Szukaj
  • Michał

433MHz / 868MHz / 2.4GHz

Dlaczego używamy takich właśnie częstotliwości? Proste, bo takie są dostępne do ogólnego użytku. Możemy jeszcze dodać, że im niższa częstotliwość, tym lepsza penetracja przez przeszkody i większy zasięg przy tej samej mocy nadawczej. I tu możemy zakończyć… Chyba, że kogoś zastanawia, dlaczego w takim razie wszyscy nie zaczną używać 433MHz?

Celowo pomijamy tu częstotliwość 1.2GHz ponieważ jest ona wykorzystywana głównie do analogowego obrazu, czym zajmiemy się w artykule dotyczącym zakłóceń pomiędzy częstotliwościami wykorzystywanymi w FPV.


Będzie prosto, z minimum wiedzy technicznej jaka jest niezbędna, aby móc wybrać coś dla siebie.


Dla pilota FPV, który lata czasem w grupie znajomych, dodatkowo pomiędzy wieloma przeszkodami i jeszcze liczy na rozsądny zasięg nastały piękne czasy. Nie tylko pod względem funkcjonalnych aparatur, ale też dostępnych modułów zwiększających jeszcze ich funkcjonalność. Moduły te oprócz wykorzystywanych technologii różnie też wykorzystywana częstotliwość pracy.

Latamy sami i tzw. Long Range? Zakładamy moduł 433MHz i lecimy… nie przesadzając - do gwiazd. Latamy Long range ze znajomymi? Zakładamy 868MHz i lecimy 30km… a nawet 60 pod warunkiem, że grupa ludków na częstotliwości 868MHz będących jednocześnie w powietrzu, nie przekracza 5 osób. Bierzemy udział w wyścigu, gdzie startuje tłum ludzi, przełączamy się na 2.4GHz i grzejemy od bramki do bramki, pomiędzy flagami…

Zaraz… Czyli musimy kupić co najmniej dwa moduły, jeśli latamy w różnych warunkach, różnym terenie… No właśnie. Te „piękne” czasy dla pilotów FPV, to wybór, którego jeszcze kilka lat temu nie było i jakość tego co możemy wybrać, również stoi na naprawdę rozsądnym poziomie.


Aby w prosty sposób wyjaśnić różnicę pomiędzy poszczególnymi częstotliwościami, posłużymy się grafikami:



Jasne, różne częstotliwości mają różną długość fal, którą można policzyć z prostego wzoru:

λ=c/∱

gdzie:

-λ długość fali [m]

-c prędkość światła [m/s czyli przyjmujemy stałą: 299792458]

- częstotliwość [Hz]


W modelarstwie najczęściej stosuje się anteny o długości ¼ długości fali. Głównie ze względu na wielkość samych anten. Gdyby taka antena w systemie Crossfire miała mieć długość pełnej fali, to mierzyłaby 345,38mm. Nawet połowa długości fali, to kawał przewodu. Oczywiście wraz ze zmniejszaniem anteny, zmniejszamy jej sprawność. Przy obecnych rozwiązaniach, w dodatku w zastosowaniach hobbystycznych nie stanowi to jednak dużego problemu. Większym problemem byłoby umieszczenie w dronie anteny znacznie większej od samego drona. Nie dość, że narażamy się na uszkodzenie przez przeszkody pomiędzy którymi latamy, to jeszcze przez same śmigła drona.

Długość anten nie zawsze jednak jest idealnie równa długości ¼ fali. Zależy to w dużej mierze od konstrukcji samego nadajnika/odbiornika, z którym taka antena pracuje. Nadajnik może posiadać wzmacniacz sygnału oraz elementy, które wpływają na częstotliwość i tłumienność. Obliczając więc długość naszej anteny, musimy wziąć pod uwagę konstrukcję naszego nadajnika/odbiornika. Obecnie mimo wszystkich niedoskonałości anten znajdujących się w standardowych zestawach z modułami nadawczymi i odbiornikami są one jak najbardziej wystarczające i spełniają swoje zadanie w 90%. Zabawę z własnymi konstrukcjami anten lub zlecenie wykonania konkretnej anteny warto rozważyć, kiedy zależy nam na pełnym wykorzystaniu zasięgu na ekstremalnych dystansach.


Dla przykładu, TBS stosuje np. tą samą antenę dla częstotliwości 868MHz i 915MHz. Ponieważ niższa częstotliwość charakteryzuje się większym zasięgiem, a różnica pomiędzy 868MHz a 915MHz nie jest duża, to TBS tak dostraja anteny, aby bardziej były zbliżone do częstotliwości 915MHz niż 868MHz, co powoduje, że zasięg na obu częstotliwościach jest porównywalny i nie ma potrzeby produkcji dwóch różnych anten, a sam moduł można przełączać pomiędzy częstotliwościami w zależności od regionu, w którym latamy (868MHz w EU i 915MHz w US) bez potrzeby zmiany anteny. W większości przypadków nie odczujemy różnicy pomiędzy taką „uniwersalną” anteną, a specjalnie dostrojoną do naszej częstotliwości. Na wszelki wypadek dodajmy, że dla częstotliwości 2.4GHz czy 433MHz antena dostrojona do 915MHz czy 868MHz będzie bezużyteczna.


A co z tą penetracją? Wyobraźcie sobie, że fale na powyższych rysunkach przechodzą przez pionową ścianę. Fala o wyższej częstotliwości pokonuje tą przeszkodę pod ostrzejszym kątem i pokonuje przez to dłuższą drogę przez przeszkodę – w dużym uproszczeniu, tak można sobie zobrazować tą sytuację. Jasne staje się więc, że niższa częstotliwość łatwiej tą przeszkodę pokona lub raczej z mniejszymi stratami.

Niższa częstotliwość, to jednak nie same plusy. To również ograniczenie ilości „niesionej” przez tę falę informacji, mniej dostępnych kanałów oraz bardziej namacalne wady – większa antena.

Dla systemu DragonLink pracującego na częstotliwości 433MHz anteny odbiornika w zależności od konstrukcji mają długość ok 270 - 300mm mierząc w linii prostej element aktywny i pasywny.

Umieszczenie takiej wielkości anteny w 5 calowym dronie, jest po pierwsze kłopotliwe, po drugie łatwo ją uszkodzić. Stąd najczęściej stosuje się je w maszynach do lotów dalekiego zasięgu – pozostając oczywiście w realiach modelarstwa RC. Mówimy tu jednak mimo wszystko o setkach kilometrów zasięgu. Wiąże się to również z dużymi opóźnieniami w przesyłaniu danych. 433MHz stosuje się również do przesyłania samej telemetrii, od której nie wymaga się ekstremalnie małych opóźnień. Np. w dużych wielowirnikowcach, będących platformami pod kamery filmowe czy do mapowania terenu.


Wchodząc w bardziej przyjazne pod względem gabarytów rejony, kolejnym rozwiązaniem jest 868MHz (jesteśmy w EU, więc pomińmy 915MHz). Nie tylko gabaryty są tu na plus. Mamy również ogromny przeskok w szybkości komunikacji, a patrząc pod kątem wykorzystania typowo w dronach FPV nic nie tracimy pod względem zasięgu. Nadal mówimy tu bowiem o zasięgu rzędu 200km! A pokażcie mi pakiet zasilający, który to wytrzyma.


Oczywiście pomijając zasilanie, żeby osiągać takie dystanse należy mieć na uwadze, że lot musiałby odbywać się w idealnych warunkach pogodowych, bez żadnych zakłóceń ze strony innych urządzeń. Czyli z dala od cywilizacji. Anteny wykorzystywane najczęściej w systemach 868MHz to anteny o kształcie „T” czy jak je nazwał TBS „immortal T” z elementami aktywnym z jednej strony i pasywnym z drugiej. Tu najczęściej spotykane są anteny o długości ok. 146mm.


Anteny o takiej konstrukcji jest znacznie łatwiej zamontować w dronie o popularnym rozmiarze 5 cali. Mocujemy ją oczywiście pionowo. Nie, poziomo będzie lepiej. A właściwie..? A właściwie to ma to znaczenie w modelach samolotów, gdzie chcemy wycisnąć z nich maksymalny zasięg. W dronie, który stale zmienia swoje położenie względem własnych osi znaczenie ma raczej takie umiejscowienie, które zapewni nam jak najmniejsze narażenie anteny na uszkodzenia podczas radosnego eksplorowania wszelkiego rodzaju zakamarków, pamiętając o oddaleniu jej od karbonu, który świetnie tłumi sygnał, a także o oddaleniu od VTX’a, który może być zakłócany przez sygnał anteny oraz od GPS’a, który również może mieć problemy z utrzymaniem odpowiedniej ilości satelit… ech. W dronach FPV mamy zazwyczaj tak ograniczone pole manewru w umieszczeniu komponentów, że kompromisy są nieuniknione. Różnicę jednak widać doskonale w samolotach RC, gdzie możemy sobie pozwolić na umiejscowienie anten na skrzydłach…


Skoro antenę 868MHz nadal można łatwo uszkodzić, z uwagi na jej wielkość, to może 2.4GHz? Małe antenki, typu tzw. „bacik”… A może również „T”, ale o znacznie mniejszych rozmiarach względem 868MHz. Do niedawna padłby jeden argument – zasięg i po temacie. 800m w porywach do 2km i penetracja przez przeszkody tak skuteczna, że wlatując za kępę niewielkich krzaków stajemy obok, żeby nie musieć chodzić za daleko ;) Teraz jednak mamy poważną konkurencję w postaci „magicznej” modulacji LORA…


Oczywiście nie wszystkie rozwiązania opierają się na standardzie LoRa, ale właśnie dlatego przegrywają z konkurencją. Zaadaptowanie modulacji LoRa dla częstotliwości 2.4GHz w rozwiązaniach hobbystycznych zdjęło kolejnych kilka ograniczeń w FPV. Mniejsze anteny, szybsza komunikacja (mniejsze opóźnienia) – co przy wykorzystaniu cyfrowego systemu wideo od DJI czy nawet FatShark’a ma jeszcze większe znaczenie. Do wyboru mamy kilka systemów: ExpressLRS, TRACER, GHOST (tracer wykorzystuje nieco inną technologię, stąd jeszcze przegrywa wyścig na dystans oraz szybkość transmisji – choć ten ostatni tylko minimalnie). Niektóre naprawdę można porównać zasięgiem do popularnych systemów 868MHz, a nawet pokusić się o stwierdzenie, że 2.4GHz ma większy zasięg. I to okraszone jeszcze mniejszą anteną – ok 55mm w konstrukcji „T” - i szybszą komunikacją. No istny raj dla FPV.



Zasięg, zasięg, zasięg… czy jest aż tak istotny gdy latamy tylko po łąkach, lasach i ruinach, i to w obrębie ok 500m? Może w porywach do 1km? Właśnie. Szukamy rozwiązania w miarę uniwersalnego, do średniego (dla niektórych wciąż małego) dystansu, przyjmijmy ok 5km; z uwagi na ograniczenia transmisji wideo (zarówno analogowego jak i cyfrowego) z małym zapasem. To jednak – znów w dużym uproszczeniu – większy zasięg, to lepsza penetracja. Wszelkie przeszkody dzielące nasz nadajnik od drona (odbiornik), poważnie ogranicza nasz zasięg. I mimo wszelkich dobrodziejstw najnowszych objawień typu ExpressLRS 2.4GHz, to 868MHz nadal charakteryzuje się skuteczniejszą penetracją przeszkód. Ale z drugiej strony, przy obecnych możliwościach modułów wykorzystujących technologię firmy SEMTECH, czyli LoRa, z takim zapasem zasięgu jaki nam oferują, można śmiało montować anteny w dronie, w sposób zapewniający jej „nietykalność” podczas przeciskania się przez krzaki, oblecieć kilka budynków oddalonych od nas o kilkaset metrów i nadal nie odczuć żadnej straty na jakości połączenia… No może poza obrazem w goglach. Ale i tu można coś zaradzić – o tym jednak w osobnym artykule.


No dobrze, mamy do wyboru 433MHz, 868MHz i 2.4GHz. Na jaką częstotliwość się zdecydować? Jeszcze kilka miesięcy temu odpowiedź byłaby prosta. 868MHz jest najbardziej uniwersalna. Teraz jednak, gdy ExpressLRS „dojrzał” do miana porządnie działającego systemu, w dodatku nadal prężnie rozwijającego się… Cóż, ja jestem za.


Jednak wypada podać kilka podstawowych zalet i wad każdego rozwiązania:

433MHz to ogromny zasięg i to w zasadzie główna zaleta. Wybór rozwiązań w tej częstotliwości jest mocno ograniczony. Z pełną odpowiedzialnością za to co polecam, mogę wspomnieć jedynie o DragonLinku, który jest na rynku od wielu lat. To porządne rozwiązanie i najpopularniejsze w tym segmencie. A o solidności tego rozwiązania może świadczyć również fakt, że producent ze swoimi rozwiązaniami wszedł w branżę militarną. DragonLink doskonale nadaje się do zastosowania w dużych modelach samolotów, którymi chcemy pokonywać jednorazowo setki kilometrów. To zabawa dla entuzjastów Long Range pełną gębą ;) A i transmisja obrazu może się odbywać na częstotliwości 1.2 GHz. Wady, to konieczność umieszczenia w modelu ogromnej anteny, sporych rozmiarów odbiornika i spore opóźnienia. Patrząc pod kątem przeznaczenia tego systemu, to jednak poważną wadą jest sama częstotliwość, która ogranicza ilość jednocześnie mogących latać modeli z uwagi na małą ilość dostępnych kanałów. Konkretniej – 3 osoby jednocześnie w powietrzu, to już tłum i należy się liczyć z drobnym ograniczeniem zasięgu i zakłóceniami telemetrii.


868MHz – tu już jest jakaś konkurencja, jeśli chodzi o producentów. Oczywiście pod kątem FPV nadal mamy ogromny zasięg, niewielkie opóźnienia, znacznie mniejsza niż przy 433MHz antena, możliwość wykorzystania analogowego nadajnika wideo 2.4GHz co zdecydowanie zwiększa nasze możliwości w stosunku do systemów sterowania 2.4GHz i mimo jakiejś konkurencji w tym segmencie, to najpewniejszym wyborem jest tu zdecydowanie TBS Crossfire. Niestety anteny w dronach poniżej 5 cali wyglądają jak gdyby były za duże, a 6-8 osób w powietrzu to poważne ograniczenie zasięgu z uwagi na zakłócenia pochodzące głównie z nadawanej przez odbiorniki telemetrii.


2.4GHz czyli ten nasz obiecany raj dla FPV. W powietrzu może się znaleźć 80 modeli i raczej nie odczujemy specjalnie zakłóceń. Trudniej na pewno będzie na kogoś nie wpaść ;) Pozostając przy rozwiązaniach „niestandardowych” 2.4GHz anteny odbiornika powinniśmy montować tak, aby pozostawały w miarę widoczne dla nadajnika jeśli chcemy polecieć dalej. Mamy również możliwość ograniczenia częstotliwości wysyłanych pakietów (co to i dlaczego, znajdziecie w kolejnym artykule opisującym konkretne rozwiązania bardziej szczegółowo). Mamy tu wspomniane rozwiązania Immersion RC – GHOST, open source’owy ExpressLRS (darmowy a dobry), TBS Tracer (drogi jak na swoje możliwości – w przeciwieństwie do Crossfire tego samego producenta, pozostaje nieco w tyle za konkurencją). Jeśli chodzi o zasięg, to najlepiej sprawdza się ExpressLRS. 100mW i 30km nadal bez failsafe – test jaki przeprowadził jeden z twórców, możecie zobaczyć tutaj: https://youtu.be/GkOCT17a-DE


Jak powstał ELRS i dlaczego: https://youtu.be/8U_tygX7mFQ


Hardware jest wytwarzany przez coraz większą rzesze producentów. Można również pokusić się o złożenie własnego nadajnika i odbiorników, co jest dość proste jeśli posiada się odrobinę wprawy w lutowaniu. Software jest dostępny na zasadzie open source i w końcu stabilny, choć jeszcze dość dynamicznie rozwijany i pojawiają się aktualizacje dość często, a ponadto prowadzone są prace nad nowymi rozwiązaniami umożliwiającymi m.in. zmianę kanału VTX jednocześnie z zmianą kanału w goglach za pomocą LUA script w aparaturze… Najtańsze rozwiązanie z ogromnym wyborem zarówno nadajników jak i odbiorników. W dodatku pretenduje do najlepszego jeśli chodzi o moduły 2.4GHz.


ImmersionRC GHOST, to rozwiązanie za którym stoi znany producent. Znany z tego, że doprowadza swoje rozwiązanie do porządnie działającego stadium i… tak zostawia po czym skupia się na kolejnym projekcie. Nie ma tu jednak żadnych obaw, ponieważ jest to już w pełni działające rozwiązanie od czasu do czasu jeszcze udoskonalane.


Konkretne rozwiązania dla każdej częstotliwości omówimy w kolejnym artykule.


157 wyświetleń0 komentarzy

Ostatnie posty

Zobacz wszystkie