A quanto ho capito, in generale, un'antenna a guadagno più elevato si tradurrà in una portata più lunga e una migliore ricezione per il volo FPV. Cos'è il guadagno dell'antenna? Cosa rende diversa un'antenna patch a basso guadagno da un'antenna patch ad alto guadagno?
Guadagno , come termine generale, è una misura di quanto grande o forte qualcosa (un voltaggio, un'onda radio, un'onda sonora o qualsiasi altra cosa) è relativo a un valore di base del cosa misurata. Un guadagno è un rapporto: se un dispositivo prende una tensione a un'estremità e la rende 20 volte più grande ( amplifica ) 20 volte, ha un guadagno di 20. In pratica questi si misurano in decibel; vedere la nota alla fine di questa risposta per maggiori informazioni su di loro.
Di conseguenza, il guadagno di un'antenna è il rapporto di quanto più forti le onde radio generate dall'antenna sono rispetto a quelle generate da alcuni tipo di antenna della linea di base , quando si inserisce un'unità di potenza in entrambe.
Si considera che l'antenna della linea di base abbia un guadagno di 0 dB, o 1: 1 (uguale a se stesso), e ci sono due opzioni comunemente usate per questo: un'antenna isotropica ideale , che irradia ugualmente in tutte le direzioni con zero perdite, o un'antenna dipolo . Per indicare quale viene utilizzato, viene aggiunta una lettera alla fine: dBi rappresenta il guadagno relativo a un'antenna isotropica e dBd relativo a un dipolo.
Il dipolo stesso ha un guadagno di 2,15 dBi (e 0 dBd), quindi per convertire un numero dBi in dBd sottrai 2.15 da esso e aggiungi lo stesso numero per convertire nell'altro modo.
Quindi, come semplice esempio, se il guadagno della tua antenna è 3 dBi (che corrisponde a un rapporto 2: 1), i suoi segnali saranno due volte più forti di quelli dell'antenna isotropica ideale. Tuttavia, c'è un avvertimento, che si riduce a: Non esiste un pranzo gratis .
In primo luogo, le antenne isotropiche non esistono nel mondo reale , ovvero nessuna antenna reale irradia ugualmente forte in tutte le direzioni. Ci sono direzioni in cui irradierà più forte e altre in cui non si irradierà affatto. Quindi anche il guadagno dell'antenna non è lo stesso in tutte le direzioni: in alcune è più forte, in alcune è più debole. Il modo più semplice per mostrarlo è un grafico che mostra il guadagno dell'antenna in qualsiasi direzione attorno all'antenna. Quel grafico è chiamato diagramma di radiazione e ha questo aspetto:
La linea in grassetto rappresenta il guadagno: più è lontano dal centro , maggiore è il guadagno. Sopra è il diagramma di radiazione di un'antenna direzionale : il guadagno in una direzione è molto maggiore che in altre direzioni.
Quindi, quando parliamo di guadagno di un'antenna, intendiamo davvero il suo guadagno in una certa direzione . E quella direzione è solitamente quella in cui il guadagno dell'antenna è più forte.
Secondo, non puoi ottenere da un'antenna più di quanto ci metti dentro. La somma di tutta la potenza irradiata in tutte le direzioni è sempre uguale alla potenza che entra (meno una piccola percentuale di perdite)
Per sommare questi due punti, un'antenna può creare guadagno irradiando onde radio che sommate nella direzione preferita e cancellate in altre. Se un'antenna ha un guadagno superiore alla linea di base (positivo) in una certa direzione, si paga per avere un guadagno negativo in altre direzioni. Il guadagno concentra solo il potere, non crea potere.
Quindi il guadagno non è solo la misura di quanto bene un'antenna riceve o trasmette, è anche una misura della direttività dell'antenna: se l'antenna concentra tutta la sua potenza in un cono stretto, lo farà avere un enorme guadagno all'interno di quel cono e un enorme guadagno sulla scatola ... Ma il suo guadagno al di fuori di quel cono sarà quasi inesistente. Quindi, quando scegli un'antenna direzionale, il guadagno è anche un'indicazione di quanto sia direzionale . Le antenne patch a basso guadagno ti daranno un cono morbido e tollerante ma un guadagno inferiore, mentre i direzionali ad alto guadagno avranno una zona molto stretta in cui trasmettono o ricevono, ma al suo interno saranno super potenti.
Le antenne omnidirezionali (che, come ora sai, non sono mai veramente omnidirezionali) hanno un diagramma di radiazione che è più o meno a forma di ciambella:
Hanno un guadagno uguale (e alto) in qualsiasi direzione perpendicolare all'antenna, che si abbassa man mano che la direzione si avvicina al parallelo all'antenna. Queste antenne anche hanno il loro tipo di direttività: se monti l'antenna verticalmente, il guadagno "orizzontale" sarà lo stesso in qualsiasi direzione, ma può essere maggiore o minore rispetto a "più verticale "indicazioni, rendendo la ciambella più piatta. In altre parole, l'antenna può dare la priorità al guadagno verso l'orizzonte più o meno rispetto al guadagno ambientale.
Infine, ogni antenna riceve nello stesso modo in cui trasmette . Un'antenna con un guadagno 2x in una certa direzione trasmetterà il doppio della potenza in quella direzione, ma anche le onde radio provenienti da questa direzione genereranno segnali 2x più forti per essere rilevati da un ricevitore collegato.
In molti campi dell'ingegneria i rapporti possono facilmente diventare estremamente grandi o estremamente minuscoli e tendere a moltiplicarsi molto, e la radio è una delle più importanti di quelle. All'ingresso di un ricevitore, i segnali sono frequenti inferiore a un decimilionesimo di watt. Quando escono da un trasmettitore, vengono spesso misurati in kilowatt! Antenne, propagazione e circuiti elettronici modificano l'intensità del segnale di molti fattori di dieci.
Per gestire queste enormi differenze di valore, gli ingegneri misurano i rapporti in decibel , o dB, che rappresentano il rapporto di due quantità come una potenza di 10. La formula per calcolare i decibel è: dB = 10 * log_10 (rapporto)
Questa è un'unità logaritmica , il che significa che quando vengono moltiplicati due rapporti , le loro rappresentazioni in dB vengono semplicemente sommate: 10 decibel rappresentano un rapporto di 10: 1; 20 dB è 10 * 10 = 100: 1 e 30 dB è 1000: 1.
Valori positivi di dB indicano che il rapporto è maggiore di 1 e valori negativi di dB indicano un rapporto inferiore a 1: - 10 dB rappresenta un rapporto di 1/10 e 40 dB è 1/10000.
Ecco un breve cheat sheet del rapporto tra dB e effettivo per numeri inferiori a 10:
1dB corrisponde a circa 1,25: 1
3dB è quasi esattamente 2: 1 (questo è il più importante da ricordare)
7dB ~ = 5: 1
10dB è 10: 1 (esattamente)
Per tutto il resto, devi solo sommare i numeri che conosci:
6dB (= 3dB + 3dB) è ~ 4 (= 2 * 2): 1, e 9 dB è ~ 8: 1
13 dB è 10 dB + 3 dB, quindi 10 * 2 = 20: 1.
46 dB è 40 dB + 6 dB = 10 ^ 4 * 4 = 40000: 1
15 dB è 10dB + 5dB; e 5 dB è da qualche parte tra 3dB e 6dB (2 e 4), quindi probabilmente è qualcosa da tre punti. Quindi la nostra ipotesi sarebbe 15 dB da qualche parte nell'intervallo da 30-35 a 1.
" Guadagno antenna" fornisce la potenza trasmessa da un'antenna in una direzione specifica, rispetto a un'antenna teorica che irradia ugualmente in tutte le direzioni (questo è noto come " antenna ")
In effetti," Guadagno antenna "definisce quanto forte un segnale può trasmettere o ricevere una particolare antenna in una direzione specificata.
Il guadagno dell'antenna è correlato alla direttività dell'antenna, ma tiene anche conto di altre perdite nel sistema (ad esempio, irregolarità del rivestimento superficiale, resistenza, difetti di fabbricazione , dielettrico, ecc.).
Quindi, in sostanza:
Guadagno antenna = Direttività x Efficienza
Sebbene le formule effettive siano un po 'più complicate!
Il guadagno dell'antenna è una misura dell'efficacia con cui un'antenna invia o riceve un segnale. È una misura relativa e di solito è un confronto con un semplice progetto di antenna chiamato antenna dipolo (dBd) o un riferimento ideale (dBi) - spesso un produttore sceglie qualunque di questi numeri sia più grande.
Un guadagno inferiore a 1 significa che le prestazioni sono peggiori di questo livello di riferimento, ma ci possono essere vantaggi come l'antenna che è più piccola (che in un contesto di drone, significa che pesa meno ed è più corta - quindi più facile da posizionare e tenere fuori le eliche!)
Il guadagno può essere anche direzionale. Può essere utile pensare a una torcia: la lampadina è omnidirezionale ma è necessaria la luce per andare in avanti, quindi hai un riflettore lucido dietro la lampadina per darti la massima luminosità ("guadagno") in una direzione. È possibile produrre un "diagramma di radiazione" per mostrare il guadagno su un'antenna in diverse direzioni.