Antennen für die Bildübertragung von Drohnen, die Fernsteuerungsübertragung und die Signalverstärkung
1. Einführung Antennen spielen eine entscheidende Rolle in der Leistung von unbemannten Luftfahrzeugsystemen (UAV), insbesondere wenn es um die Bildübertragung und Fernsteuerungsfunktionen geht. Sie sind verantwortlich für das effiziente Senden und Empfangen von Signalen, und ihre Eigenschaften können die Reichweite, Qualität und Zuverlässigkeit dieser Übertragungen erheblich beeinflussen.
2. Arten von Antennen
A. Rundstrahlantennen - Eigenschaften: Omnidirektionale Antennen strahlen und empfangen Signale in alle Richtungen in einer horizontalen Ebene. Sie haben ein donuts-förmiges Strahlungsmuster, wobei die Antenne im Zentrum des Donuts positioniert ist. Das bedeutet, dass sie eine konsistente Abdeckung rund um die UAV oder den Bodenstationsempfänger in einem 360-Grad-Horizontbereich bieten. - Anwendungen: Sie werden häufig für Kurzstreckenanwendungen und in Situationen verwendet, in denen sich die Ausrichtung der UAVs relativ zum Empfänger ständig ändert. Zum Beispiel bei einer Luftbildaufnahme in einem kleinen Bereich, in der die Drohne in verschiedene Richtungen fliegt und der Empfänger stationär ist, kann eine omnidirektionale Antenne am Empfänger eine kontinuierliche Verbindung gewährleisten. In Fernsteuersystemen können sie eine zuverlässige Signalempfang unabhängig von der Position der Drohne um den Bediener bieten.
B. Richtantennen - Eigenschaften: Richtantennen konzentrieren ihr Strahlungsmuster in eine bestimmte Richtung. Sie haben eine schmalere Strahlbreite, die es ihnen ermöglicht, Signale über längere Distanzen in eine bestimmte Richtung zu senden und zu empfangen. Der Gewinn einer Richtantenne ist höher im Vergleich zu einer omnidirektionalen Antenne, was bedeutet, dass sie das Signal in der gewünschten Richtung effektiver verstärken kann. - Anwendungen: In Anwendungen, in denen eine Langstreckenbildübertragung oder Fernsteuerung erforderlich ist, wie z.B. bei der Überwachung über große Entfernungen oder Kartierung, werden häufig Richtantennen verwendet. Zum Beispiel kann ein Bodenstation-Operator eine Richtantenne auf die Drohne ausrichten, um die Signalstärke und Reichweite zu maximieren. Richtantennen sind auch in Szenarien nützlich, in denen bekannte Störquellen in anderen Richtungen vorhanden sind, da sie von der Störung weggerichtet werden können.
3. Antennengewinn - Definition: Antennengewinn ist ein Maß dafür, wie gut eine Antenne die Energie eines Signals fokussieren oder lenken kann. Er wird normalerweise in Dezibel (dB) gemessen. Eine Antenne mit höherem Gewinn kann ein Signal in eine bestimmte Richtung effizienter senden oder empfangen, hat jedoch möglicherweise ein engeres Abdeckungsgebiet. Der Gewinn steht im Zusammenhang mit der physischen Größe und Form der Antenne. Größere Antennen haben im Allgemeinen einen höheren Gewinn, können jedoch auch unhandlicher sein und aufgrund von Gewicht und Größenbeschränkungen weniger geeignet für einige UAV-Anwendungen sein. - Auswirkungen auf die Übertragung: Im Kontext der Bildübertragung und Fernsteuerung von Drohnen kann eine Antenne mit höherem Gewinn die Reichweite der Übertragung erhöhen. Zum Beispiel kann eine 5-dB-Gewinnantenne eine Reichweite von 1 Kilometer bieten, während eine 10-dB-Gewinnantenne desselben Typs die Reichweite unter idealen Bedingungen auf 2 Kilometer verdoppeln könnte. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass eine Erhöhung des Gewinns auch eine sorgfältige Ausrichtung der Antenne in Richtung des Signals erfordert, um ihre Vorteile vollständig zu nutzen.
4. Frequenzüberlegungen - Antennen - Frequenzbeziehung: Antennen sind so konzipiert, dass sie bei bestimmten Frequenzen arbeiten. Die Länge und Form einer Antenne sind für die Wellenlänge des Signals optimiert, das sie übertragen oder empfangen soll. Für die häufig in Drohnensendungen verwendeten Frequenzen, wie 2,4 GHz und 5,8 GHz, sind die Antennendimensionen unterschiedlich. Eine 2,4-GHz-Antenne ist im Allgemeinen länger als eine 5,8-GHz-Antenne, da die Wellenlänge bei 2,4 GHz länger ist. - Frequenzspezifische Antennen: Die Verwendung einer Antenne, die nicht richtig auf die Übertragungsfrequenz abgestimmt ist, kann zu einer schlechten Leistung führen. Wenn beispielsweise ein 5,8 GHz Bildübertragungssystem mit einer 2,4 GHz Antenne gekoppelt wird, kann das Signal abgeschwächt werden, was zu einer verringerten Reichweite und Bildqualität führt. Daher ist es wichtig, Antennen zu verwenden, die für die spezifischen Frequenzen der Fernsteuerung und der Bildübertragungssysteme der Drohne ausgelegt sind.
5. Antennenplatzierung und -ausrichtung - Auf der Drohne: Die Platzierung der Antennen auf der Drohne ist entscheidend. Sie sollten an einem Ort positioniert werden, der Interferenzen von anderen Komponenten, wie den Motoren und der Batterie, minimiert. Bei Multirotor-Drohnen werden Antennen oft an den Armen oder an einem Ort platziert, an dem das Signal ausgestrahlt und empfangen werden kann, ohne von den Propellern blockiert zu werden. Die Ausrichtung der Antennen auf der Drohne beeinflusst ebenfalls die Signalstärke. In einigen Fällen können die Antennen verstellbar sein, um das Signal je nach Flugrichtung und Position des Empfängers zu optimieren. - Am Boden - Station: Bei der Bodenstationantenne kann ihre Höhe über dem Boden und ihre Ausrichtung relativ zur Drohne den Empfang des Signals beeinflussen. Eine höher platzierte Antenne hat im Allgemeinen eine bessere Sichtlinie zur Drohne und kann die Auswirkungen von Störungen und Hindernissen auf Bodenhöhe reduzieren. Die Ausrichtung der Bodenstationantenne sollte so eingestellt werden, dass sie in Richtung des allgemeinen Flugpfades der Drohne zeigt, um die Signalstärke zu maximieren.
