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Lo que hay que saber para elegir la antena FPV para un cuadracóptero

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Lo que hay que saber para elegir la antena FPV para un cuadracóptero

 

 

Antenas FPV

La antena FPV es el factor decisivo que determina el alcance y la fuerza de la señal de un sistema FPV. Esta guía explicará las bases de las antenas de 5.8 GHz usadas en el VTX y el VRX de los mini quads

Para aprender más puedes mirar la guía completa de los sistemas FPV

Indice de contenido

  • Qué es una antena FPV
  • Anatomía de la antena
  • Polarización de la antena – lineal o circular
  • Antenas direccionales y omnidireccionales
  • Tipos de antena FPV
  • Consideraciones al elegir una antena FPV
  • Las mejores antenas FPV para mini quads

Qué es una Antena FPV

 

Una antena convierte una señal eléctrica en ondas electromagnéticas y viceversa. En FPV, las antenas permiten la comunicación sin hilos entre el VTX y el VRX. Las antenas de los sistemas FPV son elementos críticos que determinan el alcance y la calidad de la señal.

Anatomía de una antena FPV

 

Hoja de trebol. pagoda y dipolo

Todas las antenas, independientemente de su diseño o apariencia externa constan de los mismos elementos básicos:

  • Elemento activo – Un material conductor que recibe o transfiere la señal al aire.
  • Cable coaxial – Un cable con blindaje especial que lleva la señal del conector a la antena sin emitir señales de radio. Los cables coaxiales se utilizan para extender la altura de la antena y a menudo son tan rígidos que permiten su doblado hasta el ángulo deseado. Los cables coaxiales no son necesarios si la antena se conecta directamente al VTX o al VRX.
  • Conector – Se usa para conectar la antena al VTX o al VRX.

Las antenas FPV están hechas de hilos frágiles de cobre u otro material conductor, a menudo con una cubierta protectora plástica que no debilita la señal y protege la antena en caso de choque.

antenas de polarización circular

Polarización de la antena – lineal o circular

 

Hay dos tipos de antenas polarizadas: lineales y circulares

Las antenas polarizadas circulares es la mejora estándar de la mayoría de los sistemas FPV, porque:

  • Las antenas polarizadas lineales son muy sensibles a las interferencias cuando hay múltiples posibles caminos para la señal o “multipathing”. El “multipathing” ocurre cuando la señal de vídeo rebota en objetos como edificios, árboles, coches, etc. La señal reflejada queda fuera de fase y puede interferir con la señal principal. La interferencia multipath a menudo se ve como estática aleatoria en la señal de vídeo.

Pantalla FPV con interferenciasLinea de visión deirecta e interferencia multipath

  • Las antenas lineales polarizadas deben estar alineadas para funcionar bien, y la alineación es muy difícil en cuadracópteros que se están moviendo todo el rato.

Por lo tanto, se puede decir que en general es mejor usar antenas polarizadas circulares para volar drones en FPV, aunque algunos pilotos eligen las antenas lineales polarizadas porque son más ligeras, pequeñas y durables, aunque su funcionamiento es peor.

LHCP y RHCP

Entre las antenas polarizadas circulares, las hay “a izquierdas” (LHCP) y las hay “a derechas” (RHCP). Cuando hay múltiples pilotos volando juntos, que unos utilicen LHCP y los otros RHCP ayuda a reducir la interferencia.

Las antenas LHCP rechazan la señal de una antena RHCP y viceversa, por lo que la interferencia se reduce entre ambas. Por el mismo motivo, usar antenas polarizadas circulares ayuda a reducir la interferencia multipath. Cada vez que una señal rebota contra las paredes o el suelo, su polarización cambia. Por ejemplo, una señal LHCP rebotada se convierte en RHCP y por ello es rechazada por la antena LHCP.

Para pilotos que suelen volar en grupo, lo óptimo es tener una antena de cada (LHCP y RHCP) de modo que se pueda usar la que se requiera en cada carrera. Si sueles volar solo entonces realmente no tiene importancia. Compra RHCP porque es más fácil de obtener.

 LHCP y RHCP

Antenas Direccionales y Omnidireccionales

 

Como puedes adivinar por los nombres, las antenas omnidireccionales irradian su señal en todas las direcciones igualmente, mientras que las antenas direccionales enfocan su señal en una dirección. Una analogía podría ser una bombilla contra una linterna, donde la antena omnidireccional es la bombilla y la direccional es la linterna. Si ambas fuentes de luz tienen la misma potencia, la luz de la linterna llega más lejos, pero a expensas de un haz más estrecho.

simil de antenas con fuentes de luz

Las antenas direccionales pueden ser polarizadas o circulares polarizadas. Lo mismo sirve para las omnidireccionales.

Las antenas omnidireccionales son buenas para volar cualquier día, y proporcionan buena cobertura de señal todo alrededor del piloto. Evita usar antenas direccionales si no quieres tener que estar mirando en dirección al aparato todo el rato.

Las antenas direccionales se usan a menudo pareadas en los diversity receivers, donde pueden ser enlazadas con antenas omnidireccionales para cubrir todos los ángulos necesarios.

Los “diversity receivers” pueden recibir dos señales de dos antenas y elegir la más potente para mostrar.

Por ejemplo, si tienes un receptor de éstos con una antena circularmente polarizada y una antena helicoidal, el receptor usará la señal de esta última cuando el aparato vuele frente a ti y la señal de la antena circularmente polarizada (omnidireccional) cuando el aparato esté detrás tuyo.

Mediciones del comportamiento de las antenas

Hay muchos parámetros concernientes al rendimiento de una antena que se pueden medir, como por ejemplo:

  • La ganancia
  • El patrón de radiación
  • El ratio axial
  • La anchura de banda de la frecuencia
  • La frecuencia sintonizada
  • La impedancia

Normalmente, los dos o tres primeros factores son suficientes para caracterizar la antena. Mientras estés comprando un equipo de marca no deberías preocuparte demasiado por todo esto. Tampoco estamos en la NASA volando cohetes y una antena no le va a romper el presupuesto a nadie.

Si estás interesado en el tema de las antenas, te dejamos un enlace para enredar: antenna-theory.com. Aquí sólo intentaremos explicar unos pocos conceptos básicos como la ganancia o el patrón de radiación.

  • Ganancia de la antena

La ganancia es un indicador del alcance y el ángulo de cobertura en una antena direccional. Una ganancia más alta generalmente significa mayor alcance pero una anchura del haz de radio más estrecha. La ganancia de la antena puede alterar el patrón de radiación como veremos en un momento.

  • Patrón de radiación.

El patrón de radiación (Radiation Chart) muestra la forma de la radiación emitida por la antena. Estos patrones vienen a mostrar cómo de fácil es perder la señal. Aquí siguen unos ejemplos que ayudan a visualizar como son los patrones de radiación de una antena.Antena omnidireccional

Una antena de 0db de ganancia es una antena verdaderamente omnidireccional que tiene un patrón de radiación casi perfectamente esférico. Patron de radiación en forma de donutEn el mundo real, las antenas omnidireccionales sufren de una perdida de señal por encima y por debajo y el patrón de radiación se parecería más a un donut que a una esfera. En un corte por un plano horizontal se vería como un círculo, y si es un plano vertical, como un ocho.

En la imagen inferior puedes ver el patrón de radiación para una antena de 8 dB de ganancia. Se puede ver lo estrecho del rayo en ambos planos horizontal y vertical.

Patrón de radiación

Las antenas de baja ganancia pueden parecer menos apetecibles si hablamos del alcance pero ofrecen más fiabilidad gracias a un patrón de radiación más esférico, y se puede obtener una buena señal apuntando con la antena al receptor.

  • Ratio axial

En realidad no existe una antena circularmente polarizada perfecta. Por ejemplo, una antena RHCP podría emitir un 90% de su señal como RHCP y un 10% de su señal como LHCP, así que podría seguir habiendo interferencia incluso si estás haciendo todo perfectamente-

El Ratio Axial mide esta característica de la antena.

En términos prácticos, lo que se mide con el Ratio Axial es cómo de susceptible es la antena de sufrir interferencias “multipath”. Las antenas con mejor capacidad para rechazar el multipath hacen mucho más fácil volar en lugares con mucho hormigón y metal. Cuanto más próximo a 1 sea el Ratio Axial de la antena, mejor.

Tipos de antenas

 

Hasta ahora hemos cubierto las bases de las antenas FPV. En adelante presentaremos cómo son los tipos comunes de antenas FPV

 Omni-direccionalDireccional
Lineal mente Polarizada

Mono polo, Dipolo

Patch

circularmente polarizada

Trébol, circulares Planas, Pagoda

Helicoidal, Plana, De mirilla

Antenas monopoloANTENAS MONO POLO

Es la forma más simple de antena, y es básicamente un trozo de cable desnudo. Es muy común en los receptores de radio porque es muy barato y fácil de reparar, pero no son tan efectivos como las antenas dipolo. La longitud del cable expuesto es vital porque determina la frecuencia de resonancia.

 

 

 

 

 

Antena DipoloANTENAS DIPOLO

Las antenas dipolo son relativamente simples. Están basadas en una antena mono polo con una tierra bajo el elemento activo lo que dispara su rendimiento considerablemente. Las antenas dipolo son ligeras y se pueden hacer muy resistentes contra los choques. Casi todos los VTX y VRX vienen con antenas dipolo.

 

 

 

HOJA DE TREBOL (CLOVERLEAF)

Cloverleaf - Hoja de trébol

Las antenas en hoja de trébol son las más comunes en los mini quads FPV. La de hoja de trébol tiene tres lóbulos. También se fabrican otras circulares planas que tienen cuatro lóbulos. Estas antenas son omnidireccionales como las dipolo, pero son circularmente polarizadas y proporcionan mejor recepción, siendo al tiempo menos susceptibles al multipathing, de modo que puedes volar entre árboles y paredes con buena calidad de vídeo. Este tipo de antena es sin embargo, bastante frágil y suele venir con diferentes protecciones. Aveces se les llama “setas” por la forma del contenedor o protección.Antena Hoja de trébol

 

 

 

 

 

ANTENAS PAGODA

Pagoda para FPV

Las pagoda son un nuevo diseño de antena que se ha vuelto popular en 2016. Es una antena omnidireccional circularmente polarizada. Su diseño único y el uso del material PCB las hacen muy resistentes

 

 

 

 

 

ANTENAS HELICOIDALES

Antena Helicoidal

Las antenas helicoidales tienen forma de muelle. Son antenas direccionales polarizadas circulares. El número de espiras determina la ganancia de la antena

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ANTENA PLANA (PATCH)

Flat antena

Las antenas planas también son direccionales y puede ser encontradas con polarización lineal y circular. Generalmente tienen menos direccionalidad que las helicoidales y también ocupan menos espacio en planta.

Consideraciones eligiendo una antena para FPV

 

Para los principiantes, es mejor empezar con una antena omnidireccional circularmente polarizada, por ejemplo una pagoda o una hoja de trébol

El rendimiento de la antena depende de un buen material y de la precisión en la fabricación. Las buenas antenas por lo tanto cuestan más y una de las mejores antenas puede costar el doble o el triple de lo que cuesta una mala, mientras que solo aporta una ó un10% de mejora en la recepción. El ratio axial es también un factor importante a considerar, aunque normalmente no es mencionado por el fabricante, pero hay muchas críticas con datos online. La elección finalmente depende de lo que te quieras gastar y de lo que investigues sobre los productos.

Antenas para VTX y VRX

Antena Helicoidal y de hoja de trébol

Cuando se compran las antenas en parejas, normalmente son intercambiables y sirven tanto para la emisión como para la recepción. En caso contrario deberían estar muy claramente etiquetadas en el exterior TX y RX. Las antenas TX y RX no tienen porqué ser iguales. Las antenas direccionales son usadas a menudo en VRX para obtener mayor alcance, mientras que en la transmisión siempre deberías utilizar antenas omnidireccionales debido al hecho de que los cuadracópteros estarán mirando en distintas direcciones durante el vuelo.

 

Tipos de conectores de antena

Para los conectores de antena, normalmente tenemos los SMA y los RP-SMA. Son de diseño distinto y no son compatibles entre ellos. Si eres novato en el hobby, simplemente empieza con SMA que es el más común. No hay diferencia en cuanto al comportamiento. Se pueden poner adaptadores de uno a otro, y te pueden servir bien para el VRX, pero quién querría añadir peso a su dron?SMA, RP-SMA

Diferencias entre los conectores SMA y los RP-SMA

Los conectores U.FL son populares entre los drones de carreras por su bajo peso y tamaño compacto, pero son muy frágiles y tienen un número muy limitado de operaciones antes de empezar a fallar.

Conector de antena

MMCX es un nuevo tipo de conector. Es un buen balance entre el SMA y el U.FL en términos de peso y tamaño. Es mucho más robusto que el U.FL y tiene más ciclos de vida.

Mini conector de antena

Durabilidad

Un dron de carreras inevitablemente experimentará muchos choques durante toda su vida. Puesto que la antena esta instalada fuera del chasis, se llevará su buena ración de abuso. Por lo tanto, elije la antena de acuerdo a tus probabilidades de estrellarte. Si te chocas mucho, la robustez y durabilidad deberían ser factores prioritarios al elegir la antena.

Peso

Una cosa que la gente tiende a ignorar es el peso de la antena. Cada vez es más importante puesto que los drones se hacen cada vez más ligeros. Cada gramo que ahorras mejora el comportamiento de quad.

Antenas del tipo “Háztelo tú mismo”

Algunas de las antenas que se usan en FPV te las podrías hacer tú mismo en casa, aunque nadie te garantizaría su funcionamiento. Construirse una antena no sólo es fácil sino que es una buena forma de aprender cómo funciona una antena.

Aquí tienes unos enlaces de gente haciendo sus propias antenas:

Las mejores antenas FPV para mini quads

 

Antenas Omnidireccionales

Antena Pagoda

La pagoda es un diseño simple y efectivo. Está hecha en plástico y tiene in montaje sencillo por lo que es barata, entre 5 y 10€. Hay muchos fabricantes. Una de los mejores podría ser la TBS Triumph, que no utiliza alambres doblados, lo que produce una cobertura uniforme y la hace muy resistente y difícil de clonar.

Aomway -Hoja de trébol de 4 lóbulos

Las Aomway son antenas ya probadas. Han estado en el mercado desde hace años y siguen siendo un buen producto en términos de comportamiento. En cualquier caso, los alambres de la antena se pueden ver expuestos y no tienen cubierta plástica, así que siempre hay una pequeña preocupación en cuanto a su robustez aunque los lóbulos son difíciles de doblar. Hay una versión con cubierta plástica y hay quien se queja que produce mayor resistencia al aire, porque es imposible contentar a todo el mundo…

Foxeer fabrica algunas de las antenas más asequibles del mercado, pero tampoco tienen el mejor comportamiento, aunque tienen suficiente calidad como para reemplazar la dipolo que viene de serie por muy poco dinero. Son antenas muy resistentes con una gruesa cubierta plástica, pero eso las hace pesadas: 12 g.

La antena Lumenier Axii de GetFPV tiene un pequeño diámetro de sólo 16 mm que la hace una de las más pequeñas y más resistentes. Sobre el papel, dice que tiene un excelente ratio axial con verdadera circularidad y está disponible en RHCP y LHCP

Antenas direccionales

Menace Invader – Es una antena direccional plana con un buen ángulo de recepción. Ideal para instalar en las gafas FPV. Barata.

True RC X Air – Es una antena direccional de alta ganancia. Cubre 120º.

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