Zoals ik het begrijp, zal een antenne met een hogere versterking in het algemeen resulteren in een groter bereik en betere ontvangst voor FPV-vliegen. Wat is antenneversterking? Wat maakt een patchantenne met lage versterking anders dan een patchantenne met hoge versterking?
Versterking , als algemene term, is een maatstaf voor hoe groot of sterk iets (een spanning, een radiogolf, een geluidsgolf of wat dan ook) is ten opzichte van een basislijnwaarde van de ding dat wordt gemeten. Een versterking is een verhouding: als een apparaat een spanning aan het ene uiteinde neemt en het 20x groter maakt ( versterkt ) het 20-voudig, heeft het een winst van 20. In de praktijk worden deze gemeten in decibel; zie de opmerking aan het einde van dit antwoord voor meer informatie over hen.
Bijgevolg is de versterking van een antenne de verhouding tussen hoeveel sterker de radiogolven die door de antenne worden gegenereerd, zijn in vergelijking met die welke door sommige soort basislijnantenne , wanneer u een eenheid van stroom in beide plaatst.
De basislijnantenne wordt geacht een versterking te hebben van 0 dB, of 1: 1 (gelijk tegen zichzelf), en er zijn twee opties die hiervoor vaak worden gebruikt: een ideale isotrope antenne, die gelijkmatig in alle richtingen uitstraalt zonder verlies, of een dipool antenne. Om aan te geven welke wordt gebruikt, wordt aan het einde een letter toegevoegd: dBi vertegenwoordigt versterking ten opzichte van een isotrope antenne en dBd ten opzichte van een dipool.
De dipool zelf heeft een versterking van 2,15 dBi (en 0 dBd), dus om een dBi-getal naar dBd te converteren, trekt u er 2,15 van af en voegt u hetzelfde getal toe om de andere kant op te converteren.
Dus, als een eenvoudig voorbeeld, als de versterking van uw antenne 3 is dBi (wat overeenkomt met een verhouding van 2: 1), zijn de signalen twee keer zo sterk als die van de ideale isotrope antenne. Er is echter een voorbehoud, dat neerkomt op: Er bestaat niet zoiets als een gratis lunch .
Ten eerste: isotrope antennes bestaan niet in de echte wereld , d.w.z. geen echte antenne straalt even sterk uit in alle richtingen. Er zijn richtingen waarin het het sterkst zal uitstralen, en andere waarin het helemaal niet straalt. De versterking van de antenne is dus ook niet in alle richtingen hetzelfde: in sommige is hij sterker, in andere is hij zwakker. De eenvoudigste manier om dit te laten zien, is een grafiek die de versterking van de antenne in elke richting rond de antenne laat zien. Die grafiek wordt een stralingspatroon genoemd en ziet er als volgt uit:
De vetgedrukte lijn geeft de versterking weer: hoe verder hij van het midden verwijderd is , hoe groter de winst. Hierboven ziet u het stralingspatroon van een directionele antenne: de versterking in de ene richting is veel meer dan in de andere richtingen.
Dus als we het hebben over de versterking van een antenne, we bedoelen echt zijn winst in een bepaalde richting . En die richting is meestal de richting waarin de versterking van de antenne het sterkst is.
Ten tweede kun je niet meer uit een antenne halen dan erin. De som van al het vermogen dat in alle richtingen wordt uitgestraald, is altijd gelijk aan het vermogen dat binnenkomt (minus een klein percentage verliezen).
Om die twee punten bij elkaar op te tellen, kan een antenne versterking creëren door radiogolven uit te stralen die bij elkaar optellen in de gewenste richting en annuleren in andere. Als een antenne in een bepaalde richting een hogere (positieve) versterking heeft dan de basislijn, betaalt u daarvoor door een negatieve versterking in andere richtingen. Gain focust alleen kracht - het creëert geen kracht.
Versterking is dus niet alleen de maatstaf voor hoe goed een antenne ontvangt of zendt, het is ook een maat voor de richtingsgevoeligheid van de antenne: als de antenne al zijn vermogen in een nauwe kegel focust, zal hij hebben een enorme winst binnen die kegel en een enorme winstclassificatie op de doos ... Maar de winst buiten die kegel zal bijna niet bestaan. Dus wanneer u een richtantenne kiest, is de versterking ook een indicatie hoe richtingsgevoelig het werkelijk is. Patchantennes met een lagere gain geven je een zachte, vergevingsgezinde kegel maar een lagere gain, terwijl directionals met een hoge gain een zeer krappe zone hebben waarin ze überhaupt zenden of ontvangen, maar daarbinnen zullen ze super krachtig zijn. p>
Omnidirectionele antennes (die, zoals je nu weet, nooit echt omnidirectioneel zijn) hebben een stralingspatroon dat min of meer de vorm van een donut heeft:
Ze hebben een gelijke (en hoge) versterking in elke richting loodrecht op de antenne, die lager wordt naarmate de richting dichter bij parallel aan de antenne komt. Deze antennes ook hebben hun eigen soort directiviteit: als je de antenne verticaal monteert, is de "horizontale" versterking in elke richting hetzelfde, maar kan deze hoger of lager zijn ten opzichte van de "meer verticale" "aanwijzingen, waardoor de donut vlakker wordt. Met andere woorden, de antenne kan de versterking naar de horizon min of meer prioriteit geven aan de versterking boven de horizon.
Ten slotte ontvangt elke antenne op dezelfde manier als hij uitzendt . Een antenne met 2x versterking in een bepaalde richting zendt 2x het vermogen in die richting uit, maar ook radiogolven die van deze richting komen, genereren 2x sterkere signalen die een aangesloten ontvanger kan detecteren.
Op veel technische gebieden kunnen ratio's gemakkelijk extreem groot of extreem minuscuul worden en de neiging hebben om veel te vermenigvuldigen, en radio is een van de meest prominente daarvan. Bij de ingang van een ontvanger zijn er vaak signalen kleiner dan een tien miljardste van een watt. Als ze uit een zender komen, worden ze vaak gemeten in kilowatt! Antennes, voortplanting en elektronische circuits veranderen de signaalsterkte met vele factoren van tien.
Om deze enorme verschillen in waarde te beheren, meten ingenieurs verhoudingen in decibel of dB, die de verhouding vertegenwoordigen van twee hoeveelheden als een macht van 10. De formule voor het berekenen van decibels is: dB = 10 * log_10 (ratio)
Dit is een logaritmische eenheid, wat betekent dat wanneer twee ratio's worden vermenigvuldigd , hun weergaven in dB worden simpelweg opgeteld: 10 decibel vertegenwoordigt een verhouding van 10: 1; 20 dB is 10 * 10 = 100: 1, en 30 dB is 1000: 1.
Positieve waarden van dB betekenen dat de verhouding groter is dan 1 en negatieve waarden van dB duiden op een verhouding van minder dan 1: - 10 dB staat voor een verhouding van 1/10, en 40 dB is 1/10000.
Hier is een snel spiekbriefje van dB tot werkelijke verhouding voor getallen kleiner dan 10:
1dB komt overeen met ongeveer 1,25: 1
3dB is bijna precies 2: 1 (dit is de belangrijkste om te onthouden)
7dB ~ = 5: 1
10dB is 10: 1 (precies)
Voor al het andere tel je gewoon de getallen op die je kent:
6dB (= 3dB + 3dB) is ~ 4 (= 2 * 2): 1, en 9dB is ~ 8: 1
13 dB is 10 dB + 3 dB, dus 10 * 2 = 20: 1.
46 dB is 40 dB + 6 dB = 10 ^ 4 * 4 = 40000: 1
15 dB is 10dB + 5dB; en 5 dB is ergens tussen 3dB en 6dB (2 en 4), dus het is waarschijnlijk driepunts iets. Dus onze gok zou zijn dat 15dB ergens in het bereik van 30-35 tot 1 ligt.
' Antenneversterking' geeft u het vermogen dat door een antenne in een specifieke richting wordt uitgezonden, vergeleken met een theoretische antenne die in alle richtingen gelijkmatig straalt (dit staat bekend als een ' isotrope antenne ')
In feite definieert' Antenneversterking 'hoe sterk een signaal een bepaalde antenne kan verzenden of ontvangen in een bepaalde richting.
Antenneversterking is gerelateerd aan de directiviteit van de antenne, maar houdt ook rekening met andere verliezen in het systeem (bijvoorbeeld onregelmatigheden in de oppervlaktecoating, weerstand, fabricagefouten , diëlektrisch, etc.).
Dus in wezen:
Antenneversterking = Directiviteit x Efficiëntie
Hoewel de eigenlijke formules iets gecompliceerder zijn!
Antenneversterking is een maatstaf voor hoe effectief een antenne een signaal verzendt of ontvangt. Het is een relatieve meting en is meestal een vergelijking met een eenvoudig antenneontwerp dat een dipoolantenne (dBd) of een ideale referentie (dBi) wordt genoemd - vaak kiest een fabrikant welk van deze getallen groter is.
Een winst van minder dan 1 betekent dat de prestaties slechter zijn dan dit referentieniveau, maar er kunnen voordelen aan verbonden zijn, zoals dat de antenne kleiner is (wat in een dronecontext betekent dat hij minder weegt en korter is - dus gemakkelijker te plaatsen en buiten te houden de propellers!)
De versterking kan ook directioneel zijn. Het kan helpen om aan een zaklamp te denken - de lamp is omnidirectioneel, maar je hebt licht nodig om naar voren te gaan, dus je hebt een glanzende reflector achter de lamp om je maximale helderheid ('gain') in één richting te geven. Een 'stralingspatroon' kan worden geproduceerd om de versterking op een antenne in verschillende richtingen weer te geven.