Uzun Mesafe FPV İçin Bi-quad Video Alıcı Anteni Yapımı

Merhabalar...

FPV ile uğraşanların, özellikle de uzun mesafe denemeleri yapanların en önem verdiği ve uzak mesafelere ulaşmada fark yaratan konuların başında kaliteli anten seçimi gelmektedir.
Video sinyallerinin daha uzak mesafelerden gönderilip alınabilmesi için piyasada yaygın olarak kullanılmakta olan anten çeşitleri mevcut.

Antenler Hakkında Genel Bilgi

Genel olarak antenleri doğrusal polarizasyonlu ve dairesel polarizasyonlu şeklinde iki başlık altında değerlendirebiliriz. Her iki tür de kendi içinde tek yönlü (directional) ve çok yönlü (360 derece-omnidirectional) olarak gruplandırılır. Vericide genellikle omni alıcıda ise directional kullanılır. Ancak directional belli bir açı içinde sinyal alabildiğinden uçak konum değiştirirken elle veya otomatik bir tracker mekanizması ile anten yönünün uçağa çevrilmesi gerekmektedir.

Teorik olarak doğrusal pol. antenler daha uzak mesafelerden sinyal iletip alabilirler. Ancak uçağın uzay düzlemdeki hareketleri sonucunda verici anteninin konumunun değişmesi sonucu kayıp yaşanmaktadır. Uçak üzerinde konumlandırılmaları daha kolay ve sürüklemeleri daha azdır. Buna karşın doğrusal polarizasyonda multipathing olarak adlandırılan ve alıcı anteninin çevreden yansıyan diğer sinyalleri de alması sonucu parazite ve karışmaya sebep olan durum yaşanabilmektedir. Bu türe örnek olarak verici tarafında standart rubber duck antenler, inverted vee; alıcı tarafında ise patch anten, bi-quad verilebilir. Genellikle daha ucuzdurlar.

Dairesel polarizasyonlu antenlerde sinyal sarmal olarak yolculuk yapar. Sağa dönen sarmal veya sola dönen sarmal (RHCP-LHCP) şeklinde sinyal gönderip alacak şekilde tasarlanırlar. Alıcı ve verici anteni aynı yöne dönen sarmal tipte olmalıdır. Bu tür ile yeryüzü şekillerine yakın alçak uçuşlar daha rahat yapılabilir. Verici anteninin konumunun yatay veya dikeyde değişmesi bir sorun veya kayıp teşkil etmez. Multipathing sorunu oluşmaz çünkü cisimlere çarpıp yansıyarak alıcı antenine gelen sinyaller çarptıkları yerden ters yönde dönerek geldikleri için alıcı antenini karıştıramazlar. Ancak bu türün özellikle verici antenleri büyük ve hacimli olduğundan uçak üzerinde sürüklemeye sebep olabilirler. Son yıllarda tercih edilen bir tür olmasına karşın antenlerin imalatının hassas ve zor olması sebebiyle fiyatları daha yüksektir. Bu türe örnek olarak vericide clover leaf, skew planar, airscrew, mad mushroom; alıcı tarafında ise aynıları veya yönlü olarak crosshair, pepperbox vb. antenler verilebilir.

Tercih konusu aslında uçucunun planlamasına göre şekillenecektir. Tek bir hedefe fazla yatış manevra vs. yapmadan doğrusal gidilip dönülecek ve mesafe denemesi yapılacaksa doğrusal polarizasyonlu antenler daha başarılı olacaktır.
Amaç binaların veya ağaçların arasında, üzerinde veya çok alçak irtifalarda agresif uçuşlar yapmak ise dairesel polarizasyon daha uygun olacaktır.

Mevcut durumda doğrusal için uzun mesafede en başarılı kabul edilen kombinasyon inverted vee + bi-quad,
dairesel için ise airscrew/madmushroom + pepperbox 'tur.

Antenlerin dbi değeri yükseldikçe uzağa iletim artar ancak bu aynı zamanda antenin çekim açısının daralması yani odaklanmanın artması demektir. Bu da daha hassas takip gerektirecektir. Her an model anten açısından çıkabilir. Bu yüzden diversity denilen sistemler ile bir directional ve bir omnidirectional antenli iki alıcı kullanılarak veya directional alıcı anteni bir tracker üzerine takılarak sorun çözülebilir.

BI-QUAD YAPIMI

Ben daha kolay imal edilebildiği için ve elimdeki vee anten ile uyumlu olduğu için bi-quad anteni seçtim.
Bu konuda da FPV dünyasında en hatırı sayılır şahsiyetlerden Alex - namı diğer IBCrazy arkadaşımızın RCgroups forumundaki tutorial'ından faydalandım.

IBCrazy Biquad

Gerekli olan malzemeler: 

1-Ortalama 0.5mm kalınlığında ve 30x30 cm ebatında (ayarlanacak frekansa göre ölçü değişecek) metal levha. Reflektör olarak kullanılacak (Galvanizli sac, bakır levha, bakır pcb veya herhangi bir metal olabilir kalınlık fark etmez kalın olursa ağır olur, çok ince olursa da yamulur)
2-RG-58CU koaksiyel kablo (40cm-100cm)
3-1.5mm ile 2mm arası tek damar bakır kablo. Element olarak kullanılacak (NYA) 1metre
4-SMA konnektör
5-Havya, pasta,lehim, gerekli diğer takım avadanlık...

Gerekli Hesaplamalar:

Antenin belirli bir frekansa hasas ayarlanması için hesaplanması gereken ölçüler vardır.
Bunlar bi-quad için :

Full Dalga Boyu (Full wave length)- Levhamız Bu Ebatlarda Olacak:
Full wavelength in cm = 29800/f in MHz (29800 / Ayarlanacak Frekans MHz olarak)
Örnek:
910 MHz =32.75cm
1280MHz =23.28cm
2450MHz (2.4GHz) =12.16cm

Elementin boğum uzunluğu (Full Dalga Boyunun 1/4 ü) - Baklava şeklindeki her bir bacağın uzunluğu:
Section length in cm = 7450/f in MHz  (7450 / Ayarlanacak Frekans MHz olarak)
Ör:
910 MHz = 8.18cm
1280 MHz =5.82cm
2.4GHz = 3.041cm

Elementi yapacağımız bakır telin boyu bu durumda 8xElement Boğum uzunluğu olacaktır. Yani Full dalga boyunun iki katı olacaktır.

Element ile Reflektör arası mesafe (full dalga boyunun 1/8 i):
Element spacing in cm = 3725/f in MHz
Ör:
910 MHz = 4.09cm
1280 MHz =2.91cm
2.4GHz = 1.52cm

Yapılış:

Öncelikle levhamızın boyutlarını frekansımızdaki ölçüye getiriyoruz.
1280 için 23.28x23.28 olacak. Levha boyutunda ufak sapmalar kabul edilebilir. Ancak unutulmamalı ki ne kadar hassas yaparsak o kadar başarılı bir anten olacaktır. Levhanın tam ortası koaksiyel kablonun çapında delinir. Ayrıca levha üzerine element boğum ölçülerine göre referans çizgilerini çizersek elementi yapmamız ve yerleştirmemiz kolaylaşacaktır.

Daha sonra elementimiz olacak bakır tel 2xfull dalga boyu = 46.56cm olarak kesilir ve element boğum uzunluğuna göre  ve boğumlar birbirine tam 90 derece açı yapacak şekilde resimdeki şekle getirilir.
telin uçları birleştiği yerde lehimlenir ve böylece elementimiz oluşturulur.

Elementin reflektörden yukarıda verilen mesafe kadar uzakta durabilmesi ve koaksiyel kablonun lehimlenebilmesi için bir alüminyum veya bakır boru kullanmak çok işe yarayacaktır. Olmasa da olur ancak olursa çok pratik ve düzgün bir anten olacaktır. Bu boru delinen deliğin tam üzerine gelecek şekilde lehimlenir. Burada lehim işi normal havya ile zor. Ben levhayı ocağın üzerinde ateşte ısıttım ve o esnada lehimledim Ancak bu tarz işler yapan yerlerde kaynattırılabilir.

Daha sonra koaksiyel kablonun dış sargı kısmı reflektöre arkadan lehimlenir ve koaksiyelin iç kablosu bu borudan geçirilerek ön taraftan çıkarılır. Bu kablo elementimizin ortasındaki iki boğumun üstte olanına lehimlenir. Altta olan boğum ise bakır boruya lehimleniyor.

Elementin düzgün durması için çeşitli yalıtkan malzemelerden ara uzunluk ölçüsünde mümkün olduğunca yer kaplamayan az sayıda parça güçlendirme amaçlı araya sıcak silikon ile sabitlenebilir ve anten bu sayede hem daha düzgün hem de daha sağlam olacaktır. Ben bu iş için balsadan kestiğim parçaları kullandım.

En son kablonun ucuna SMA konnektör lehimlenir ve işlem tamam antenimiz hazır :)

Tracker üzerinde...