierw określić maksymalne wymiary anteny adekwatne do rozwiązywanego problemu i zawęzić obszar poszukiwań tym parametrem, a następnie wyszukać konkretny model anteny, skupiając się na maksymalnym wzmocnieniu. Drugim ważnym parametrem anteny w praktyce jest szerokość wiązki [,], mierzone w stopniach kątowych. Zazwyczaj szerokość wiązki definiuje się jako kąt pomiędzy dwoma kierunkami przestrzennymi od środka anteny, przy którym zysk anteny zmniejsza się o 3 dB w stosunku do wartości maksymalnej dla tej anteny. Szerokość wzoru w azymucie i elewacji może się znacznie różnić. Parametr ten jest ściśle powiązany z wymiarami anteny w myśl zasady: większe wymiary - mniejsza szerokość wiązki. Parametr ten nie jest bezpośrednio uwzględniony w równaniu zasięgu, ale to on określa wymagania dla systemu naprowadzania anteny stacji naziemnej (GS) na UAV, ponieważ GS z reguły korzysta z anten silnie kierunkowych, przynajmniej w przypadkach gdzie zasięg jest maksymalny, priorytetem jest komunikacja z UAV. Rzeczywiście, o ile system śledzenia NS zapewnia dokładność kątową skierowania anteny w stronę UAV równą połowie szerokości wzorca lub mniejszą, poziom odbieranego/emitowanego sygnału nie spadnie poniżej 3 dB od wartości maksymalnej. W żadnym wypadku połowa szerokości wiązki wybranej anteny nie powinna być mniejsza niż błąd kątowy systemu wskazującego anteny NS w azymucie lub elewacji.
Kable
Aby zmaksymalizować zasięg komunikacji, należy zastosować kable o możliwie najniższym tłumieniu liniowym (tłumienie w kablu lub tłumienie kabla) na pracujący częstotliwość łącza radiowego NS-UAV. Tłumienie liniowe w kablu definiuje się jako stosunek sygnału na wyjściu odcinka kabla o długości 1 m (w systemie metrycznym) do sygnału na wejściu odcinka kabla, wyrażony w dB. Straty kablowe uwzględnione w równaniu zakresu , określa się poprzez pomnożenie tłumienia liniowego przez długość kabla. Zatem, aby uzyskać maksymalny możliwy zasięg komunikacji, należy zastosować kable o jak najniższym tłumieniu liniowym i zminimalizować długość tych kabli. W sieci NS moduły modemowe muszą być instalowane bezpośrednio na maszcie obok anten. W korpusie UAV modem powinien być umieszczony jak najbliżej anten. Warto także sprawdzić impedancję wybranego kabla. Parametr ten mierzony jest w omach i zwykle wynosi 50 lub 75 omów. Impedancja kabla, złącza antenowego modemu i złącza samej anteny muszą być równe.
Wpływ powierzchni Ziemi
W tej części przyjrzymy się propagacji fal radiowych na powierzchni równiny lub morza. Taka sytuacja często ma miejsce w praktyce użytkowania UAV. Monitoring UAV rurociągów, linii energetycznych, upraw rolnych, wielu operacji wojskowych i specjalnych – wszystko to dobrze opisuje ten model. Doświadczenie ludzkie rysuje nam obraz, w którym komunikacja między obiektami jest możliwa, jeśli znajdują się one w polu bezpośredniej widoczności optycznej, w przeciwnym razie komunikacja nie jest możliwa. Fale radiowe nie należą jednak do zakresu optycznego, więc sytuacja z nimi jest nieco inna. W związku z tym przydatne jest, aby projektant i operator UAV pamiętał o dwóch następujących faktach.
1. Komunikacja w zakresie radiowym jest możliwa nawet przy braku bezpośredniej widoczności pomiędzy NS a UAV.
2. Wpływ podłoża na komunikację z UAV będzie odczuwalny nawet wtedy, gdy na linii optycznej NS-UAV nie będzie żadnych obiektów.
Aby zrozumieć specyfikę propagacji fal radiowych w pobliżu powierzchni Ziemi, warto zapoznać się z koncepcją znacznego obszaru propagacji fal radiowych . W przypadku braku obiektów w istotnej strefie propagacji fal radiowych, obliczenia zasięgu można wykonać korzystając ze wzorów na wolną przestrzeń, tj. в można przyjąć wartość równą 0. Jeśli w strefie istotnej znajdują się obiekty, nie można tego zrobić. Na ryc. 1 w punkcie A znajduje się emiter punktowy umieszczony na wysokości nad powierzchnią Ziemi, która emituje energię elektromagnetyczną we wszystkich kierunkach z równą intensywnością. W punkcie B na wysokości znajduje się odbiornik do pomiaru natężenia pola. W tym modelu zasadniczym obszarem propagacji fal radiowych jest elipsoida z ogniskami w punktach A i B.
Ryż. 1. Znaczący obszar propagacji fal radiowych
Promień elipsoidy w jej „najgrubszej” części określa wyrażenie
(5)
Z jest oczywiste, że zależy od częstotliwości odwrotnie proporcjonalnie, tym mniej , im „grubsza” elipsoida ( na ryc. 1). Ponadto „grubość” elipsoidy rośnie wraz ze wzrostem odległości między obiektami komunikacyjnymi. Dla fal radiowych może mieć dość imponującą wartość, więc kiedy 10 km, Dostajemy 2.45 GHz 50 ÷ 60 m.
Rozważmy teraz nieprzezroczysty obiekt przedstawiony przez szary trójkąt na ryc. 1. Będzie to miało wpływ na propagację fal radiowych o określonej częstotliwości , ponieważ znajduje się w znacznej strefie propagacji i nie będzie miał praktycznie żadnego wpływu na propagację fal radiowych o częstotliwości . Dla fal radiowych w zakresie optycznym (światło) wartość jest niewielka, dlatego w praktyce wpływ powierzchni Ziemi na propagację światła nie jest odczuwalny. Biorąc pod uwagę, że powierzchnia Ziemi jest kulą, łatwo to zrozumieć wraz ze wzrostem odległości , znajdująca się pod spodem powierzchnia będzie coraz bardziej przesuwać się do istotnej strefy propagacji, blokując w ten sposób przepływ energii z punktu A do punktu B – koniec historii, komunikacja z UAV zostanie przerwana. Inne obiekty na trasie, takie jak nierówny teren, budynki, lasy itp., będą miały podobny wpływ na komunikację.
Spójrzmy teraz na rys. 2, w którym nieprzezroczysty przedmiot całkowicie pokrywa znaczny obszar propagacji fali radiowej o częstotliwości uniemożliwiając komunikację na tej częstotliwości. Jednocześnie komunikacja na częstotliwości jest to możliwe również dlatego, że część energii „przeskakuje” nad nieprzezroczystym przedmiotem. Im niższa częstotliwość, tym dalej poza horyzont optyczny fala radiowa może się rozchodzić, utrzymując stabilną komunikację z UAV.
Ryż. 2. Obejmujący znaczny obszar propagacji fal radiowych
Stopień wpływu powierzchni Ziemi na komunikację zależy również od wysokości anten и . Im większa wysokość anten, tym większa odległość, na jaką punkty A i B można odsunąć od siebie, nie pozwalając, aby przedmioty lub znajdująca się pod nimi powierzchnia wpadły na znaczny obszar.
Gdy obiekt lub znajdująca się pod nim powierzchnia przemieszcza się na znaczny obszar, natężenie pola w punkcie B będzie oscylować , czyli będzie ono większe lub mniejsze od średniego natężenia pola. Dzieje się tak na skutek odbicia energii od obiektu. Energię odbitą można dodać w punkcie B, gdy energia główna jest w fazie – wtedy następuje wzrost natężenia pola, lub w przeciwfazie – wtedy następuje spadek (i to dość głęboki) natężenia pola. Warto pamiętać o tym efekcie, aby zrozumieć specyfikę komunikacji z UAV. Utrata komunikacji z UAV na określonym zasięgu może być spowodowana lokalnym spadkiem natężenia pola na skutek oscylacji, tzn. jeśli przelecisz na większą odległość, połączenie będzie można przywrócić. Ostateczna utrata komunikacji nastąpi dopiero po całkowitym zablokowaniu znacznego obszaru przez przedmioty lub znajdującą się pod nim powierzchnię. Następnie zaproponowane zostaną metody zwalczania skutków oscylacji natężenia pola.
Wzory do obliczania współczynnika tłumienia Podczas propagacji fal radiowych po gładkiej powierzchni Ziemi są one dość złożone, szczególnie w przypadku odległości , przekraczający zasięg horyzontu optycznego . Dlatego też w dalszym rozważaniu problemu będziemy uciekać się do modelowania matematycznego z wykorzystaniem autorskiego zestawu programów komputerowych. Rozważmy typowe zadanie przesyłania wideo z UAV do NS za pomocą modemu 3D Link firmy Geoscan. Wstępne dane są następujące.
1. Wysokość montażu anteny NS: 5 m.
2. Wysokość lotu UAV: 1000 m.
3. Częstotliwość łącza radiowego: 2.45 GHz.
4. Zysk anteny NS: 17 dB.
5. Zysk anteny UAV: 3 dB.
6. Moc nadajnika: +25 dBm (300 mW).
7. Szybkość kanału wideo: 4 Mbit/s.
8. Czułość odbiornika w kanale wideo: −100.4 dBm (dla pasma częstotliwości zajmowanego przez sygnał 12 MHz).
9. Podłoże: sucha gleba.
10. Polaryzacja: pionowa.
Odległość w linii wzroku dla tych początkowych danych wyniesie 128.8 km. Wyniki obliczeń w postaci mocy sygnału na wejściu odbiornika modemu w dBm przedstawiono na rys. 3.
Ryż. 3. Siła sygnału na wejściu odbiornika modemu 3D Link
Niebieska krzywa na ryc. 3 to moc sygnału na wejściu odbiornika NS, czerwona linia prosta wskazuje czułość tego odbiornika. Oś X pokazuje zasięg w km, a oś Y moc w dBm. W tych punktach zasięgu, gdzie niebieska krzywa leży nad czerwoną, możliwy jest bezpośredni odbiór wideo z UAV, w przeciwnym razie komunikacja nie będzie możliwa. Z wykresu wynika, że na skutek oscylacji utrata łączności wystąpi w zakresie 35.5–35.9 km i dalej w zakresie 55.3–58.6 km. W tym przypadku ostateczne rozłączenie nastąpi znacznie dalej – po 110.8 km lotu.
Jak wspomniano powyżej, spadki natężenia pola powstają w wyniku dodania w przeciwfazie w miejscu anteny NS sygnału bezpośredniego i sygnału odbitego od powierzchni Ziemi. Możesz pozbyć się utraty komunikacji na NS z powodu awarii, spełniając 2 warunki.
1. Użyj modemu na NS z co najmniej dwoma kanałami odbiorczymi (różnorodność RX), na przykład 3D Link .
2. Umieść anteny odbiorcze na maszcie NS różny wysokość
Rozstaw wysokości anten odbiorczych musi być tak dobrany, aby spadki natężenia pola w miejscu jednej anteny były kompensowane przez poziomy wyższe niż czułość odbiornika w miejscu położenia drugiej anteny. Na ryc. Rysunek 4 przedstawia wynik tego podejścia dla przypadku, gdy jedna antena NS jest zlokalizowana na wysokości 5 m (niebieska krzywa ciągła), a druga na wysokości 4 m (niebieska krzywa przerywana).
Ryż. 4. Moc sygnału na wejściach dwóch odbiorników modemów 3D Link z anten umieszczonych na różnych wysokościach
Z ryc. Rycina 4 wyraźnie pokazuje skuteczność tej metody. Rzeczywiście, na całym dystansie lotu UAV, aż do zasięgu 110.8 km, sygnał na wejściu co najmniej jednego odbiornika NS przekracza poziom czułości, czyli obraz z tablicy nie zostanie przerwany przez cały lot dystans.
Zaproponowana metoda pozwala jednak zwiększyć niezawodność łącza radiowego UAV → NS, ponieważ możliwość instalowania anten na różnych wysokościach jest dostępna tylko na NS. Na UAV nie jest możliwe zapewnienie odstępu między antenami wynoszącego 1 m. Aby zwiększyć niezawodność łącza radiowego NS → UAV, można zastosować następujące podejścia.
1. Doprowadź sygnał nadajnika NS do anteny, która odbiera silniejszy sygnał z UAV.
2. Używaj kodów czasoprzestrzennych, takich jak kod Alamouti .
3. Wykorzystaj technologię kształtowania wiązki antenowej z możliwością kontrolowania mocy sygnału wysyłanego do każdej anteny.
Pierwsza metoda jest bliska optymalnej w problematyce komunikacji z UAV. Jest to proste, a w nim cała energia nadajnika skierowana jest we właściwym kierunku – do optymalnie umieszczonej anteny. Przykładowo, w odległości 50 km (patrz rys. 4) sygnał z nadajnika podawany jest do anteny zawieszonej na 5 metrach, a w odległości 60 km - do anteny zawieszonej na 4 metrach. Jest to metoda stosowana w modemie 3D Link . Druga metoda nie wykorzystuje danych apriorycznych o stanie kanału komunikacyjnego UAV → NS (poziomach odbieranych sygnałów na wyjściach antenowych), dlatego dzieli energię nadajnika równomiernie pomiędzy dwie anteny, co nieuchronnie prowadzi do strat energii, ponieważ jedna anten może znajdować się w polu o natężeniu otworu. Trzecia metoda jest równoważna pierwszej pod względem jakości komunikacji, ale jest znacznie trudniejsza do wdrożenia.
Rozważmy dalej kwestię wpływu częstotliwości fal radiowych na zasięg komunikacji z UAV, biorąc pod uwagę wpływ podłoża. Wykazano powyżej, że zwiększenie częstotliwości jest korzystne, ponieważ przy stałych wymiarach anten prowadzi to do zwiększenia zasięgu komunikacji. Jednak kwestia zależności częstotliwość nie była brana pod uwagę. Z wynika z tego, że stosunek zysków anten ma jednakową powierzchnię i jest przeznaczony do pracy na częstotliwościach и , równa się
(6)
dla 2450 MHz; Dostajemy 915 MHz 7.2 (8.5 dB). Tak mniej więcej wygląda praktyka. Porównajmy dla przykładu parametry następujących anten firmy Wireless Instruments:
- WiBOX PA 0809-8V [13] (częstotliwość: 0.83–0.96 GHz; szerokość wiązki: 70°/70°; wzmocnienie: 8 dBi);
- WiBOX PA 24-15 [14] (częstotliwość: 2.3–2.5 GHz; szerokość wiązki: 30°/30°; wzmocnienie: 15 dBi).
Wygodne jest porównanie tych anten, ponieważ są wykonane w tych samych obudowach 27x27 cm, czyli mają tę samą powierzchnię. Należy zauważyć, że zysk anteny różni się o 15−8=7 dB, co jest bliskie obliczonej wartości 8.5 dB. Z charakterystyki anten wynika również, że szerokość zasięgu anteny dla zakresu 2.3–2.5 GHz (30°/30°) jest ponad dwukrotnie mniejsza niż szerokość charakterystyki anteny dla zakresu 0.83–0.96 GHz (70°/70°), czyli zysk anten o tych samych wymiarach faktycznie wzrasta dzięki poprawie właściwości kierunkowych. Biorąc pod uwagę fakt, że w linii komunikacyjnej zastosowano 2 anteny, stosunek będzie wynosić 2∙8.5=17 dB. Zatem przy tych samych wymiarach anteny budżet energetyczny łącza radiowego z częstotliwością 2450 MHz będzie o 17 dB większe niż budżet linii z częstotliwością 915 MHz. W obliczeniach bierzemy także pod uwagę fakt, że bezzałogowe statki powietrzne z reguły wykorzystują anteny biczowe, dla których wymiary nie są tak krytyczne, jak w przypadku rozważanych anten panelowych NS. Dlatego przyjmujemy zyski anteny UAV dla częstotliwości и równy. Te. różnica w budżetach energetycznych linii wyniesie 8.5 dB, a nie 17 dB. Wyniki obliczeń wykonanych dla tych danych początkowych i wysokości anteny NS wynoszącej 5 m pokazano na rys. 5.
Ryż. 5. Moc sygnału na wejściu odbiornika dla łączy radiowych pracujących na częstotliwościach 915 i 2450 MHz
Z ryc. 5 wyraźnie pokazuje, że zasięg komunikacji wraz ze wzrostem częstotliwości roboczej i tym samym obszarem anteny NS wzrasta z 96.3 km dla łącza radiowego o częstotliwości 915 MHz do 110.8 km dla łącza o częstotliwości 2450 MHz . Jednakże linia o częstotliwości 915 MHz charakteryzuje się niższą częstotliwością oscylacji. Mniej oscylacji oznacza mniej spadków natężenia pola, tj. mniejsze prawdopodobieństwo przerwania komunikacji z UAV na całej długości lotu. Być może właśnie ten fakt decyduje o popularności zakresu fal radiowych subgigahercowych w liniach dowodzenia i telemetrii z UAV jako najbardziej niezawodnych. Jednocześnie realizując zestaw opisanych powyżej działań zabezpieczających przed oscylacjami natężenia pola, łącza radiowe w zakresie gigaherców zapewniają większy zasięg komunikacji poprzez poprawę właściwości kierunkowych anten.
Z rozważenia rys. 5 można także stwierdzić, że w strefie cienia (po przeliczeniu 128.8 km) sensowne jest obniżenie częstotliwości pracy linii komunikacyjnej. Rzeczywiście, w punkcie około -120 dBm krzywe mocy dla częstotliwości и przecinać. Te. W przypadku stosowania odbiorników o czułości lepszej niż -120 dBm, większy zasięg komunikacji zapewni łącze radiowe na częstotliwości 915 MHz. W tym przypadku należy jednak wziąć pod uwagę wymaganą przepustowość łącza, ponieważ przy tak dużej wartości czułości prędkość informacji będzie bardzo niska. Na przykład modem 3D Link Choć zapewnia czułość do -122 dBm, to łączna (w obu kierunkach) prędkość transmisji informacji wyniesie 23 kbit/s, co w zasadzie jest wystarczające do komunikacji KTRL z UAV, ale wyraźnie niewystarczające do transmisji wideo z tablica. Zatem zakres subgigahercowy rzeczywiście ma niewielką przewagę nad zakresem gigahercowym dla KTRL, ale wyraźnie traci na charakterystyce przy organizowaniu linii wideo.
Wybierając częstotliwość łącza radiowego, należy również wziąć pod uwagę tłumienie sygnału podczas jego propagacji w atmosferze ziemskiej. W przypadku łączy komunikacyjnych NS-UAV tłumienie w atmosferze spowodowane jest przez gazy, deszcz, grad, śnieg, mgłę i chmury . W przypadku częstotliwości roboczych łączy radiowych mniejszych niż 6 GHz można pominąć tłumienie w gazach . Największe osłabienie obserwuje się podczas opadów deszczu, zwłaszcza o dużej intensywności (deszcze). Tabela 1 przedstawia dane poprzez tłumienie liniowe [dB/km] w deszczach o różnym natężeniu dla częstotliwości 3–6 GHz.
Tabela 1. Tłumienie liniowe fal radiowych [dB/km] w deszczach o różnym natężeniu w zależności od częstotliwości
Częstotliwość [GHz]
3 mm/godz. (słaby)
12 mm/godz. (umiarkowany)
30 mm/godz. (silny)
70 mm/godz. (deszcz)
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
Ze stołu 1 wynika, że np. przy częstotliwości 3 GHz tłumienie w deszczu będzie wynosić około 0.0087 dB/km, co na trasie o długości 100 km da całkowite tłumienie 0.87 dB. Wraz ze wzrostem częstotliwości roboczej łącza radiowego tłumienie w deszczu gwałtownie wzrasta. Dla częstotliwości 4 GHz tłumienie w deszczu na tej samej ścieżce będzie już 9.1 dB, a przy częstotliwościach 5 i 6 GHz odpowiednio 28 i 57 dB. W tym przypadku zakłada się jednak, że na całej trasie wystąpi deszcz o określonej intensywności, co w praktyce zdarza się rzadko. Jednakże w przypadku użytkowania UAV na obszarach, gdzie często występują deszcze o dużej intensywności, zaleca się wybranie częstotliwości roboczej łącza radiowego poniżej 3 GHz.
literatura
1. Smorodinov A.A. Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Propagacja fal radiowych i działanie łączy radiowych. Połączenie. Moskwa. 1971.
3.
4.
5.
6.
7.
8. CA Balanisa. Teoria anteny. Analiza i projektowanie. Czwarta edycja. Johna Wileya i synów. 2016.
9. Artykuł w Wikipedii.
10. Artykuł w Wikipedii.
11.
12. SM Alamouti. „Prosta technika dywersyfikacji transmisji w komunikacji bezprzewodowej”. Dziennik IEEE dotyczący wybranych obszarów komunikacji. 16(8):1451–1458.
13.
14.
Źródło: www.habr.com