ข้อแตกต่างและหลักการของเสา FPV ชนิดต่างๆ

[poktkm]

เสาอากาศดูเหมือนจะเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในระบบ FPV บทความนี้จะอธิบายถึงเสาประเภทต่างๆที่ใช้ในระบบ FPV และควรใช้ในสถานการณ์ไหน ถ้าท่านยังไม่เข้าใจถึงเรื่องการรับส่งภาพ อุปกรณ์ที่ใช้ และคลื่นที่ใช้ กรุณาอ่าน บทความนี้ ก่อนครับ

บทความนี้จะอธิบายถึงพื้นฐานของการกระจายคลื่นสัญญาณแบบระนาบเดียว (Linear) และเป็นวงกลม (Circular) และจะอธิบายถึงข้อแตกต่างระหว่างเสาแบบจำกัดทิศทาง ​(Directional) และเสาแบบรอบทิศทาง (Omnidirectional)

ความถี่ของสัญญาณ

เสารับสัญญาณนั้นถูกผลิตมาเพื่อความถี่ใดความถี่หนึ่งเท่านั้น เพราะฉะนั้นเสาของ 2.4 Ghz จะไม่สามารถนำมาใช้กลับอุปกรณ์ที่ใช้ความที่ 5.8 Ghz ได้ โดยพื้นฐานแล้วสัญญานความถี่ที่ต่ำจะมีเสาสัญญาณที่ใหญ่กว่าสัญญาณความถี่ที่สูงกว่า ใน Drone Racing ส่วนมากจะใช้ความถี่ 5.8 Ghz ในระบบ FPV เพราะฉะนั้นบทความนี้จะอธิบายโดยมีพื้นฐานอยู่ที่ความถี่ 5.8 Ghz เท่านั้น

การกระจายคลื่นสัญญาณ - ระนาบเดียวหรือวงกลม

การกระจายคลื่นสัญญาณมีสองประเภทหลักคือ แบบระนาบเดียว และแบบวงหลม

รูปภาพด้านบนอาจจะทำความเข้าใจยากสักนิด แต่ก็เป็นรูปภาพที่แสดงถึงลักษณะการกระจายคลื่นสัญญาณแบบระนาบเดียว (ซ้าย) และแบบวงกลม (ขวา) ได้เป็นอย่างดี สิ่งที่สำคัญที่สุดคือเส้นสีแดงของแต่ละรูป ที่จะเห็นได้ว่าการกระจายคลื่นสัญญาณแบบระนาบเดียวสัญญาณจะกระจายออกในแกนเดียว ในทางกลับกันการกระจายคลื่นสัญญาณแบบวงกลมจะกระจายคลื่นสัญญาณแบบหมุนเป็นเหลียว ส่วนเส้นสีฟ้าละเขียวคือส่วนประกอบของสัญญาณในแนวตั้งและแนวนอนที่เมื่อรวมกันจะได้สัญญาณจริง (เส้นสีแดง)

โดยธรรมดาแล้วการกระจายคลื่นสัญญาณแบบระนาบเดียวจะทำให้ส่งสัญญาณได้ไกลขึ้น เพื่อให้ได้รับสัญญาณที่ดีในการกระจายสัญญาณแบบระนาบเดียวนั้น เสาอากาศทั้งสองทั้งรับและส่งจะต้องถูกตั้งให้ตรงกันเพื่อให้สัญญานนั้นมีการทับซ้อนกันมาที่สุด ระบบส่งสัญญาณแบบไร้สายเช่น Wifi นั้นส่วนมากก็ใช้การกระจายสัญญาณแบบระนาบเดียวเพราะอุปกรณ์ Wifi นั้นจะไม่ได้ถูกขยับบ่อยจึงเป็นการง่ายที่เราจะตั้งเสาอากาศให้ตรงกับสัญญาณ แต่เมื่อกระจายสัญญาณแบบตรงไปอยู่บน FPV drone ทักครั้งที่มีการขยับหรือหมุนตัวจะทำให้การทับซ้อนของสัญญาณน้อยลงจึงทำให้สัญญาณและภาพที่ขาดหายได้ และสัญญาณจะแย่ที่สุดเมื่อเสาของภาครับและส่งทำมุม 90 องศาซึ่งกันละกัน

เพราะฉะนั้น FPV Drone เกือบทั้งหมดจึงเลือกใช้คลื่นสัญญาณแบบกลม โดยการกระจายสัญญาณแบบเกลียวหมุนนั้นจะทำให้การรับสัญญาณนั้นสามารถทำได้ดีไม่ว่าตัวลำหรือเสาอากาศนั้นจะอยู่ในองศาใด ข้อดีอีกอย่างของการใช้เสาสัญญาณแบบกลมคือความสามารถที่จะปิดกั้นการสะท้อนของสัญญาณจากวัตถุใกล้เคียง เช่น ตึก ต้นไม้

สัญญาณเหลียวหมุนซ้าย (LHCP) และสัญญาณเหลียวหมุนขวา (RHCP)

การส่งสัญญาณแบบกลมนั้นมีสองทิศทางคือ  สัญญาณเหลียวหมุนซ้าย (LHCP) และสัญญาณเหลียวหมุนขวา (RHCP) อธิบายง่ายๆคือทิศทางของการหมุนของเหลียว ซึ่งทั้งสองแบบนั้นไม่สามารถใช้ด้วยกันได้ เพราะฉะนั้นเสารับและเสาส่งนั้นจะต้องเหมือนกันด้วย

เมื่อไรที่ควรใช้การส่งสัญญาณแบบกลม

• ผู้ใช้ไม่มีความชำนาญในการติดตั้งเสาเพื่อให้ได้รับสัญญาณที่ดี
  
• มีการบินด้วยความเร็วสูง มีการตีลังการ หรือการเล่นท่า freestyle
  

เมื่อไรที่ควรใช้การส่งสัญญาณแบบระนาบเดียว

• ต้องการบินระยะไกล
  
• ไม่มีที่ติดตั้งเสาแบบกลม
  

เสาแบบจำกัดทิศทาง (Directional) และ เสาแบบรอบทิศทาง (Omnidirectional)

อีกแบบของการจัดหมวดหมุ่ของเสาอากาศคือการบังคับทิศทางของสัญญาณ โดยการบังคับทิศทางมันสองประเภทคือ

1. การจำกัดทิศทาง (Directional)
   
2. รอบทิศทาง (Omnidirectional)
   

ซึ่งการจำกัดทิศทางของเสาก็สามารถเลือกรูปแบบการกระจายสัญญานได้ด้วย เพราะฉะเสารับส่งสัญญาณทั้งหมดจะมีด้วยกัน 4 แบบคือ

1. เสาแบบจำกัดทิศทาง กระจายสัญญาณระนาบเดียว (Directional Linear Polarized)
   
2. เสาแบบจำกัดทิศทาง กระจายสัญญาณแบบกลม (Directional Circular Polarized)
   
3. เสาแบบรอบทิศทาง กระจายสัญญาณระนาบเดียว (Omnidirectional Linear Polarized)
   
4. เสาแบบรอบทิศทาง กระจายสัญญาณแบบกลม (OmniDirectional Circular Polarized)
   

หลักการลูกโปงน้ำ

พลังงานของการส่งสัญญาณสามารถเปรียบได้กับลูกโปงใส่นำ้ โดยการใช้เสาประเภทต่างๆสัญญาณที่ส่งออกมาก็จะเหมือนก็เปรียบแปลงรูปร่างของลูกโป่ง ทั้งนี้น้ำซึ่งเปรียบเสมือนกำลังการส่งไม่ได้ถูกเปลี่ยนแปลง การที่เราดึงลูกโป่งให้ยาวขึ้นก็ในทางกลับกันลูกโป่งก็จะผอมลง ถ้ายกตัวอย่างนี้ในการส่งสัญญาณจริงก็คือทำให้การส่งสัญญาณได้ไกลขึ้น องศาการรับสัญญาณที่น้อยลง ในทางกลับกันถ้าเราบีบลูกโป่งให้อ้วนเป็นทรงกลมก็จะเปรียบเสมือนการกระจายสัญญานรอบทิศทางแต่ก็ทำให้ระยะนั้นสั้นลง

หรืออีกตัวอย่างก็เหมือนการให้แสงสว่างของหลอดไฟทั่วไปก็เหมือนการกระจายสัญญาณรอบทิศทาง ในทางกลับกันไฟฉายซึ่งทำการจำกัดทิศทางของแสงก็สามารถส่องไปได้ไกลกว่า

เสาประเภทรอบทิศทางนั้นงานต่อการใช้งานทั่วไปเพราะสามารถให้การรับสัญญาณที่ดีแต่อาจจะไม่ได้ระยะที่ไกลเท่ากับเสาแบบจำกัดทิศทาง ซึ่งเสาแบบจำกัดทิศทางนั้นบีบอัดสัญญาณให้ไปในทิศทางเดียวจำทำให้การส่งสัญญาณสามารถไปได้ไกลขึ้น ข้อเสียอย่างเดียวคือต้องมีหันเสาไปทางที่ตัวลำอยู่เท่านั้น ถ้ามีการเคลื่อนที่ของตัวลำก็ต้องมีการหมุนเสาอากาศตามไปด้วย ในปัจจุบันมีอุปกรณ์ที่ทำการหมุนเสาอากาศไปยังทิศทางของตัวลำแบบอัตโนมัตจึงทำให้การใช้งานเสาแบบจำกัดทิศทางนั้นง่ายขึ้น

การใช้เสาหลายประเภท

เพื่อให้การรับสัญญาณได้ดีที่สุด จึงได้มีการพัฒนาระบบรับสัญญาณให้สามารถใช้เสาอากาศได้มากกว่าหนึ่งเสา ซึ่งจะใช้เสาทั้งสองประเภทโดยระบบจะทำการสลับสัญญานไปยังเสาที่ได้รับสัญญาณดีกว่าในเวลานั้นๆ

เสาประเภทต่างๆ

เสาแบบไหนดีที่สุดสำหรับ FPV

เสาที่เหมาะที่สุดลำหรับ FPV คือเสาแบบ Cloverleaf ที่ภาครับและเสาแบบ Skew Planar ที่ภาคส่งขอแตกต่างระหว่างเสาทั้งสองแบบคือจำนวนจำนวนของเสาที่ทำหน้าที่เหมือนใบบัด โดน Cloverleaf จะมี 3 ในและ Skew Planar จะมี 4 ใบ ทั้งนี้เสารุ่นหลังๆก็จะเป็น Cloverleaf ทั้งหมดทั้งนี้อาจะมีผลกับการรับสัญญานเล็กน้อย แต่กับ FPV Drone ที่ไม่ได้บิยระยะไกลจะไม่ค่อยเห็นผล

ราคาของเสาที่แตกต่างกันไปก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ช่วยในการตัดสินใจ โดยส่วนมากแล้วเสาที่มีราคาแพงและคุณภาพดีกว่าจะให้สัญญาณที่ดีกว่าเพราะการเลือกใช่วัตถุดิบและการประกอบที่แม่งยำมากกว่า แต่ก็ไม่ได้มีข้อแตกต่างกันมากซักเท่าไร ผู้ซื้อจึงคควรตัดสินใจกว่าเราจะจ่ายเงินซื้อของที่แพงกว่าเพื่อสัญญาณที่ดีกว่าแค่ 10% หรือไม่

Credit

http://www.dronetrest.com/t/the-complete-guide-to-fpv-antennas-for-your-drone/1473