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标题: 【原创】图传频率和功率的物理理论分析。 [打印本页]

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-19 11:25
标题: 【原创】图传频率和功率的物理理论分析。
本帖最后由 zhanyiduo 于 2014-1-24 23:58 编辑

看了很多帖子讨论图传频率和功率的选择，关于“穿透”能力的讨论更是众说纷纭。作为物理专业毕业生，在这里给大家阐明一下给频率和”穿透“能力的基本物理关系。本人只是从物理的理论角度分析，如果有不准确的地方，欢迎指正。

首先，我们说的“穿透”能力其实是指的无线电波“绕”过障碍物继续传播的能力，另称为“衍射”。衍射是波传播的特有性质，满足衍射发生的条件是：障碍物的尺寸不大于波长。

图传的各频率的波长是多少呢？根据波长计算公式lamda= c/f, 其中c 为光速，f为频率。可以得出市面上常见的四种频率（900mhz, 1.2ghz, 2.4ghz, 5.8ghz)的波长分别为： 33.31cm, 24.98cm, 12.49cm, 5.17cm。知道波长了，对比飞行中有可能出现的障碍物的尺寸，其穿透能力就一目了然。：无论哪个频率各种建筑肯定挡住信号。对于2.4ghz和5.8ghz，树枝树叶也会对其构成不小的威胁，所以飞到树的后面也很危险。

顺便再聊聊功率和有效距离的关系：对于全向天线（棒状天线/蘑菇头天线等）有效距离的平方跟功率成正比，比如一个1w的图传，有效距离是1000米；那么2w的图传有效距离就是1414米。为什么？因为图传发射的信号能量从天线一点向空间传播，其无线信号就会以球面向四周扩散，发射能量均匀分布在空间的球面上。球心就是图传发射端，接收端处在球面上的任意一点。发射与接受端的距离就是球的半径。球面的面积s就跟球的半径平方成正比。所以图传有效距离的平方跟发射功率成正比（此处改正）。
上面讨论可见一味提高图传的发射功率不是增加距离最有效的方式。最有效的方式就是把分散在球面上的能量都集中在接收端方向，这就是定向天线的优势。下面介绍一个概念：增益。增益的单位是db分贝，分贝=输出能量数量级/输入能量数量级X10。输出/输入的倍数与分贝的换算：1倍=0分贝，10倍=10分贝，100倍=20分贝，1000倍=30分贝. 简而言之，增益代表的是天线对于发射能量“塑造”的能力，增益越大说明天线发射的能量在某个方向越集中。所以增加图传距离最有效的方法就是改变接收端的天线，可以让一个有效距离1km的图传，瞬间变成20km的马拉松fpv图传。一句话，嗓门大不如对的准。

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多一句解释，有网友注意到市面上的定向天线只是对于接收端而言，发射端依然是全向天线是否无异于改变信号的有效距离呢？
这里先介绍一个“等效”的概念。对于一对发射接收天线，其互换角色而不影响传播质量的。就是说，全向发射定向接收的配置“等效”于定向发射全向接收。由于在飞机上安装天线跟踪太重，所以市面上的配置是发射端全向“喊”，接收端定向“听”。当然，最好的办法是发射接收端都是定向天线，典型的就是卫星的通讯，卫星上一个“锅”，地面上一个“锅”。

作者: tonny6740 时间: 2014-1-19 12:10
受教谢谢楼主

作者: 小潘玩车 时间: 2014-1-19 15:49
不错不错！学习了！！！！

作者: 高鼻子 时间: 2014-1-19 16:52
谢谢，楼主分享

作者: P-51D 时间: 2014-1-19 18:49
学习了

作者: baiyun 时间: 2014-1-19 20:34
技术贴必顶。

作者: wangzhengtatata 时间: 2014-1-19 21:05
普及贴使劲顶，很多新手被奸商误导的太厉害了上来动辄就是1w 2w的图传真蛋疼

作者: 将军不下马6 时间: 2014-1-19 21:52
学习了

作者: mrwangzhenhua 时间: 2014-1-20 09:30
好贴必须顶

作者: mrwangzhenhua 时间: 2014-1-20 09:38
顺便问一下楼主（我对无线电知道的也不是太多）对于多旋翼来说，天线的信号增强区域只需要是你说的空间球体的下半球就够了，毕竟拿多轴航拍谁闲的没事空翻

，如果是这样的话，在多轴上放一垂直向下的小蘑菇天线，蘑菇天线上端使用锡纸做一个类似锅的东西，是否有助于增强下半球的信号而减弱上半球的信号？对增加距离有帮助吧？再推广一下，广受排斥的1.2g图传，如果同样的做法处理得当，图传发射端便无法对多轴接收端产生足够的干扰，可以放心使用了，是不是这样，还望楼主赐教！

作者: mrwangzhenhua 时间: 2014-1-20 09:39
这么好的帖子不能沉，再顶一下

作者: r980ah 时间: 2014-1-20 10:06
喊和听的比喻很形象

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-20 22:24

mrwangzhenhua 发表于 2014-1-20 09:38
顺便问一下楼主（我对无线电知道的也不是太多）对于多旋翼来说，天线的信号增强区域只需要是你说的空间球体 ...

你的想法很好，我说一下我的两个担心。1，无线电波不能像光线那样完美地被金属反射，很可能还伴有大量的散射和干涉，散射相当于浪费能量，干涉会破坏原来的完好的信号。2，即使真的有完美反射，反射信号跟发射信号有时间差接受就会被干扰。万一反射回来的能量会被反射回发射机天线里把发射机烧了。另外蘑菇天线发射的是圆偏振信号，这种信号的特点是反射波的极性跟原信号极性相反，所以接收端也无法收到信号。
你说的1.2ghz干扰的问题。干扰原因是因为自身的信号产生二次谐波（自己跟自己干涉）正好是2.4ghz.产生二次谐波的原因很多，有可能电路里面，也有可能信号被反射回来了。所以还是老老实实用低通滤波吧，反射只会产生更多谐波。

作者: Sea_fish006 时间: 2014-1-20 22:40
还是学物理的,对这个说得清楚.

作者: 同类 时间: 2014-1-20 22:52
技术顶
来自安卓客户端

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-20 23:14

Sea_fish006 发表于 2014-1-20 22:40
还是学物理的,对这个说得清楚.

谢谢支持

作者: 41402678 时间: 2014-1-21 00:52
技术贴，学习了，另外想问下楼主，很多人说1.2g.图传干扰gps是怎么一回事呢？
来自安卓客户端

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-21 02:04
本帖最后由 zhanyiduo 于 2014-1-21 11:42 编辑

作者: wowsjl 时间: 2014-1-21 05:59
技术贴，学习了，

作者: z25945476 时间: 2014-1-21 09:11
相当的好支持LZ

作者: jijiwang 时间: 2014-1-21 09:42
需要这样的声音

作者: xlla 时间: 2014-1-21 10:17
两句话，
嗓门大不如听力好，
听力好不如对的准。

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-21 11:43

xlla 发表于 2014-1-21 10:17
两句话，
嗓门大不如听力好，
听力好不如对的准。

总结得很到位，谢谢支持

作者: Daly 时间: 2014-1-21 11:58
希望论坛里有相关知识的人多多发言啊！

作者: mrwangzhenhua 时间: 2014-1-21 20:09

zhanyiduo 发表于 2014-1-20 22:24
你的想法很好，我说一下我的两个担心。1，无线电波不能像光线那样完美地被金属反射，很可能还伴有大量的 ...

吸收1,2g的材料，不反射的话隔离不也一样，反正1.2射的远，只要保证接收天线和gps不在干扰范围内还能良好接受信号不就行了，另外我又不做成锅的样子，怎么会聚焦在天线上

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-21 22:33

mrwangzhenhua 发表于 2014-1-21 20:09
吸收1,2g的材料，不反射的话隔离不也一样，反正1.2射的远，只要保证接收天线和gps不在干扰范围内还能良好 ...

我的意思是无论吸收还是反射，对于电磁波都不容易实现。因为电磁波是场效应，如果你学过电磁学应该知道一个电荷可以让整个空间电场都改变。当然我不是学无线电出身的，我是学物理的，不能告诉你具体怎么做，只能从理论角度分析分析。但是唯一能知道方法是否可行就是实践，或许你的方法真的有效。你可以自己做个简单的实验加上屏蔽之后，看看在天线背面的图传信号被挡住多少？我很期待实验结果是怎么样。

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-22 00:44

41402678 发表于 2014-1-21 23:53
我看到1.2g图传的频段有1020 1060 1160 等等，是不是只要低于gps的1175，避开gps的频段接收范围就可以完 ...

我的理解是可以避开的。被干扰只是小概率事件吧。我也觉得1.2ghz作为图传应该没问题，否则这个东西就不应该被生产出来。人家生产厂家也不傻。

作者: 爱不释手' 时间: 2014-1-22 01:01
技术贴必顶。

作者: liuyc199449 时间: 2014-1-22 01:11
学习了，顶楼主

作者: leifuli059 时间: 2014-1-22 05:24
这么好的帖子一定要顶

作者: 鹰视航空 时间: 2014-1-22 10:45
好贴得顶

作者: hfatw 时间: 2014-1-22 12:36
看看很长见识

作者: y1950 时间: 2014-1-22 13:03
好帖，好帖。深入浅出地讲明了很深的道理。谢谢LZ

作者: Yaw-Z 时间: 2014-1-22 17:19
非常感谢LZ的技术讲解

作者: rostin 时间: 2014-1-23 11:45
感谢楼主码字

作者: Himalaya 时间: 2014-1-23 13:22
很好。吹毛求疵一个：第四段第一行冒号后边那句写反了。

“对于全向天线（棒状天线/蘑菇头天线等）有效距离的平方跟功率成正比”

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-23 21:33

Himalaya 发表于 2014-1-23 13:22
很好。吹毛求疵一个：第四段第一行冒号后边那句写反了。

“对于全向天线（棒状天线/蘑菇头天线等）有效 ...

应该是?

作者: kim-rcfun 时间: 2014-1-23 21:45
好帖，顶一个

作者: nniipfj 时间: 2014-1-23 21:52
学习了

作者: Himalaya 时间: 2014-1-24 11:08
本帖最后由 Himalaya 于 2014-1-24 12:00 编辑

zhanyiduo 发表于 2014-1-23 21:33
应该是?

还没看出来？

第四段您是这么写的：
“顺便再聊聊功率和有效距离的关系：对于全向天线（棒状天线/蘑菇头天线等）有效距离的平方跟功率成正比，比如一个1w的图传，有效距离是1000米；那么2w的图传有效距离就是1414米。为什么？因为图传发射的信号能量从天线一点向空间传播，其无线信号就会以球面向四周扩散，发射能量均匀分布在空间的球面上。球心就是图传发射端，接收端处在球面上的任意一点。发射与接受端的距离就是球的半径。球面的面积s就跟球的半径平方成正比。所以图传有效距离跟发射功率平方成正比。”

这段开头您写“有效距离的平方跟功率成正比"，结尾处您写 “有效距离跟发射功率平方成正比。” 到底信哪一个呢？

其中必然有一个，如能成真，那真是赚便宜赚大了。

显然是笔误。

作者: 悠悠绿水情 时间: 2014-1-24 11:17
顶上，很厉害的样子

作者: zhanyiduo 时间: 2014-1-24 23:57

Himalaya 发表于 2014-1-24 11:08
还没看出来？

第四段您是这么写的：

多谢指正，我已经修改了。

作者: 穿开裆裤飞灰机 时间: 2014-1-25 09:59

wangzhengtatata 发表于 2014-1-19 21:05
普及贴使劲顶，很多新手被奸商误导的太厉害了上来动辄就是1w 2w的图传真蛋疼

确实！！塔塔我200mw都可以穿云

作者: 简单自言自语 时间: 2014-2-7 00:22
谢谢楼主，努力学习中

作者: 摩擦角 时间: 2014-3-28 10:43
问一下楼主我觉得楼主的平方反比有一点怀疑，因为这是在没有损耗的基础上计算的，但是电磁波穿过空气应该是有损耗的吧？
就比如假设波长衰减是反比于r^a，那么距离就是反比于2+2a吧？
但是我凭感觉觉得应该是指数衰减？忽略这个你懂我意思就好....
另外一个疑问是厘米波长级的电磁波在空气这种微米级粒子中的衰减大吗？如果很小的话那就还是按你说的平方反比了，谢谢啦
本人电磁基础匮乏，基本停留在大物2的水平上，如有胡说八道的地方还请您见谅并指出错误，谢谢！

作者: zhanyiduo 时间: 2014-3-30 08:36
本帖最后由 zhanyiduo 于 2014-3-30 08:37 编辑

摩擦角发表于 2014-3-28 10:43
问一下楼主我觉得楼主的平方反比有一点怀疑，因为这是在没有损耗的基础上计算的，但是电磁波穿过空气应该是 ...

好问题！既然你学过大学物理，如果还记得电磁学，里面提到的损耗的前提是传播介质必须是电磁的良导体。我觉得常规情况下电磁波与空气的损耗可以忽略不计。另外一种情况就是散射，但是一般发生在波长与介质尺寸相近的情况。p.s.当然，如果你愿意讨论强场与介质的相互作用，比如原子外电子激发跃迁，场强必须到10^6~10^8v/m的量级。比如我曾经做过的实验，用强激光电离空气。

希望我的回答能够解答你的疑问。

作者: 虎门-超 时间: 2014-3-31 00:35

zhanyiduo 发表于 2014-1-22 00:44
我的理解是可以避开的。被干扰只是小概率事件吧。我也觉得1.2ghz作为图传应该没问题，否则这个东西就不应 ...

生产的时候没打算用来FPV ，和GPS 一起工作的吧

作者: kmani 时间: 2014-6-27 02:50

zhanyiduo 发表于 2014-1-20 22:24
你的想法很好，我说一下我的两个担心。1，无线电波不能像光线那样完美地被金属反射，很可能还伴有大量的 ...

那433M信号会不会干扰GPS呢？
如果会，那该怎么避免呢？对GPS信号加带通滤波器可以吗？

作者: 嗨皮哥 时间: 2014-6-27 08:58

估计比天九还贵哟

作者: 可乐哥 时间: 2014-6-27 10:26
LZ说说那个一百块左右的1.2G滤波器到底有没有用

作者: zhanyiduo 时间: 2014-6-27 11:53

kmani 发表于 2014-6-27 02:50
那433M信号会不会干扰GPS呢？
如果会，那该怎么避免呢？对GPS信号加带通滤波器可以吗？

应该不会0.433跟1.2差了好远呢

作者: zhanyiduo 时间: 2014-6-27 11:59

可乐哥发表于 2014-6-27 10:26
LZ说说那个一百块左右的1.2G滤波器到底有没有用

1.2ghz的低通滤波是滤掉高频部分，主要是因为1.2ghz的图传其实也会产生少许二次谐波，也就是2.4ghz。低通滤波是为了避免二次谐波对2.4ghz的遥控信号干扰。至于能不能滤掉1.5ghz的杂波，在看到它的参数之前，不好意思我也不知道。

作者: 可乐哥 时间: 2014-6-27 15:50

zhanyiduo 发表于 2014-6-27 11:59
1.2ghz的低通滤波是滤掉高频部分，主要是因为1.2ghz的图传其实也会产生少许二次谐波，也就是2.4ghz。低通 ...

谢谢

作者: 可乐哥 时间: 2014-6-27 15:50

zhanyiduo 发表于 2014-6-27 11:59
1.2ghz的低通滤波是滤掉高频部分，主要是因为1.2ghz的图传其实也会产生少许二次谐波，也就是2.4ghz。低通 ...

那你的意思是这个小东西还是有用的

作者: zhanyiduo 时间: 2014-6-28 03:34

可乐哥发表于 2014-6-27 15:50
那你的意思是这个小东西还是有用的

如果你想用它来降低对2.4ghz控的干扰，有用。如果指望降低对gps的干扰，我觉得指望不上。我真的觉得不至于干扰到gps。

作者: fanxinghh 时间: 2014-6-28 09:20
学习下

作者: 可乐哥 时间: 2014-6-29 15:38

zhanyiduo 发表于 2014-6-28 03:34
如果你想用它来降低对2.4ghz控的干扰，有用。如果指望降低对gps的干扰，我觉得指望不上。我真的觉得不至 ...

谢谢

作者: KILLING小兵 时间: 2014-7-27 22:32
默默学习，拿分

作者: 广东白水 时间: 2014-7-29 12:02
学习拿分！

作者: panzerelite 时间: 2014-9-2 14:28
先顶后看

作者: 13230807 时间: 2014-9-3 02:08
楼主所说的“对得准，”是否可以理解为平板大致方向准就可以了，对准的精读有要求么，例如没有AAT的情况下

作者: KILLING小兵 时间: 2014-10-21 13:35
技术贴，学习了，

作者: goldsun999 时间: 2014-10-22 12:32
说得好，学习了

作者: chi83100 时间: 2014-10-22 15:48
学习拿分！

作者: 江东游子 时间: 2014-10-23 06:11
感谢楼主，受益非浅。

作者: dxr2013 时间: 2014-10-23 21:53
好贴，是个真正的教授

作者: 小楼一夜听春雨 时间: 2014-10-24 11:27
这个帖子真的是好我给顶了

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