Усиление антенны и диаграмма направленности: что значат dBi

Усиление — это форма, а не мощность

Антенна пассивна: она не добавляет энергии. Усиление в dBi показывает, во сколько раз плотность мощности в главном направлении выше, чем у изотропного излучателя, отдающего ту же мощность во все стороны.

Отсюда жёсткая связь: чем выше усиление, тем уже луч. Антенна на 14 dBi имеет ширину луча порядка 30°, на 20 dBi — порядка 15°. За пределами луча она принимает хуже простого штыря.

Практическое следствие: направленную антенну можно ставить только туда, где направление известно и удерживается — на наземную станцию с поворотным устройством или с ручным наведением. На борту маневрирующего аппарата она проигрывает круговой.

Усиление на практике

Та же лестница видна у SIYI для HM30: всенаправленная антенна на 5 dBi, панельная на 11, направленная на 17 и антенна на 21 дБ под антенный трекер. Чем выше ступень, тем точнее нужно держать направление.

Для пультов ELRS на 2,4 ГГц есть промежуточный вариант — антенны Moxon на 4–6 дБ у Happymodel и RadioMaster: выигрыш небольшой, зато сектор широкий, и пульт не нужно точно наводить на аппарат.

Поляризация решает не меньше

Линейная поляризация даёт максимум при совпадении ориентаций антенн и глубокий провал при повороте на 90°. Для маневрирующего аппарата это означает регулярные срывы сигнала на кренах.

Круговая поляризация снимает зависимость от крена и, что важнее, подавляет переотражения: отражённый сигнал меняет направление вращения и приёмником отбрасывается. Поэтому в FPV круговая поляризация стала стандартом.

Смешивать нельзя: приём круговой антенной линейного сигнала стоит около 3 дБ, а приём круговой антенной сигнала противоположного вращения — обычно 15–20 дБ и больше. Правое и левое вращение на одном комплекте не сочетают.

Что ещё в бюджете линии

Кабель и разъёмы. Тонкий коаксиал на 5,8 ГГц теряет по 1 дБ на каждые 30–50 см, и полуметровый удлинитель может съесть весь выигрыш от более дорогой антенны.

Согласование (КСВ). Антенна не на своей частоте отражает мощность обратно в передатчик: это и потеря дальности, и нагрев выходного каскада. Диапазон антенны сверяют с рабочей частотой, а не с «5,8 ГГц вообще».

Высота установки наземной антенны. Подъём на 2–3 метра над землёй обычно даёт больше, чем замена антенны на более дорогую: он убирает из трассы ближние препятствия и переотражение от грунта.

Разнесённый приём

Приёмник с двумя входами и разными антеннами — круговой и направленной — выбирает лучший сигнал в каждый момент. Это самая эффективная схема для наземной станции: круговая закрывает ближнюю зону и манёвр, направленная даёт дальность.

Разнесение по поляризации и по положению работает лучше, чем две одинаковые антенны рядом: смысл в том, чтобы провалы у антенн не совпадали.

Проверять комплект нужно в поле, а не на столе: на расстоянии в несколько метров работает всё, включая заведомо рассогласованные антенны.