Nemám elektrické vzdělání, proto prosím odborníky o shovívavost. A pokud nemáte Spektrum, tak to ani nemusíte číst 🙂 .
Telemetrické přijímače Spektrum vyjadřují kvalitu spojení dvěma způsoby, jednak počtem ztracených rámců, jednak silou signálu v decibelech (dBm). Na následujícím obrázku je screenshot obrazovky vysílače.
Obrazovka zachycuje stav při kontrole dosahu, vysílač vysílá s redukovaným výkonem. Dosud se ztratily 4 rámce (hodnota za písmenem F, síla signálu je -72 dBm a procento dosahu je 76% (toto je číslo vypočtené z aktuální síly signálu a známé citlivosti přijímače).
Hodnota dBm vyjadřuje logaritmickou hodnotu výkonu signálu, přičemž výkonu 0.001 W (jeden miliwatt, odtud m za decibelem) je přiřazena hodnota 0 dBm. Výhodou logaritmické stupnice je to, že stačí „počítat desetinná místa“:
Z definice platí 0.001 W = 0 dBm, každé desetinné místo přidá 10 dB, tj. při zvětšování výkonu
0.01 W = 10 dBm
0.1 W = 20 dBm
1 W = 30 dB
A na druhou stranu
0.0001 W = -10 dB
0.00001 W = -20 dBm
Naše vysílače mají ze zákona maximální povolený výkon 100 mW, tj. 20 dBm.
A teď si budu jednoduše vymýšlet. Řekněme, že vysílač je bodový zdroj, který vyzařuje ve vakuu všemi směry s výkonem 100 mW (20 dBm). Hustota záření na povrchu koule je nepřímo úměrná čtverci poloměru. Zanedbám pi a podobné konstanty, takže koule o poloměru 1 m má plochu 100×100 cm2, tj. 10 000 cm2. Hustota výkonu je tedy 100 mW/10 000 cm2. Dále řekněme, že přijímací anténa má plochu 1 cm2. Na kouli o průměru 1 m tedy může anténa přijímače zachytit výkon 100/10000 = 0.01 mW. Tady se ukáže výhoda decibelů. Výkon se zmenšil o 4 řády, tj. o 40 dBm. Na kouli o průměru jeden metr tedy může přijímač „cítit“ výkon 20 – 40 = -20 dBm.
Když bude koule mít poloměr 10 m, dostanu touto úvahou -40 dBm, při 100 m -60 dBm a při kilometru -80 dBm. Na výše uvedeném obrázku je ukázáno, že při -72 dBm je přijímač na 76% dosahu. To znamená, že mohu letět ještě asi 3x dále, kdy dosah klesne na nulu. Při ztrojnásobení vzdálenosti je plocha koule zvětší asi 10x, tj. ubude asi 10 dBm. Citlivost přijímače je tedy asi -82 dBm. Jen pro představu, to je oproti vysílači pokles o více než 100 dB, tj. přijímači postačí výkon (hrozně malé číslo s mnoha nulami za desetinnou čárkou) W.
Tuto úvahu jsem potřeboval pro ověření, jestli to vůbec dává smysl. V praxi je samozřejmě všechno jinak:
- Vysílač není bodový zdroj. Anténa vysílače je dipólová (myslím, že Powerbox a některé vyšší Graupnery mají kruhově polarizovanou anténu, ale většina našich vysílačů má dipólové (drátové) antény. Jejich vyzařovací diagram vypadá jako toroid (obrázek z wikipedie). Když namíříme anténou na model, tak přesně tím směrem vysílač nevyzařuje.
- Létáme ve vzduchu, ne ve vakuu. Část záření pohltí prostředí, kterým se signál šíří. Ví se třeba, že za deště může být dosah „wifin“ hodně snížený. Nebo zalétneme-li za překážku (mimo linii přímé viditelnosti).
- A konečně i přijímač má dipólovou anténu. Pokud bude anténa mířit k vysílači, anténa signál nezachytí.
Přenos z vysílače do přijímače (a případně zpět) probíhá „po balíčcích“ (v paketech nebo rámcích). Aby byl přijímač v dosahu je podmínka nutná, nikoliv však postačující. Přijímač musí balíček s daty přijmout neporušený, aby jej mohl přečíst a interpretovat. Pokud bude přijímač „mimo dosah“, model spadne, ale pokud bude model blízko a přijímač bude dostávat pakety, které neumí přečíst, model spadne taky. Z tohoto úhlu pohledu je informace o dosahu docela nepodstatná, protože dosah je obvykle více než dostatečný. Důležité je vědět, kolik dat odeslaných z vysílače nemůže přijímač přijmout. Čímž se konečně se dostávám k důvodům tohoto zamyšlení 🙂 .
Do Slite jsem si kdysi pořídil přijímač Spektrum AR410, nic z těch, které jsem měl doma, se do trupu nevešlo. Přijímač je tzv. „bezanténový“, anténu samozřejmě má, ale ne drátovou, nýbrž přímo na plošném spoji (PBC). Za 4 roky létání jsem neměl s řízením sebemenší problém. V této diskusi na RCGroups si modelář stěžoval na počet ztracených rámců, což mě donutilo k zamyšlení, jaká je vlastně směrovost PCB antény?
Nejprve jsem chtěl udělat „plnokrevný“ pokus, připravil jsem si k tomu přijímač AR620 a světelnou lištu (třetí brzdové světlo VW Caddy) napájenou přes stejnosměrný regulátor, ale potom mi došlo, že mi stačí asi 3 m dlouhý stůl 🙂
Při dvou pokusech jsem naměřil tyto síly signálu. Jsou to čísla orientační, ale zdá se mi, že je výhodné, aby signál přicházel kolmo k anténě (tj. případy 2 a 3 v tabulce). Přepnutí vysílače do režimu sníženého výkonu by mělo vysílací výkon zmenšit o 20 nebo 30 dBm (viděl jsem obě čísla), zde to vypadá spíše na těch 20 (ale nemusí to být pravda). Zajímavé je, že pokud signál přichází přes konektory, je rázem o 10 dBm (tj. 10x) slabší. Vyzařovací diagramy konkrétních přijímačů jsem nenašel, ale předpokládám, že budou dost podobné tomuto wifi adaptéru Texas Instruments (v přijímačích jsou obvody od TI).
Po dobrých zkušenostech se Slite jsem si přijímač s PCB anténou koupil i pro pokusy se stabilizací. Ve Zlinu je ale málo místa, cesty signálu k anténě jsou blokovány servy i kabeláží. Na telemetrických záznamech z letu je to vidět, počty ztracených rámců jsou několikanásobné ve srovnání s RESkou.
Měření na stole to potvrzuje. Signál má k přijímači volnou cestu jen spodkem trupu, shora i z boků zřejmě vadí serva a kabely, zepředu potom baterie a motor.
Ve Slite je přijímač pod křídlem a nastojato (naplocho se nevejde). To znamená, že optimální příjem je ze stran, jen o trochu horší zdola, shora a zezadu, pouze pokud letí model přímo ke mně, překáží motor, baterka, serva a konektory. Pro modely typu Zlina by ale asi bylo bývalo lepší použít klasickou drátovou anténu, kterou by bylo možné vytáhnout dozadu do trupu, daleko od ostatního vybavení. Přesto přijímač ale měnit nehodlám, a ne jen proto, že je do trupu zalepený oboustrannou páskou 😉 . I když jsou počty ztracených rámců relativně vysoké, obvykle se pohybují okolo jednoho procenta odeslaných, to se na řízení nepozná 🙂 .
A na závěr povzdechnutí: stejně bych byl raději, kdyby žádná telemetrie nebyla. Co oči nevidí, mozek netrápí 🙂 .
Honza
2.12.2024