Как рассчитать диапазон FPV в dB (децибелы), на каком расстоянии будет видео

В этой статье мы рассмотрим и объясним, как рассчитать/оценить диапазон FPV, опираясь на dB (дБ) вашего оборудования. Знание этого момента поможет определять производительность и возможности вашего оборудования.

Перевод: oscarliang.com

Что такое dB (дБ — децибелы)?

dB в FPV используется для измерения силы сигнала в логарифмическом масштабе. Сложно? Не волнуйтесь, далее все объясним. Например, если увеличить dB на 3, то уровень сигнала удвоится (сигнал, а не диапазон).

Также, в децибелах может выражаться и уровень сигнала видеопередатчика, а также антенн.

Вы спросите, зачем использовать dB? Ответ прост — с децибелами проще работать для расчетов, там нет умножения, а есть только сложение чисел.

Децибелы (дБ) и диапазон FPV

Сигнал FPV ослабляется при прохождении через воздух — децибелы сигнала уменьшаются по мере того, как вы все дальше улетаете.

Зная общее значение dB FPV системы вашего дрона и значение потери сигнала проходящего через воздух , можно рассчитать диапазон действия сигнала вашей аппаратуры!

Общее значение дБ в системе FPV называется энергетическим балансом линии (link budget в англ. литературе) и определяется на основе:

• Усиления антенны (мощность антенны);
• Мощности передатчика;
• Чувствительности видеоприемника.

Максимальный диапазон — это когда дБ падают до 0 или определенного минимального уровня.

Чем больше энергетического баланса линии, тем больше диапазон. Каждое увеличение на 6 дБ удваивает диапазон.

Да, мы можем определить примерный диапазон вашей FPV системы, но не вплоть до метров. Точный диапазон зависит от множества вводных, таких как столбы, деревья, влажность и так далее.

Но тем не менее, это полезное знание, чтобы определять, насколько лучше будет то или иное оборудование при апргрейдах или новых сборках: какую выбрать антенну, какую выбрать мощность видеопередатчика и так далее.

Усиление антенны — Antenna Gain (мощность антенны)

Все антенны FPV имеют усиление, которые в технических характеристиках указывается как «Gain» или «Коэффициент усиления антенны«, если вы ищете на русском и измеряется в децибелах (dB\дБ):

По факту, это та мощность или то значение, на которое эта антенна способна транслировать сигнал.

Мощность видеопередатчика

Выходная мощность видеопередатчика обычно указывается в милливаттах — mW, но это значение можно легко переводить в децибелы, используя это уравнение:

Не разбираетесь в математике? Не переживайте, есть много онлайн калькуляторов для конвертации mW в dB, например, вот этот сайт переведет вам все без лишних вопросов: http://wifibird.ru/calculators/3, а также таблица ниже, что даже удобнее:

Как видите, когда мощность видеопередатчика удваивается — децибелы справа увеличиваются на 3. Однако, чтобы удвоить сам диапазон, требуется увеличение дБ на 6 единиц, об этом написано выше в статье. Получается, что это будет в 4 раза больше мощности видеопередатчика и по мере роста мощности, скорость увеличение дБ уменьшается, поэтому они (децибелы) становятся все менее и менее эффективными для увеличения дальности.

Чувствительность видеоприемника

Чувствительность видеоприемника определяет минимальную радиочастотную мощность, которую может обнаружить приемник. Чем оно более чувствительно, тем больше отрицательное число (да, это отрицательное число).

Часто это число производитель не публикует, а если оно все таки указано, то мы не узнаем, насколько оно точное, ведь производители всегда завышают все показатели этого плана.

-85dB — это хорошее значение для приемника ваших очков или шлема.

Модуль приемника RX5808 имеет типичную чувствительность -90 дБ в соответствии с Foxtech. Мы также спросили FuriousFPV о чувствительности True-D, и нам сказали, что она составляет -93 дБм +/- 5 дБм.

Как рассчитать диапазон FPV, чтобы знать, на каком расстоянии будет видео?

Вы легко можете рассчитать диапазон, внеся данные в калькулятор на этой странице, после этого вы увидите расстояние, на которое сможете летать.

Если вам интересно, как это работает

Абсолютный максимальный диапазон определяется, когда мощность сигнала падает до 0 дБ, но видеоприемники (в очках или шлеме) на этот моменте уже перестают что-либо принимать и появляются сильные шумы. 

Чтобы обеспечить надежное соединение, нужно принять минимальный уровень, который мы хотим принимать — Link Margin. Например, 10 дБ или 12 дБ.

Используя уравнение Free Space Path Loss с этой страницы, составляем свое уравнение:

либо такая формула:

D=10((FSL/20-32.44/20-logF))

Где:

• FSPL (Free Space Path Loss) = усиление (gain) принимаемой антенны + усиление передаваемой антенны + мощность видеоприемника — чувствительность приемника;
• LM = Link Margin;
• f = частота в MHz (мегагерцы).

Пример того, как dB (децибелы) влияют на диапазон

Возьмем к примеру такие характеристики FPV системы:

• Видеопередатчик 25mW (14 дБ);
• Антенна видеопередатчика: Lollipop V2 (2,5 дБ);
• Приемник очков (или шлема): True-D ( -93 дБ);
• Антенна приемника очков: Lollipop V2 (2,5 дБ);
• Энергетический баланс линии около 10 дБ.

Теперь вставьте эти цифры в калькулятор и получится расстояние 0,52 км.

«Что мне делать, если я хочу удвоить диапазон?» — вы должны добавить 6 дБ:

• Используйте видеопередатчик на мощности 100 mW (20 дБ);
• Или используйте антенну для приемника с более высоким коэффициентом усиления , этот коэффициент должен составлять 8,5 дБ и выше.

Только направленные антенны имеют такой коэффициент усиления, например, Menace Pico Patch (9.4 дБ).

Выполнение 1 из этих пунктов, в теории увеличит диапазон до 1 км. Если вы выполните оба этих пункта, то в теории — диапазон увеличится в 4 раза, до 2 км.

Если вам этого недостаточно, то вы можете использовать видеопередатчики и приемники на частоте 1.3 ГГц, вместо 5.8 ГГц, это позволит вам принимать видео на расстоянии до 10 км в прямой видимости.

Конечно, все это рассчитано, что вы будете летать на открытой местности, а в реальной жизни, скорее всего будут различные препятствия, в виде деревьев, зданий и так далее, поэтому цифры можно немного занижать.

Потери сигнала

Другая потеря сигнала Следующее может привести к потере сигнала и уменьшению диапазона FPV:

• Помехи и шум в окружающей среде или от других пилотов;
• Мощность видеопередатчика падает, когда он сильно нагревается или на улице жаркая погода;
• Зависимость от ориентации антенны:
  — При 45 градусах = -3 дБ
  — При 90 градусах = -20дБ
  — Две линейные антенны, направленные друг на друга = -30 дБ
• Поляризация антенны
  — Линейная в круговую = -3 дБ
  — RHCP к LHCP = -20дБ
• Потеря в коаксиальном кабеле и адаптерах SMA, MMCX, UFL (обычно не много, примерно 0,1-0,3 дБ)
• Диаграмма направленности антенны — антенны Omni имеют слабый сигнал непосредственно над ними, а направленные антенны намного менее эффективны за пределами ширины луча.

Выводы

Теперь вы знаете, как увеличить диапазон FPV, кроме увеличения выходной мощности видеопередатчика.

Использование хороших антенн, а также наличие практики после теории о правильной поляризации антенн, их ориентации и так далее — очень важный момент. Мы надеемся, что после этой статьи, у вас появится базовое понимание как это работает и как увеличить дальность принятия видео с квадрокоптера — то есть, как увеличить диапазон FPV, а также, как использовать дБ для оценки диапазона.