Безпілотників стає все більше і більше з кожним днем, питання дронів стало питанням нашого виживання, і всі вони керуються за допомогою радіохвиль, тому правильний вибір та розуміння антен стає критично необхідним для успішних та безперервних польотів. 

Потрібно зазначити, що тема дуже складна, її неможливо пояснити в межах коротенького блогу, оскільки читачу потрібні базові знання з радіотехніки, але ми допоможемо розібратись в основних поняттях і вказати правильний напрямок для самостійного вивчення теми. Також зауважте, що в умовах війни практика застосування радіозв'язку постійно змінюється і вдосконалюється, статичною залишається лише теорія радіохвиль.

Радіохвилі

Отже, варто розпочати з того, що для дрону потрібен радіозв`язок по двох незалежних каналах. Один - для керування дроном, інший - для передачі відеосигналу на окуляри оператора. Для обох каналів використовуються антени різних типів, які відрізняються в першу чергу частотою, на якій працює сигнал. Крім цього антени мають різну поляризацію, діаграму направленості, коефіцієнт підсилення. Давайте спробуємо розібратись.

Перше, що треба розуміти - це поляризація сигналу. По суті це спосіб поширення радіохвиль, і він буває двох типів - лінійний або круговий. Лінійна поляризація, в свою чергу, буває вертикальна і горизонтальна, а кругова поділяється на ліву і праву, за напрямком руху годинникової стрілки.
Тобто ви не можете взяти будь-які дві антени, розмістити їх як завгодно і очікувати що між ними буде зв'язок.

Керування дронами

Тепер подивимось, як це все використовується в радіокеруванні безпілотниками. Для передачі управляючого радіосигналу від пульта пілота на дрон стандартно використовуються частоти в діапазоні 900МГц (868 та 915) або 2.4ГГц з лінійною поляризацією. Буде вона вертикальна чи горизонтальна - обирати пілоту, за допомогою повороту антен. Тут потрібно розуміти, що коли на пульті досить легко можна повернути антену, то на дроні для цього має бути передбачена спеціальна поворотна система, але як правило її немає, тому вибір скорочується до однієї опції - більшість FPV управляються за допомогою радіохвиль з горизонтальною поляризацією.

Що буде, якщо на передавачі і приймачі буде різна лінійна поляризація антен? -  фізика радіохвиль говорить, що втрата сигналу при перпендикулярній поляризації антен складе 20 дБ, тобто відбудеться майже повна втрата керування. На практиці, коли дрон нахиляється, кут між поляризаціями значно менший, відповідно втрати сигналу залишаються прийнятними, що дозволяє зберегти керування дроном. 

Передача відеосигналу

Відеосигнал з камери дрона переважно передається на частотах 1.2 та 5.8 ГГц, за допомогою антен з правою круговою поляризацією. Чому з правою? - бо так склалось історично. Є легенди що права використовується для передачі аналогового відео а ліва для цифрового, але це лише легенди. Вам нічого не заважає літати на дроні з антеною лівої кругової поляризації, але для цього ваш відеоприймач також має мати відповідну антену. Втрати сигналу при неспівпадінні напрямку поляризації - ті ж самі 20дБ, з різними антенами зображення майже не буде. Слід зауважити, що втрати сигналу між антенами кругової і лінійної поляризації складають приблизно 3дБ, і круговий відеосигнал можна приймати лінійною антеною при достатньо великому коефіцієнті підсилення сигналу, але про це трохи далі.

Копнемо глибше

Це все гарно і просто працює в розважальних польотах (які, нагадаю, зараз заборонені) на прибудинковій території. На практиці у нас війна, дронам приходиться літати далеко, а радіосигналам треба проходити, незважаючи на перешкоди та засоби РЕБ. Отже, що заважає дрону облетіти землю? - вірно, це її кругла форма. Коли ви відлітаєте достатньо далеко, щоб дрон зайшов за радіогоризонт, ви втрачаєте сигнал. Також ви його втрачаєте коли залітаєте за пагорб чи багатоповерхівку з армованих панелей - природні чи рукотворні перешкоди теж спричиняють втрату сигналу.

Наскільки сильна ця втрата сигналу - відповісти важко, а в бойових умовах - неможливо. Радіохвилі різної частоти по різному огинають перешкоди, але загальне правило таке, що чим більша довжина хвилі (відповідно, менша частота) - тим краще огинаються перешкоди. Хвилі метрового діапазону з частотою менше 30МГц взагалі можуть поширюватись по поверхні землі, але ж ми літаємо на значно вищих частотах. Тут зберігається те ж саме правило - прохідність сигналу керування 900Мгц буде кращою за прохідність сигналу відеозв’язку в 5800Мгц.

То як літати на більші відстані?

Знову трохи теорії. Зазвичай на дронах використовуються всенаправлені антени - це такі, які передають і приймають приблизно однаково у всіх напрямках. Адже дрон повертається як завгодно, і важливо зберегти керування ним незалежно від орієнтації щодо пілота. Так само на пультах і відеоприймачах зі сторони оператора базово передбачені всенаправлені антени, сигнал яких затухає приблизно однаково у всіх напрямках, але що нам заважає сфокусувати сигнал в одному керунку, і таким чином добитись його передачі/прийому на більші відстані? Відповідь - не заважає нічого окрім наявності відповідного заліза. Більше того, на фронті без направлених ретрансляторів застосування безпілотників фактично неможливе.

Власне, крім всенаправлених, існують спрямовані антени. Вони фокусують потужність сигналу в одному напрямку, і таким чином цей сигнал проходить набагато далі. Існує досить багато типів спрямованих антен - патчі, ягі, хелікси - ми не будемо вдаватись в деталі які можна загуглити, але всі ці антени об'єднує кілька характеристик, основні з яких - це коефіцієнт підсилення та діаграма спрямованості - простими словами - це певна область на карті, в межах якої дрон може літати без втрати сигналу. Як правило, чим більший коефіцієнти підсилення, тим вужча і довша діаграма спрямованості. Умовно, якщо при коефіцієнті підсилення 6дБ зона покриття буде нагадувати приплюснуте коло, то при коефіцієнті 20дБ ця зона буде схожа на огірок.Таким чином, чим краще антена підсилює сигнал, тим вужча полоса, в якій дрон буде приймати сигнали керування. Переважна більшість втрат БПЛА на фронті - це виліт апарату за межі ширини діаграми спрямованості в зони, де відсутній сигнал керування. Що з цим робити? - потрібно знаходити баланс між підсиленням (дальністю сигналу) і шириною зони покриття, ну або просто повертати антену в правильний бік, але насправді це дуже не просто.

Вищенаведене стосується як управляючого, так і відеосигналу, відрізняються лише типи і розміри антен. Ви можете зробити вузьку і довгу полосу сигналу, а можете підняти антену вище - вирішення проблеми залежить від конкретних задач, наявності відповідного обладнання, правильного планування маршруту і майстерності пілота в комплексі.

А що робити з РЕБом? 

Відповідь проста - передбачати і адаптуватись. На практиці радіоелектронна боротьба - це штука, яка сильно залежить від наявної компонентної бази. РЕБи тактичного рівня не дозволять літати ні супротивнику, ні своїм, тому вони не працюють безперервно, завжди можна знайти вікно. Портативні окопні РЕБи (ті ж самі антидронові рушниці) сильно залежать від джерел живлення.

Взагалі ми не є спеціалісти з радіоелектронної боротьби, і навряд чи можемо претендувати на експертну думку, але практика свідчить про те, що часто допомагає перехід на нестандартні частоти керування (саме їх глушать засобами РЕБу). Також на практиці для маскування дрону використовується передача відео на менших потужностях відеопередавача VTX, якщо немає втрати сигналу (саме відеочастоти скануються для раннього виявлення ФПВ).

Супротивник завжди буде намагатись заглушити наші безпілотники за допомогою нових методів, а ми завжди будемо винаходити нові способи обійти РЕБ, цей процес безперервний. 

Висновок

Ця стаття призначена для того, щоб дати розуміння основ, хоча тема набагато ширша. Маючи базові знання їх можна і треба розширити за допомогою самоосвіти. Це все можна застосовувати при проектуванні виносних FPV-станцій, підборі антен для “кухонного” дрону, а в кінцевому результаті - для наближення до нашої перемоги.