現(xiàn)如今，各種各樣的無人機(jī)控制方式無論怎樣演變都離不開“無線電”，而承載這些電波的的天線相關(guān)知識卻是容易忽視的同樣也是非常重要的。今天小編就把關(guān)于無人機(jī)所涉及到的“天線”來做一簡單的探討。在討論之前，為方便大家理解小編先做一頻率的基本解釋：
市面上，大多數(shù)無人機(jī)控制使用的無線電頻率為：2.4Ghz（1GHz=1000兆赫茲mhz）
首先了解下無線電的傳播方式：
地表傳播：只貼地表傳播，不向外空間散射，其特點(diǎn)是信號比較穩(wěn)定，傳播方式主要適
用于長波和中波波段。（頻率：3兆赫以下）。
天波傳播：在大氣層中，從幾十公里至幾百公里的高空有幾層“電離層”形成了一種天然的反射體，電波射到“電離層’就會被反射回來，走這一途徑的電波就稱為天波或反射波。在電波中，主要是短波具有這種特性。（頻率：3-30兆赫）。
散射傳播：是利用對流層或電離層中介質(zhì)的不均勻性或流星通過大氣時(shí)的電離余跡對電磁波的散射作用來實(shí)現(xiàn)超視矩傳播。這種傳播方式主要用于超短波和微波遠(yuǎn)距離通信。（頻率：30-500兆赫）。
視距傳播：電波直接從發(fā)信天線傳到收信點(diǎn)(有時(shí)有地面反射波)。目前廣泛使用的超短波通信和衛(wèi)星通信的電波傳播均屬這種傳播方式。2.4G控至5.8G圖傳都在超短波范圍。可是，無人機(jī)控制中，除了直接接收到信號，靠任何之外的無線電特性提高距離的方式都是不可靠的，盡管長波中波繞射能力極強(qiáng)，依然受空間玩境制約，很不穩(wěn)定。
說完傳播方式我們再來說說無線電的“穿透力”
無線電的頻率越高，越接近光的傳播特性，無線電對絕緣體有穿透，對導(dǎo)體產(chǎn)生反射和繞射。就像是平時(shí)房間里手機(jī)有信號，電梯里手機(jī)沒有信號那樣。平時(shí)常說的穿透力，其實(shí)大部分時(shí)候，大家是想追求繞射能力，頻率越低繞射能力越強(qiáng)，在無線電中，真正使用其繞射能力的波段是長波和中波，也就是3兆赫以下。在30兆赫以上的頻率，基本上都已經(jīng)都是直射接收了，100兆赫以上時(shí)，講繞射能力，沒有什么意義。
那么天線原理又是什么呢？
簡單的我把可以把發(fā)射天線看做燈管，把接收天線看做一只接收燈管，很好理解，要想兩支燈管間的信號完美的傳遞，最佳狀態(tài)就是兩支燈管平行放置。錯(cuò)誤的放置是一支天線立放，一支天線橫放，最差的放置是橫放的天線指向立放的天線，所以我們安置天線的時(shí)候，一定要注意發(fā)射和接收天線保持平行，才可以有最佳和最遠(yuǎn)的接收效果，要絕對避免一支天線指向另一支天線的情況發(fā)生。只要接收和發(fā)射天線是平行放置，不論是立放還是倒放，效果是一樣的。同理我們可以把不愿受到無線電影響的設(shè)備，特意的放置在天線指向的位置上。這些安裝細(xì)節(jié)尤為的重要，它們可以直接決定無人機(jī)的傳輸距離。
在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，天線的安裝位置又應(yīng)該如何選擇呢？
一般情況下，在飛機(jī)姿態(tài)變化時(shí)，如果正好處于了接收和發(fā)射天線之間，在距離遠(yuǎn)信號弱時(shí)就可能造成信號中斷，機(jī)載天線最佳的安裝位置應(yīng)該是在飛機(jī)的下部，這樣機(jī)載天線受機(jī)載設(shè)備屏蔽的幾率最小，干擾也會降到最小。如果是要飛遠(yuǎn)的安裝方式向遠(yuǎn)飛的飛機(jī)，接收天線和發(fā)射天線，都采用垂直方式安裝。追求高度的飛機(jī)，接收和發(fā)射天線水平放置為好。但水平放置接收天線，容易受到飛機(jī)姿態(tài)和方位影響，應(yīng)盡量采用雙接收天線的接收機(jī)，兩支天線呈90度角水平安裝，以達(dá)到最佳的接收效果。
天線安裝角為了飛行安全的考慮，我們可以預(yù)先按我們的要求，使天線有一定的安裝角。比如圖傳天線（圖傳是把航模上采集的視頻發(fā)回地面的圖像傳送設(shè)備，為了更直觀講解，所以用圖像天線來說明），可以有一點(diǎn)向前傾的角度，這樣飛機(jī)前方的信號有一點(diǎn)向下的輻射角，而飛機(jī)后面有一點(diǎn)向上的輻射角，我們相對在飛機(jī)的下方，這時(shí)對于我們所處的下方位置來說，飛機(jī)后下方的場強(qiáng)比飛機(jī)前下方的場強(qiáng)略小些，當(dāng)飛機(jī)飛遠(yuǎn)，感覺圖像不清晰了，飛機(jī)返航，機(jī)頭向我們時(shí)，圖像可以變的清晰些。相反，如果機(jī)頭轉(zhuǎn)向我們時(shí)，圖像可能就沒有了，這肯定是不可取的，這角度稍微有幾度就可以，不要過大。對于接收機(jī)天線，也是相同道理。有雙天線的接收機(jī)，天線垂直安裝時(shí)，可以讓前面天線有一個(gè)向后，后面天線向前的傾角，這樣飛機(jī)無論是去還是來，都可以保證有較穩(wěn)定的接收。 當(dāng)天線是水平安裝時(shí)不用考慮安裝角。
全向天線:無線電專業(yè)里常叫鞭狀天線。
它就象一個(gè)燈管，它的發(fā)射泛圍，垂直放置時(shí)，是在水平方向上向周圍散射，在360度泛圍內(nèi)都有均勻的場強(qiáng)分布，是我們比較常用的一種形式。水平放置時(shí)，假如天線是東西方向放置，場強(qiáng)分布是包括天空在內(nèi)的南北方向，以及天線到地面的南北方向空間泛圍內(nèi)分布。因此垂直天線，主要針對水平方向的目標(biāo)，水平天線主要針對垂直高度上的目標(biāo)，和窄范圍內(nèi)的水平目標(biāo)。
八木天線：定向傳輸天線，八木天線由比天線稍短的引向器，和比天線稍長的反射器，中間安裝天線的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，八木天線的場強(qiáng)主要集中在引向器一側(cè)，反射器將天線發(fā)出的信號反射回引向器方向，使場強(qiáng)增強(qiáng)，同時(shí)有屏蔽后方干擾的作用。八木天線在垂直安裝時(shí)，上下的場強(qiáng)分布角與全向天線差不多，在水平方向上場強(qiáng)分布角，與引向器的多少有關(guān)，引向器越多，夾角越小，方向性越強(qiáng)，夾角內(nèi)的場強(qiáng)越高。一般常見引向器3-5支，再多效果亦不明顯。
主要特點(diǎn)是在有效范圍內(nèi)場強(qiáng)分布均勻，方向性好，搞干擾能力強(qiáng)。
拋物面天線：這種天線的場強(qiáng)分布有兩部分，類似手電光，一部分是燈泡直接射出的散射光，另部分，也是主要部分，是反射器反射形成的直射光。所以拋物面天線的效率是最高的，但方向性也是最強(qiáng)的，最常見是用在固定點(diǎn)對點(diǎn)的微波通信，如果用在飛行器上的通信，必須裝在高精度跟蹤云臺上才可以，如果跟蹤云臺精度不高也是盲人騎瞎馬。另外拋物面天線對組裝精度要求也很高。
平板狀天線：平板天線的特性和八木天線基本相同，好的平板天線結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但體積小，重量輕，安裝簡單。體積效率比高，野外FPV狂人的首選天線。需配合跟蹤云臺使用
我們再來借助天線的制作原理來理解天線的傳播無線電的傳僠速度和光速相同，每秒30萬公里。無線電波長的計(jì)算為，300÷頻率，比如150兆赫的波長為，300÷150=2米（注意單位是米），天線的長度要和波長匹配，一般的全向天線多采用1/4波長或1/2波長，相較1/2波長的天線效率較高。
為什么不能用全波波長的天線呢？
無線電信號是個(gè)正弦波，全波長的天線，會使電波的上半周和下半周同時(shí)加載到天線上，因?yàn)閮蓚€(gè)半周的電流方向是相反的，產(chǎn)生的電波就是反相的，所以不能做為普通天線用。但有朋友已經(jīng)注意到了很多高增益天線的長度要比波長長很多，那是因?yàn)樵谡麄€(gè)天線中間加了線圈進(jìn)行倒相，使一個(gè)半周的信號被抑制，只使我們需要的半周信號得到發(fā)揮。有朋友會問，那只有半個(gè)周期的信號，不是殘廢信號嗎？雖然天線是半個(gè)波長，但流過天線的電流方向是連續(xù)變化的，所以產(chǎn)生的電波就是個(gè)過完整的正弦波。為什么天線的長度是1/4或1/2波長呢？是因?yàn)橐炀€的長度要和無線電的波長產(chǎn)生諧振，才能使天線以最高的效率把電流轉(zhuǎn)化為電磁波或者把接收到的電磁波轉(zhuǎn)化為電流。
道理和固定長度的物體產(chǎn)生一個(gè)固定的聲波，及固定長度的物體會隨特定聲波振動的道理是一樣的。請點(diǎn)擊此處輸入圖片描述
【實(shí)例】
知道了以上的內(nèi)容，我們就可以自己制作基本的天線了。還以150兆赫為例，天線長度大約為1米。但30萬公里是光在空間中的傳播速度。在金屬介質(zhì)中的傳播速度，因金屬的不同，約為空中速度的96%-97%，所以標(biāo)準(zhǔn)的天線長度應(yīng)乘以這個(gè)縮短率，如果不了解我們所用金屬的縮短率，可以取個(gè)中值。在此可以計(jì)算為300÷150÷2×0.965=0.965米，即是所要的150兆赫天線長度為0.965米。
以上是個(gè)最簡單的天線制作，但效率還是很不錯(cuò)的，只要稍做改造就可以成為高增益天線，之前我曾以加裝假地線的方式架空1/2波長全向天線，作為對講機(jī)天線，用1W功率150公里半徑范圍內(nèi)清晰穩(wěn)定地通信，而用簡單天線1W也就在兩公里范圍內(nèi)勉強(qiáng)，可見天線做好了效率是相當(dāng)驚人的。
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