Телескопічні щогли для антен БпЛА: навіщо піднімати антену і як обрати висоту

Телескопічна щогла піднімає антену пульта, підсилювача сигналу або ретранслятора на висоту від 2 до 19 метрів над ґрунтом. Для керування дронами на частотах 2,4 і 5,8 ГГц висота наземної антени часто важить більше, ніж потужність передавача: сигнал на цих частотах погано огинає перешкоди, і антена, що стоїть на рівні людини, втрачає зв'язок з дроном за першою лісосмугою. Нижче розібрано, звідки береться виграш від висоти, як щогла пов'язана з протидією РЕБ і безпекою розрахунку, і як підібрати висоту під конкретну позицію.

Чому висота антени визначає дальність і стабільність лінку

Пряма видимість

Канали керування і відеолінку дронів працюють у діапазонах 2,4 ГГц, 5,8 ГГц, 900 МГц та інших. Що вища частота, то слабше хвиля дифрагує, тобто огинає край перешкоди. На 5,8 ГГц пагорб, будівля чи смуга дерев між антеною і дроном фактично перериває лінк, а листя і гілки додатково поглинають сигнал. Тому для стабільного зв'язку потрібна пряма видимість між антенами, і все, що її забезпечує, дає більше, ніж нарощування потужності.

Радіогоризонт

Навіть на ідеально рівній місцевості пряма видимість обмежена кривизною Землі. Для оцінки використовують формулу радіогоризонту з урахуванням стандартної атмосферної рефракції:

d ≈ 4,12 × (√h₁ + √h₂), де d у кілометрах, h₁ і h₂ — висоти антен у метрах.

Кілька прикладів для наземної антени на 1,5 м (оператор тримає пульт) і на 12 м (щогла):

Для розвідувального дрона на висоті кількасот метрів радіогоризонт рідко стає обмеженням. Для FPV, який на фінальній ділянці йде на кількох метрах над землею, висота наземної антени стає головним фактором, бо внесок самого дрона в суму майже нульовий. На практиці межу задає не кривизна Землі, а рельєф і рослинність, і тут працює той самий принцип: антена, піднята над кронами і дахами, бачить далі.

Зона Френеля

Пряма лінія між антенами ще не гарантує чистого сигналу. Радіохвиля займає об'єм у формі витягнутого еліпсоїда навколо цієї лінії, його називають першою зоною Френеля. Якщо в цю зону потрапляє ґрунт, дерева чи будівлі, частина енергії відбивається і гаситься, навіть коли самі антени «бачать» одна одну. Для надійного лінку вільними мають лишатися щонайменше 60 % радіуса зони.

Радіус у найширшому місці (посередині траси) рахується так:

r = 17,32 × √(d₁ × d₂ / (f × D)), де d₁, d₂ — відстані до кожної антени в км, D — повна довжина траси в км, f — частота в ГГц, r у метрах.

Для траси 10 км це дає:

Звідси видно, чому антена на висоті людського зросту працює гірше за розрахунок навіть у полі: нижня частина зони Френеля лежить у ґрунті і траві. Піднята на 8–12 м антена виводить більшу частину зони над поверхнею. Нижчі частоти мають ширшу зону і ще сильніше залежать від висоти підвісу.

Щогла, РЕБ і безпека розрахунку

Засоби радіоелектронної боротьби придушують приймач дрона, створюючи на ньому завадовий сигнал, сильніший за корисний. Результат визначає співвідношення потужностей завади і сигналу керування на вході приймача. Щогла не робить сигнал «сильнішим» за рахунок потужності, але прибирає втрати на трасі: без перешкод у зоні Френеля і з запасом по прямій видимості до дрона доходить більша частка випромінюваного сигналу. Той самий передавач з піднятою антеною витримує сильнішу заваду, перш ніж лінк обірветься. Тому щогли постачають разом з підсилювачами сигналу (Alientech, Avenger) і використовують для підйому антен самих засобів РЕБ.

Друга функція щогли стосується виживання розрахунку. Антена, що випромінює, демаскує позицію: противник пеленгує джерело і може завдати удару по ньому. Коли антена стоїть на щоглі, а оператор працює з укриття на відстані довжини кабелю, удар по пеленгу приходиться на антенну позицію. Для цього ж щоглу маскують: матове фарбування і маскувальне покриття зменшують помітність конструкції з повітря.

Крім керування дронами, щогли під антени застосовують для ретрансляторів, Wi-Fi-мостів і радіостанцій польового зв'язку, камер спостереження і обладнання радіорозвідки. Вимога скрізь однакова: винести антену або сенсор вище перешкод і відокремити його від місця, де перебувають люди.

Конструкція телескопічної щогли

Щогла складається з алюмінієвих секцій, вкладених одна в одну. У складеному стані її довжина визначається довжиною однієї секції, тому навіть 19-метрова модель у транспортному положенні має 2,3 м. Кожна секція після висування фіксується фіксатором, і від якості фіксаторів залежить, чи не просяде щогла під вітром.

Нижня частина спирається на широку триногу. Для невисоких моделей цього разом із зачіпами (кілками) для ґрунту достатньо. Починаючи з 10 м вітрове навантаження на верхні секції стає таким, що без тросових відтяжок щогла розгойдується, а антена гуляє по напрямку. Відтяжки кріплять ярусами: один ярус утримує середину щогли, другий додають на високих моделях, щоб не згиналася верхня частина. Для стійкості троси розносять рівномірно по колу, при трьох тросах через 120°.

Обладнання ставлять на знімну верхівку. Стандартна верхівка підходить для більшості антен і камер, окремо існує верхівка під підсилювачі Alientech. Знімна конструкція дозволяє зняти антену разом з верхівкою, не розкручуючи кріплення на висоті.

До щогли підбирають аксесуари під її висоту: чохол для транспортування, маскувальне покриття, порошкове фарбування в потрібний колір, троси-відтяжки і додаткові верхівки.

Лінійка щогл

У каталозі представлені телескопічні щогли висотою 2, 4, 6, 8, 10, 12, 15, 17 і 19 м. Параметри моделей, для яких є перевірені дані:

Усі моделі комплектуються стандартною знімною верхівкою і секціями з фіксаторами.

Кабель: що втрачається між щоглою і пультом

Піднімаючи антену, доводиться тягнути до неї коаксіальний кабель, а кабель на надвисоких частотах має відчутні втрати. Для орієнтиру: кабель класу LMR-400 (заміна RG-8 з низькими втратами) за даними Times Microwave втрачає близько 22 дБ на 100 м на частоті 2,5 ГГц і близько 35 дБ на 100 м на 5,8 ГГц. На 20 метрах це приблизно 4,4 дБ і 7 дБ відповідно. Кожні 3 дБ означають втрату половини потужності, тож на 5,8 ГГц двадцятиметровий кабель пропускає до антени менше п'ятої частини сигналу. Тонші кабелі на тій самій довжині втрачають ще більше.

Висновок для вибору висоти: щогла вища за потрібну не дає виграшу, а лише додає метри кабелю. Виграш від підйому антени над перешкодою зазвичай значно перекриває кабельні втрати, але тільки якщо перешкода справді є. У відкритому полі різниця між 12 і 19 м менша, ніж втрата на додаткових 7 метрах кабелю на 5,8 ГГц. Довжину кабелю варто рахувати від пульта до верхівки з запасом на відведення до укриття, а при виборі комплекту підсилювача враховувати, що кабелі в ньому мають фіксовану довжину. Наприклад, у комплекті виносної антени Avenger Booster 2.4/5.8/5.2 ГГц ідуть два кабелі RG-8 по 20 м з роз'ємами N-Type і QMA.

Кабель по щоглі прив'язують до секцій, щоб його вага не висіла на роз'ємі антени. У LMR-400 погонна маса близько 0,1 кг/м, тобто 20 м кабелю важать приблизно 2 кг, і вся ця вага при незакріпленому кабелі тягне роз'єм вниз та розгойдує верхню секцію.

Як обрати висоту під задачу

2–6 м. Мобільні позиції, часті переміщення, відкрита місцевість без високих перешкод поруч. Шестиметрова щогла важить 9 кг і складається до 1,7 м, тому її переносить одна людина і вона поміщається в багажник легкового авто. Висоти вистачає, щоб вивести антену з рівня трави й чагарників і звільнити нижню частину зони Френеля.

8–12 м. Позиції біля лісосмуг, у селах, у пересіченій місцевості, де антену треба підняти над кронами або дахами. Це найпоширеніший діапазон для позицій FPV і виносних підсилювачів. На 10 і 12 м з'являється ярус тросів, тож розгортання займає більше часу і потребує місця навколо щогли для відтяжок.

15–19 м. Довготривалі позиції, ретранслятори, лінки на велику дистанцію через складний рельєф. Вага 20–24 кг і два яруси тросів на 15-метровій моделі роблять таку щоглу стаціонарним рішенням, а не засобом для швидкого переміщення. Тут особливо важливо рахувати кабель: на 5,8 ГГц втрати на трасі до верхівки стають помітними, і для цього діапазону підсилювач або ретранслятор біля антени часто кращий, ніж довгий фідер.

Під час вибору місця для щогли будь-якої висоти перевірте, чи немає поруч ліній електропередачі: металева щогла, що падає на провід або торкається його при розгортанні, небезпечна для життя. Щогла на відкритому місці також є найвищою точкою навколо, тому на грозу її складають.

Підсумок параметрів вибору