Cum să crești raza de acoperire a unui aparat de zbor fără pilot (UAV)

Sarcina de a creşte distanţa de comunicare cu un aparat de zbor fără pilot (UAV) rămâne relevantă. În acest articol sunt discutate metodele de îmbunătăţire a acestui parametru. Articolul este destinat dezvoltatorilor şi operatorilor de UAV-uri şi este o continuare a ciclului de articole despre comunicarea cu UAV-urile (începutul ciclului poate fi găsit în [1].

Ce influenţează distanţa de comunicare

Distanţa de comunicare depinde de modemul utilizat, antene, cabluri de antenă, condiţiile de propagare a undelor radio, interferenţele externe şi alte cauze. Pentru a determina gradul de influenţă al unui anumit parametru asupra distanţei de comunicare, să analizăm ecuaţia distanţei [2]
(1)

unde
— distanţa căutată [metri];
— viteza luminii în vid [m/sec];
— frecvenţa [Hz];
— puterea emiţătorului modemului [dBm];
— câştigul antenei emiţătorului [dBi];
— pierderile din cablu de la modem la antena emiţătorului [dB];
— câştigul antenei receptorului [dBi];
— pierderile din cablu de la modem la antena receptorului [dB];
— sensibilitatea receptorului modemului [dBm];
— multiplicatorul atenuării, care ia în considerare pierderile suplimentare cauzate de influenţele suprafeţei Pământului, vegetaţiei, atmosferei şi altor factori [dB].

Din ecuaţie reiese că distanţa este determinată de:

• modemul utilizat;
• frecvenţa canalului radio;
• antenele utilizate;
• pierderile din cabluri;
• influenţa suprafeţei Pământului, vegetaţiei, atmosferei, clădirilor etc. asupra propagării undelor radio.

În continuare, parametrii care influenţează distanţa sunt analizaţi pe rând.

Modemul utilizat

Distanţa de comunicare depinde doar de doi parametri ai modemului: puterea emiţătorului şi sensibilitatea receptorului , mai precis de diferenţa lor — bugetul energetic al modemului.
(2)

Pentru a creşte distanţa de comunicare, este necesar să alegem un modem cu o valoare mai mare . A creşte poate fi realizat prin creşterea sau prin reducerea . Trebuie să ne concentrăm pe găsirea modemurilor cu sensibilitate ridicată ( cât mai mică posibil), şi nu pe creşterea puterii emiţătorului . Această problemă este discutată detaliat în prima articol [1].

În plus faţă de materialele [1] este important de reţinut că anumiţi producători, de exemplu Microhard [3], specificațiile unor dispozitive indică nu puterea medie, ci puterea maximă a transmitorului, care este de câteva ori mai mare decât media și care nu poate fi folosită pentru calcularea distanței, deoarece aceasta va duce la o depășire semnificativă a valorii reale. Dispozitivele care fac parte din această categorie includ, de exemplu, popularul modul pDDL2450 [4,5]. Acest fapt reiese direct din rezultatele testării acestui dispozitiv, efectuate pentru obținerea certificatului FCC [6] (vezi p. 58). Rezultatele testării dispozitivelor wireless care dețin certificate FCC pot fi consultate pe site-ul FCC ID [7], introducând în bara de căutare ID-ul FCC corespunzător, care ar trebui să fie pe autocolantul cu denumirea tipului de dispozitiv. Identificatorul FCC al modulului pDDL2450 este următorul: NS916pDDL2450.

Frecvența canalului radio

Din ecuația distanței (1) se deduce clar că, cu cât frecvența de lucru este mai mică , cu atât distanța de comunicație este mai mare . Dar să nu ne grăbim cu concluziile. Problema este că alți parametri implicați în ecuație depind de asemenea de frecvență. De exemplu, coeficientul de amplificare al antenelor și va depinde de frecvență în cazul în care dimensiunile maxime ale antenelor sunt fixe, ceea ce se și întâmplă în practică. Coeficientul de amplificare al antenei , exprimat în unități adimensionale (de ori), poate fi exprimat prin aria fizică a antenei în următorul mod [8]
(3)

unde — eficiența aperturii antenei, adică raportul suprafeței eficiente a antenei la cea fizică (depinde de construcția antenei) [8].

Din (3) se observă imediat că pentru o arie fixă a antenei, coeficientul de amplificare crește proporțional cu pătratul frecvenței. Să înlocuim (3) în (1), rearanjând (1) folosind unități adimensionale pentru coeficientul de amplificare al antenelor , , pierderi în cabluri , și factorul de atenuare , precum și folosind Watti pentru și în loc de dBm. Atunci
(4)

unde coeficientul este o constantă pentru dimensiunile fixe ale antenei. Astfel, în această situație, distanța de comunicație este direct proporțională cu frecvența, adică cu cât frecvența este mai mare, cu atât distanța este mai mare. Concluzie. Pentru dimensiuni fixe ale antenelor, creșterea frecvenței radiolinii duce la sporirea razei de acțiune datorită îmbunătățirii caracteristicilor direcționale ale antenelor. Cu toate acestea, trebuie să avem în vedere că, odată cu creșterea frecvenței, crește și atenuarea undelor radio în atmosferă, cauzată de gaze, ploaie, grindină, zăpadă, ceață și nori. [2]De asemenea, odată cu elongarea traseului, atenuarea în atmosferă crește. Din acest motiv, pentru fiecare lungime a traseului și condiții medii de vreme, există un anumit maxim al frecvenței purtătoare, limitat de nivelul acceptabil de atenuare a semnalului în atmosferă. Vom lăsa soluția finală a întrebării privind influența frecvenței canalei radio asupra razei de acțiune pentru secțiunea în care va fi discutată influența suprafeței Pământului și a atmosferei asupra propagării undelor radio.

Antene

Raza de acțiune este determinată de un parametru al antenei, și anume coeficientul de câștig (câștig în terminologia engleză), măsurat în dBi. Coeficientul de câștig este un parametru compozit important, deoarece ia în calcul: (1) abilitatea antenei de a focaliza energia transmisorului în direcția receptorului, comparativ cu un emițător izotrop (isotropic, de aici indicele i în dBi); (2) pierderile din cadrul antenei [8,9]. Pentru a crește raza de acțiune, ar trebui să alegi antene cu o valoare maximă a coeficientului de câștig din cele care se potrivesc dimensiunilor și capacităților sistemului de ghidare. Capacitatea antenei de a focaliza energia nu este gratuită, ci se obține numai prin creșterea dimensiunilor (aperturii) antenei. De exemplu, cu cât antena de recepție este mai mare, cu atât va putea aduna mai multă energie pentru a fi trimisă la intrarea receptorului, iar cu cât energia este mai mare — cu atât mai puternic va fi semnalul recepționat, adică raza de acțiune crește. Astfel, trebuie să ne stabilim mai întâi limitele maxime ale dimensiunilor antenelor care sunt adecvate problemei rezolvate și să limităm căutarea în funcție de acest parametru, apoi să căutăm un model specific de antenă, orientându-ne după coeficientul maxim de câștig. Al doilea parametru important pentru practică este lățimea diagramelor de radiație (DNR) (beamwidth) [8,10], măsurată în grade unghiulare. De obicei, lățimea DI este definită ca un unghi între două direcții spațiale din centrul antenei, la care amplificarea antenei scade cu 3 dB de la maximul acesteia. Lățimea DI pe azimut și pe unghiul de elevare poate varia semnificativ. Acest parametru este strâns legat de dimensiunile antenei conform regulii: dimensiuni mai mari — lățime DI mai mică. Deși nu este inclus în ecuația distanței, el determină cerințele pentru sistemul de direcționare al antenei stației terestre (ST) către UAV, deoarece la ST, de obicei, se folosesc antene foarte direcționate, cel puțin în acele cazuri când maximizarea distanței de comunicare cu UAV este prioritară. Într-adevăr, cât timp sistemul de urmărire al ST asigură o precizie unghiulară de direcționare a antenei către UAV, egală sau mai mică decât jumătate din lățimea DI, nivelul semnalului primit/emis nu va decădea sub 3 dB de la maxim. Jumătate din lățimea DI a antenei alese nu trebuie să fie, sub nicio formă, mai mică decât eroarea unghiulară a sistemului de direcționare a antenei ST pe azimut sau pe unghiul de elevare.

Cablu

Pentru a maximiza distanța de comunicare, trebuie să folosiți cabluri cu atenuare pe metru (cable attenuation sau cable loss) cât mai mică posibil la frecvența liniei radio ST – UAV. Atenuarea pe metru a cablului este definită ca raportul semnalului la ieșirea unui segment de cablu cu lungimea de 1 m (în sistemul metric) la semnalul la intrarea segmentului de cablu, exprimat în dB. Pierderile în cabluri , incluse în ecuația distanței (1), sunt determinate prin înmulțirea atenuării pe metru cu lungimea cablului. Astfel, pentru a obține distanța maximă posibilă de comunicare, trebuie să folosiți cabluri cu atenuare pe metru minim posibilă și să minimizați lungimea acestor cabluri. La ST, modulele modemului trebuie instalate direct pe catarg lângă antene. În corpul UAV, modemul ar trebui plasat cât mai aproape de antene. De asemenea, trebuie monitorizat separarea impedanței cablului ales. Acest parametru este măsurat în Ohmi și, de obicei, este de 50 sau 75 Ohm. Impedanța cablului, a conectorului antenei modemului și a conectorului de pe antenă trebuie să fie egale.

Influența suprafeței Pământului

În această secțiune vom analiza propagarea undelor radio deasupra terenului sau a suprafeței marine. O astfel de situație este frecvent întâlnită în practica utilizării UAV-urilor. Monitorizarea conductelor, a liniilor electrice, a culturilor agricole, precum și a multor operațiuni militare și speciale — toate acestea sunt bine descrise de acest model. Experiența umană ne conturează o imagine în care comunicarea între obiecte este posibilă dacă acestea se află în câmpul vizual direct unul față de celălalt; în caz contrar, comunicarea este imposibilă. Cu toate acestea, undele radio nu fac parte din domeniul optic, astfel că lucrurile stau ceva diferit. În această privință, dezvoltatorului și operatorului de UAV-uri le este util să rețină următoarele două fapte.

1. Comunicația în banda de frecvență radio este posibilă și în absența vizibilității directe între stația de bază și UAV.
2. Influența suprafeței de substrat asupra comunicației cu UAV-ul va fi resimțită chiar și atunci când nu există obiecte pe linia optică stație de bază‒UAV.

Pentru a înțelege specificitatea propagării undelor radio aproape de suprafața Pământului, este util să ne familiarizăm cu conceptul zonei semnificative de propagare a undelor radio. [2]. În absența unor obiecte în zona semnificativă de propagare a undelor radio, calculul distanței se poate realiza folosind formulele pentru spațiul liber, adică. în (1) se poate considera egal cu 0. Dacă însă în zona semnificativă există obiecte, atunci nu este permis să procedăm astfel. În figura 1, în punctul A este reprezentat un emițător punctual, situat la o înălțime deasupra suprafeței Pământului, care emite energie electromagnetică în toate direcțiile cu aceeași intensitate. În punctul B, la o înălțime se află un receptor pentru măsurarea intensității câmpului. În acest model, zona semnificativă de propagare a undelor radio este reprezentată de un elipsoit cu focarele în punctele A și B.

Fig. 1. Zona semnificativă de propagare a undelor radio.

Rația elipsoidală în cea mai "groasă" parte a sa este determinată de expresia [2]
(5)

Din (5) se observă că depinde de frecvență este invers proporțional, cu cât este mai mic , cu atât elipsoida este mai "groasă" ( în figura 1). În plus, "grosimea" elipsoidei crește odată cu creșterea distanței dintre obiectele de comunicare. Pentru undele din banda de frecvență radio poate avea o dimensiune destul de impresionantă, astfel că, pentru 10 km, 2.45 GHz obținem 50÷60 m.

Acum să analizăm obiectul opac, reprezentat printr-un triunghi gri în figura 1. Acesta va influența propagarea undelor radio cu frecvență , deoarece se află în zona semnificativă de propagare, și practic nu va avea un impact asupra propagării undelor radio cu frecvență . Pentru undele radio din domeniul optic (lumina), magnitudinea este mică, astfel încât influența suprafeței Pământului asupra propagării luminii în practică nu este resimțită. Având în vedere că suprafața Pământului este sub formă de glob, nu este greu de înțeles că, pe măsură ce distanța crește , suprafața subiacenta va intra din ce în ce mai mult în zona semnificativă de propagare, blocând astfel accesul energiei din punctul A în punctul B — sfârșitul istoriei, legătura cu UAV este întreruptă. În mod similar, alte obiecte de-a lungul traseului, cum ar fi denivelările terenului, clădirile, pădurile etc., vor afecta, de asemenea, legătura.

Acum să analizăm figura 2 în care obiectul opac acoperă complet zona semnificativă de propagare a undei radio cu frecvență , făcând imposibilă legătura la această frecvență. În același timp, legătura la frecvența este încă posibilă deoarece o parte din energie "sări" deasupra obiectului opac. Cu cât frecvența este mai mică, cu atât unda radio poate să se propaga mai departe de orizontul optic, menținând o legătură stabilă cu UAV.

Figura 2. Acoperirea zonei semnificative de propagare a undelor radio

Gradul de influență al suprafeței Pământului asupra legăturii depinde, de asemenea, de înălțimea la care sunt amplasate antenele și . Cu cât antenele sunt mai înalte, cu atât distanțele dintre punctele A și B pot fi extinse, fără a permite intervenția obiectelor sau a suprafeței subiacente în zona semnificativă.

Pe măsură ce obiectul sau suprafața subiacenta se introduce în zona semnificativă, intensitatea câmpului în punctul B va oscila. [2], adică va fi uneori mai mare, uneori mai mică decât media intensității câmpului. Aceasta se întâmplă din cauza reflecției energiei de la obiect. Energia reflectată se poate suprapune în punctul B cu energia principală în fază — atunci apare o creștere a intensității câmpului, sau în anti-fază — atunci apare o scădere a intensității câmpului (și destul de profundă). Este important să ne amintim de acest efect pentru a înțelege specificul legăturii cu UAV. Dispariția legăturii cu UAV la o anumită distanță poate fi cauzată de scăderea locală a intensității câmpului din cauza oscilațiilor, adică, dacă zburăm încă o anumită distanță, legătura se poate restabili. Dispariția finală a legăturii va avea loc doar după acoperirea totală a unei zone semnificative de către obiecte sau suprafața de sub ele. Mai departe vor fi propuse metode de combatere a consecințelor oscilațiilor intensității câmpului.

Formulele pentru calculul multiplicatorului de atenuare în timpul propagării undei radio deasupra unei suprafețe netede a Pământului sunt destul de complexe, în special pentru distanțe , care depășesc distanța orizontului optic [2]. Prin urmare, în continuarea analizei problemei, vom recurge la modelarea matematică cu ajutorul unui set de programe informatice create de autor. Vom considera o problemă tipică de transmisie video de la bordul UAV către NT folosind un modem 3D Link [11] de la compania GeoScan. Datele de bază sunt următoarele.

1. Înălțimea de montare a antenei NT: 5 m.
2. Înălțimea de zbor a UAV: 1000 m.
3. Frecvența liniei radio: 2.45 GHz.
4. Coeficientul de amplificare al antenei NT: 17 dB.
5. Coeficientul de amplificare al antenei UAV: 3 dB.
6. Puterea emisorului: +25 dBm (300 mW).
7. Viteza în canalul video: 4 Mbit/sec.
8. Sensibilitatea receptorului în canalul video: −100.4 dBm (pentru banda de frecvențe ocupată de semnal de 12 MHz).
9. Suprafața de sub: sol uscat.
10. Polarizarea: verticală.

Distanța de vizibilitate optică directă pentru aceste date de bază va fi de 128.8 km. Rezultatele calculelor sub formă de putere a semnalului la intrarea receptorului modemului în dBm sunt prezentate în figura 3.

Figura 3. Puterea semnalului la intrarea receptorului modemului 3D Link [11]

Curba albastră din figura 3 reprezintă puterea semnalului la intrarea receptorului NS, iar linia roșie continuă indică sensibilitatea acestui receptor. Pe axa X este reprezentată distanța în km, iar pe axa Y – puterea în dBm. În punctele de distanță unde curba albastră se află deasupra liniei roșii, recepția video de la bordul UAV-ului este posibilă, altfel nu va exista conectivitate. Din grafic se observă că din cauza oscilațiilor, pierderea conectivității se va produce în intervalele de distanță 35.5–35.9 km și apoi în intervalul 55.3–58.6 km. Totuși, întreruperea finală a conexiunii va avea loc mult mai departe – după 110.8 km de zbor.

Așa cum a fost menționat anterior, scăderea intensității câmpului apare din cauza suprapunerii în faze opuse a semnalului direct și al celui reflectat de suprafața Pământului, la locul amplasării antenei NS. Se poate evita pierderea conexiunii pe NS din cauza scăderilor, îndeplinind 2 condiții.

1. Utilizați un modem pe NS cu cel puțin două canale de recepție (RX diversity), de exemplu 3D Link. [11].
2. Amplasați antenele de recepție pe stâlpii NS la diferite înălțimi.

Dispersia înălțimilor antenelor de recepție trebuie realizată astfel încât scăderile în intensitatea câmpului la locul amplasării unei antene să fie compensate de nivelurile deasupra sensibilității receptorului la locul amplasării celeilalte antene. În figura 4 este prezentat rezultatul unei astfel de abordări, în cazul amplasării unei antene NS la o înălțime de 5 m (curba albastră continuă), iar a celeilalte la o înălțime de 4 m (curba albastră punctată).

Figura 4. Puterea semnalului la intrările celor două receptoare ale modemului 3D Link de la antene amplasate la înălțimi diferite.

Din figura 4 se poate observa clar eficiența acestei metode. Într-adevăr, pe întreaga distanță a zborului UAV-ului, până la o distanță de 110.8 km, semnalul la intrarea măcar unui receptor NS depășește nivelul de sensibilitate, adică recepția video de la bord nu va fi întreruptă pe întreaga distanță a zborului.

Metoda propusă, totuși, ajută la creșterea fiabilității exclusiv a link-ului radio UAV→NS, deoarece posibilitatea amplasării antenelor la înălțimi diferite există doar pe NS. Totuși, asigurarea unei distanțe de 1 m între antene pe UAV nu este posibilă. Pentru a crește fiabilitatea link-ului radio NS→UAV, pot fi utilizate următoarele abordări.

1. Transmiteți semnalul emisorului NS către acea antenă care recepționează un semnal mai puternic de la UAV.
2. Utiliza coduri spațio-temporale, de exemplu codul Alamouti [12].
3. Folosește tehnologia de gestionare a antenelor DN (beamforming) cu capacitatea de a controla puterea semnalului trimis către fiecare dintre antene.

Prima metodă se apropie de optimul în problema comunicării cu UAV-urile. Este simplă și, în aceasta, toată energia transmisorului este direcționată în direcția dorită - spre antena optim plasată. De exemplu, la o distanță de 50 km (vezi figura 4), semnalul transmisorului este trimis către o antenă suspendată la 5 metri, iar la o distanță de 60 km - către o antenă suspendată la 4 metri. Această metodă este utilizată în modemul 3D Link [11]. A doua metodă nu utilizează date a priori despre starea canalului de comunicare UAV→GS (nivelurile semnalelor primite la ieșirile antenelor), prin urmare împarte energia transmisorului în mod egal între cele două antene, ceea ce duce inevitabil la pierderi de energie, deoarece una dintre antene poate fi într-un punct de umbră al intensității câmpului. A treia metodă are o calitate a comunicării echivalentă cu prima, dar este mult mai complexă în implementare.

Să discutăm mai departe despre influența frecvenței undelor radio asupra distanței de comunicare cu UAV-urile, luând în considerare efectul suprafeței subiacente. A fost demonstrat mai sus că creșterea frecvenței este benefică, deoarece, păstrând dimensiunile fixe ale antenelor, aceasta duce la creșterea distanței de comunicare. Cu toate acestea, problema dependenței de frecvență nu a fost analizată. Din (3) este clar că raportul coeficientelor de amplificare ale antenelor, egale ca suprafață și proiectate pentru a funcționa la frecvențe și , este egal
(6)

Pentru 2450 MHz; 915 MHz, obținem 7.2 (8.5 dB). Aproximativ așa se desfășoară lucrurile în practică. Să comparăm, de exemplu, parametrii următoarelor antene ale producătorului Wireless Instruments:

• WiBOX PA 0809-8V [13] (frecvență: 0.83–0.96 GHz; lățime de fascicul: 70°/70°; câștig: 8 dBi);
• WiBOX PA 24-15 [14] (frecvență: 2.3–2.5 GHz; lățime de fascicul: 30°/30°; câștig: 15 dBi).

Datele antenelor pot fi comparate ușor, deoarece sunt realizate în carcase identice de 27x27 cm, adică au aceeași suprafață. Observăm că coeficientul de amplificare al antenelor diferă cu 15-8=7 dB, ceea ce se apropie de valoarea calculată de 8.5 dB. Din caracteristicile antenelor se mai constată că lățimea diagramelor de radiație ale antenelor pentru banda de frecvență 2.3–2.5 GHz (30°/30°) este de peste două ori mai îngustă decât lățimea diagramelor de radiație ale antenelor pentru banda de frecvență 0.83–0.96 GHz (70°/70°), adică amplificarea antenelor cu dimensiuni identice crește, într-adevăr, datorită îmbunătățirii proprietăților direcționale. Având în vedere că în linia de comunicație se folosesc 2 antene, raportul va fi 2∙8.5=17 dB. Astfel, cu dimensiuni egale ale antenelor, bugetul energetic al liniei radio la frecvența 2450 MHz va fi cu 17 dB mai mare decât bugetul liniei la frecvența 915 MHz. În calcul să luăm în considerare și faptul că în cazul sistemelor de drone se aplică, de regulă, antene de tip ștecher, pentru care dimensiunile nu sunt la fel de critice ca pentru antenele panel NCS analizate. De aceea, vom considera coeficientul de amplificare al antenelor folosite pentru frecvențele și egale. Adică, diferența bugetelor energetice ale liniilor va fi de 8.5 dB, și nu 17 dB. Rezultatele calculului efectuat pe baza acestor date și a înălțimii de suspendare a antenei NCS de 5 m sunt prezentate în figura 5.

Figura 5. Puterea semnalului la intrarea receptorului pentru liniile de comunicație radio care operează la frecvențele de 915 și 2450 MHz.

Din figura 5 se poate observa clar că distanța de comunicare, atunci când crește frecvența de lucru și cu o suprafață de antenă NCS constantă, crește de la 96.3 km pentru linia radio cu frecvența de 915 MHz la 110.8 km pentru linia cu frecvența de 2450 MHz. Cu toate acestea, linia la frecvența de 915 MHz are o frecvență a oscilațiilor mai mică. Mai puține oscilații duc la mai puține prăbușiri ale intensității câmpului, adică o probabilitate mai mică de întrerupere a comunicației cu drona pe întreaga distanță de zbor. Este posibil ca acest fapt să explice popularitatea benzii subgigahertz pentru liniile de comunicație de telemetrie cu drone, ca cele mai fiabile. În același timp, prin efectuarea complexului de acțiuni descris mai sus pentru protecția împotriva oscilațiilor intensității câmpului, liniile de comunicație din banda gigahertz oferă o distanță de comunicare mai mare datorită îmbunătățirii proprietăților direcționale ale antenelor.

Din analiza fig. 5, se poate concluziona că în zona de umbră (după marcajul de 128,8 km) scăderea frecvenței de lucru a liniei de comunicare are sens. Într-adevăr, în punctul de aproximativ −120 dBm, curbele puterii pentru frecvențe și se intersectează. Asta înseamnă că, atunci când se folosesc receptoare cu o sensibilitate mai bună de −120 dBm, linia radio la frecvența de 915 MHz va asigura o distanță mai mare de comunicare. În acest caz, însă, trebuie să considerăm capacitatea de transmisie necesară a linkului, deoarece pentru o astfel de sensibilitate ridicată, viteza de informație va fi foarte mică. De exemplu, modemul 3D Link [11] deși oferă o sensibilitate de până la −122 dBm, viteza agregată (în ambele direcții) de transmitere a informației va fi de 23 kbit/s, ceea ce este suficient pentru comunicarea CTRL cu UAS, dar clar insuficient pentru transmiterea de video de la bord. Astfel, banda subgigahertziană are, într-adevăr, un ușor avantaj față de banda gigahertziană pentru CRTL, dar pierde evident în caracteristici atunci când se organizează linii de video.

Atunci când se alege frecvența liniei radio, trebuie de asemenea să se ia în considerare atenuarea semnalului atunci când se propagă în atmosfera Pământului. Pentru liniile de comunicație NS–UAS, atenuarea în atmosferă este cauzată de gaze, ploaie, grindină, zăpadă, ceață și nori [2]. Pentru frecvențele de lucru ale liniilor de comunicație sub 6 GHz, atenuarea în gaze poate fi neglijată [2]. Cele mai mari atenuări sunt observate în ploi, în special de intensitate mare (ploi torențiale). În tabelul 1 sunt prezentate datele [2] despre atenuarea specifică [dB/km] în ploi de diferită intensitate pentru frecvențele de 3–6 GHz.

Tabelul 1. Atenuarea specifică a undelor radio [dB/km] în ploi de diferită intensitate în funcție de frecvență

Frecvență [GHz]
3 mm/oră (slabă)
12 mm/oră (moderată)
30 mm/oră (puternică)
70 mm/oră (ploi torențiale)

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

Din tabelă 1 reiese că, de exemplu, la o frecvență de 3 GHz, atenuarea în ploaie va fi de aproximativ 0,0087 dB/km, ceea ce pe o distanță de 100 km va da o atenuare totală de 0,87 dB. Odată cu creșterea frecvenței de lucru a liniei radio, atenuarea în ploaie crește brusc. Pentru o frecvență de 4 GHz, atenuarea în ploaie pe aceeași rută va fi deja de 9,1 dB, iar la frecvențele de 5 și 6 GHz - 28 și 57 dB, respectiv. Cu toate acestea, se presupune că ploaia cu o intensitate specificată este prezentă pe toată lungimea traseului, lucru care rar se întâmplă în practică. Cu toate acestea, atunci când se utilizează BLA în zone unde ploaia de mare intensitate este frecventă, se recomandă alegerea unei frecvențe de lucru a liniei radio mai mici de 3 GHz.

Literatură

1. Smorodinov A.A. Cum să alegi un modem de bandă largă pentru un aparat de zbor fără pilot (BLA). Habr. 2019.
2. Kalinin A.I., Cherenkova E.L. Propagarea undelor radio și funcționarea liniilor radio. Comunicații. Moscova. 1971.
3. Microhard.
4. Specificația Pico Digital Data Link pDDL2450.
5. Specificația Picoradio OEM.
6. Raport de testare ingineresc. Modulul Pico 2.4GHz 1W Digital Data Link.
7. ID FCC.
8. C.A. Balanis. Teoria antenelor. Analiză și design. A patra ediție. John Wiley & Sons. 2016.
9. Câștigul antenei. Articol în Wikipedia.
10. Lățimea fasciculului. Articol în Wikipedia.
11. Modem radio duplex digital 3D Link.
12. S.M. Alamouti. „O tehnică simplă de diversitate în transmisie pentru comunicații wireless”. Revista IEEE pe subiecte selectate în comunicații. 16 (8): 1451–1458.
13. Antenă client PTP WiBOX PA 0809-8V.
14. Antenă client PTP WiBOX PA 24-15.

Sursa: habr.com