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Comprendre les antennes FPV 5.8 GHz

Qu’est-ce qu’une antenne FPV ?

En règle générale, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.

Lorsque l’on débute le vol en immersion, ou First Person View « FPV », il peut s’avérer complexe de choisir ses antennes FPV. Or, l’antenne FPV est un élément fondamental dans un système FPV, et ses diverses caractéristiques influencent directement les performances de qualité et de portée du système.

Ainsi, plusieurs critères doivent être pris en compte et quelques explications sont donc nécessaires.

Une antenne primordiale pour le bon fonctionnement du système FPV

Le système FPV se compose d’un dispositif d’émission vidéo ainsi que d’un dispositif de réception vidéo. Concernant le mécanisme d’émission vidéo, nous retrouvons l’émetteur vidéo (ou VTX) qui transmet l’image captée par la caméra au récepteur vidéo. Le VTX prend la forme d’une carte électronique sur laquelle est nécessairement branchée l’antenne.

Concernant le module de réception vidéo, nous retrouvons le récepteur vidéo (ou VRX) qui récupère le signal émis par le VTX puis le transmet aux lunettes ou casque FPV. Le module VRX est inévitablement relié aux antennes.

Les antennes FPV sont donc primordiales dans le bon fonctionnement du système vidéo. Leur choix agit sur la qualité de la liaison. Ainsi, un émetteur vidéo de très haute qualité relié à une antenne médiocre sera beaucoup moins performant qu’un émetteur vidéo de qualité inférieure relié à une antenne appropriée.

Et pour une meilleure qualité d’image, la transmission du flux vidéo en temps réel utilise le plus souvent la fréquence vidéo des 5,8 GHz. Les concepteurs de solutions vidéos FPV se focalisent donc sur la conception de produits fonctionnant sur la bande de fréquence des 5,8 GHz. Toutefois, si vous pratiquez le “Long Range” notamment avec les ailes volantes, il existe des fréquences plus basses utilisées pour atteindre une portée supérieure au 5,8 GHz. Tel est le cas de la fréquence 2,4 GHz ou 1,2 GHz. Toutefois, la qualité d’image sera inférieure.

Des antennes FPV distinctes pour l’émetteur vidéo et pour le récepteur vidéo

Il existe différents types d’antennes FPV 5,8 GHz. Elles se différencient par leur forme, leur gain, leur polarisation, leur type de connecteur ou encore par leur directivité ou champ d’action.

Une antenne FPV utilisée pour l’émetteur vidéo ne sera pas forcément adaptée pour le récepteur vidéo.

Effectivement, par exemple, l’émetteur vidéo embarqué sur le drone n’accueille pas d’antennes patch. Ce type d’antenne est constitué d’un élément rayonnant, généralement de forme carrée ou rectangulaire. Les patchs sont utilisés exclusivement sur le récepteur vidéo. Pareillement, le récepteur vidéo inséré dans les lunettes ou le casque FPV n’utilisera jamais d’antennes filaires (antennes à fil simples).

Aussi, il est conseillé de mixer des antennes directionnelles et omnidirectionnelles dans le dispositif de réception vidéo afin d’améliorer la réception du signal reçu.

Les différentes types d’antennes

Chaque antenne possède ses propres spécificités et caractéristiques. Elle se différencie selon sa forme, son gain, sa polarisation, son type de connecteur ou encore sa directivité ou champ d’action.

Les diverses formes d’antennes

Nous pouvons répertorier diverses formes d’antennes pour le système FPV.

L’antenne bâton

L’antenne bâton est l’antenne basique. Appelée également antenne verticale, cette antenne possède l’aspect simple d’une tige verticale. En règle générale, elle est toujours fournie avec les émetteurs et récepteurs vidéo.

Bien que cette antenne fournisse un diagramme de rayonnement de 360 degrés, elle a généralement un gain assez faible. Cette antenne bâton dite omnidirectionnelle (elle capte le signal d’où qu’il vienne), est relativement sensible aux parasites et offre une efficacité limitée.

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L’antenne filaire

L’antenne filaire appelée aussi antenne linéaire est tout simplement constituée par un câble coaxial linéaire et flexible d’une longueur plus ou moins importante.

Cette antenne a tendance à être plus petite, moins chères et plus faciles à construire et à réparer. Par exemple, avec ses 2 grammes, l’antenne linéaire Iflight est très légère.

Ce type d’antenne n’est pas utilisé dans les lunettes ou casques FPV.

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L’antenne trèfle ou Cloverleaf

L’antenne trèfle ou « cloverleaf » est dotée d’une forme de trèfle. Il s’agit d’une antenne en boucle fermée à laquelle les fils de signal et de masse sont connectés. Elle est constituée généralement de 3 lobes similaires à des feuilles. Les lobes assurent une bonne répartition du rayonnement.  Avec une polarisation circulaire omnidirectionnelle, cette antenne est l’une des meilleures antennes pour les émetteurs vidéo  FPV. Mais elle peut tout à fait être montée sur le récepteur vidéo. Son rayonnement sur 360° offre une bonne couverture de réception du signal. Elle rejette efficacement les interférences de signaux.

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L’Antenne Pinwheel

Il s’agit d’une variante de l’antenne trèfle.

L’antenne Pinwheel reprend les caractéristiques de l’antenne en trèfle, mais avec quatre lobes plus grands. Ses lobes en cuivre ou en acier trempé cuivré offrent plus de rigidité.

Fiable et résistante, elle permet de décupler les performances de votre émetteur vidéo et de votre récepteur vidéo.

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L’antenne champignon ou de type lollipop

Appelée également antenne Mushroom, ce type d’antenne circulaire est doté d’une protection en forme de champignon. Omnidirectionnelle avec un champ de rayonnement de 360°, le dôme champignon protège l’antenne des éventuels chocs ou impacts. Elle améliore la portée et la clarté du signal de transmission.

Tel est le cas également de l’antenne de type Lollipop. Rehaussée d’une protection en forme de cylindre. Tel est l’exemple de l’antenne Foxeer Lollipop.

Elle peut être utilisée à la fois pour votre émetteur et votre récepteur FPV.

Ces antennes sont généralement des antennes cloverleaf ou des PinWheel revêtues d’une protection pour mieux résister aux chocs ou impacts.

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L’antenne patch

L’antenne patch est une antenne dont l’élément rayonnant est une surface conductrice généralement carrée, rectangulaire ou ronde.

Il s’agit d’une antenne directionnelle : elle reçoit un signal plus intense dans une direction permettant d’accroître le rendement et de réduire ainsi les interférences provenant de sources non désirées. Tel est le cas de l’antenne  X-AIR 5.8 de TrueRC.

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L’antenne Hélicoïdale

L’antenne hélicoïdale est une antenne constituée d’un ou plusieurs fils conducteurs enroulé sous la forme d’une hélice. Antenne directionnelle, elle présente un fort gain. Elle est donc plus recommandée pour le VRX.

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L’antenne pagoda

En forme de pagode (la forme s’évase comme le toit d’une pagode), cette antenne est compacte : elle dispose d’un diamètre et d’une hauteur bien condensés. Nouveauté récente dans le monde du FPV, ce type d’antenne omnidirectionnelle offre de bonnes performances et de bons résultats. C’est l’exemple de l’antenne Iflight Pagoda 2.

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Les caractéristiques d’une antenne FPV

Le gain de l’antenne FPV

Le gain d’une antenne, exprimé en décibels (dB), correspond aux performances de l’antenne à capter un signal. Il s’agit de son pouvoir d’amplification passif, autrement dit sa capacité à amplifier un signal naturellement sans apport d’énergie. Plus le gain d’une antenne est élevé, plus le signal qui sera émis ou reçu sera amplifié par celle-ci.

La polarisation de l’antenne

Sujet très technique et complexe, la polarisation peut être définie comme l’orientation du champ électrique généré par une antenne.

Tout d’abord, il faut comprendre que les ondes électromagnétiques comportent un champ magnétique et un champ électrique qui oscillent tout en se propageant.

Leurs directions d’oscillation sont perpendiculaires entre elles et généralement perpendiculaires à la direction de propagation.

Il existe divers types de polarisation.

Dans la polarisation linéaire ou rectiligne, le champ électrique conserve une direction constante (rectiligne) au cours du temps. Ainsi, des antennes avec une polarisation linéaire sont conçues pour recevoir des ondes polarisées respectivement dans deux directions :  pour les ondes polarisées verticalement, le champ électrique varie dans l’axe vertical et pour les ondes polarisées horizontalement, le champ électrique varie horizontalement.

Le changement de polarisation de l’onde va influencer le niveau de réception du signal si l’antenne est orientée dans l’axe perpendiculaire.

A titre d’exemple, les antennes bâton possèdent une polarisation linéaire.

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Pour la polarisation circulaire, le champ électrique tourne autour de son axe en formant un cercle.

La polarisation circulaire apporte stabilité et qualité de transmission. Ainsi, si l’environnement traversé ou les surfaces réfléchissantes sont défavorables à la transmission, les signaux ricochent et changent de sens pour atteindre le récepteur.

La rotation des ondes du champ électrique peut s’effectuer par la droite : cette rotation horaire est appelée RHCP (pour Right Hand Circular Polarized). Elle peut également s’effectuer par la gauche : cette rotation anti-horaire est nommée LHCP (pour Left Hand Circular Polarized). Il est important de noter la polarisation du récepteur et de l’émetteur doivent correspondre. Ainsi un récepteur avec une polarisation RHCP ne fonctionnera correctement qu’avec un émetteur RHCP.

L’efficacité des antennes circulaires dans le monde du vol en immersion n’est plus à démontrer.

En dernier lieu, il existe aussi une polarisation elliptique. Moins connue, elle peut être considérée comme une combinaison d’ondes polarisées verticales et horizontales sur différentes phases.

La directivité ou le champ d’action de l’antenne FPV

La directivité d’une antenne caractérise la manière dont cette antenne focalise son rayonnement dans certaines directions de l’espace. Si le rayonnement de l’antenne est focalisé dans une direction privilégiée, on parle alors d’antenne directionnelle ou directive. L’antenne directionnelle est ainsi conçue pour émettre et recevoir le signal dans une direction spécifique. Tel est l’exemple de l’antenne hélicoïdale ou l’antenne patch.

En revanche, si le rayonnement s’effectue dans toutes les directions à 360°, l’antenne est dite omnidirectionnelle. Tel est l’exemple de l’antenne pagoda ou l’antenne Pinwheel.

Le type de connecteur

Au bout de l’antenne, on retrouve traditionnellement 4 types de connecteurs. On parle de connecteurs coaxiaux : ils sont composés d’un fil conducteur englobé d’abord, par une gaine conductrice et ensuite, par une gaine extérieure isolante.

Le connecteur SMA classique a été développé dans les années 1960. L’abréviation SMA signifie « SubMiniature Version A ». Il existe une version mâle et une version femelle qui se distinguent par le mécanisme de couplage vissable. Pour la version SMA mâle, le filetage est à l’intérieur avec broche centrale. Pour la version SMA femelle, le filetage est à l’extérieur avec prise centrale qui accueille la broche.

Quant au connecteur RP-SMA (pour reverse polarity SMA), il s’agit en fait d’un connecteur SMA à polarité inversée. Cette variante a été développée à l’origine pour empêcher la connexion non autorisée d’une antenne plus puissante. Là encore, il existe la version RP-SMA Mâle et la version RP-SMA femelle. Pour la version RP-SMA mâle, le filetage est à l’intérieur avec un godet central. Pour la version RP-SMA femelle, le filetage est à l’extérieur avec broche centrale.

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Plus récemment, sont apparus des types de connecteurs plus petits et donc plus simples pour intégrer des montages où l’espace est limité.

C’est ainsi le cas du connecteur MMCX (pour micro miniatures coaxiaux). Léger et peu encombrant, le connecteur MMCX est doté d’un mécanisme de couplage à clipser ou à déclipser, garantissant une connexion et une déconnexion rapides. Cela réduit le temps d’installation.

Tout aussi léger et peu encombrant, on retrouve également le connecteur Ufl.

Quel que soit le type de connecteur, l’antenne doit s’adapter au composant auquel elle est destinée. Aussi, il s’avère très important de vérifier le type de connecteur. Pour pallier toute difficulté, les connecteurs peuvent être coudés ou droits et des adaptateurs sont disponibles.

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La popularité des antennes TRUERC

Qui est TrueRC Canada ?

Fondé par Hugo Chamberland en 2014, la société TrueRC au Canada a atteint le sommet de l’échelle pour la conception d’antennes pour les drones et autres UAV (Unmanned Aerial vehicle)… Possédant une expertise et une capacité à innover hors du commun, capable de réaliser des projets uniques, TrueRC a complètement révolutionné le monde des antennes pour le système de conduite par immersion, ou FPV. TrueRC Canada a résolu les problèmes auxquels sont confrontés les utilisateurs et les fabricants d’UAV en créant l’antenne à polarisation circulaire la plus petite et la plus légère jamais conçue. Depuis sa commercialisation, le paysage radio a radicalement changé, passant de grandes et fragiles antennes à une antenne que l’on ne voit pratiquement plus. Cette antenne révolutionnaire maintient une efficacité maximale et ne fait aucun compromis sur les performances. Cette philosophie est appliquée sur tous les autres produits et projets dirigés par l’équipe TrueRC Canada.

TrueRC Canada est devenu le meilleur concepteur et fabricant d’antennes à utiliser avec les UAV amateurs et professionnels. N’ayant pas peur des défis et faisant preuve d’une grande adaptabilité, il vous aidera à atteindre vos objectifs !

L’antenne hélicoïdale compacte polarisée est en instance de brevet.

Comparaison sur la couverture et la portée des différentes antennes FPV

Le tableau ci-dessus représente une vue du haut de la couverture et de la portée des différentes antennes populaires utilisant la fréquence de 5.8 GHz et proposées par TrueRC.

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Les estimations de portée sont basées sur l’utilisation d’un transmetteur de 200 mW. Les chiffres sont également approximatifs : dans des conditions idéales, vous obtiendrez de meilleurs résultats.

Si vous passez à un Vtx 800mW, vous pouvez doubler toutes les portées. Une plage à 90 degrés a également été ajoutée. En d’autres termes, la portée est obtenue à 90 degrés de la ligne de mire de l’antenne (complètement de côté où l’antenne pointe.) Il convient de préciser que les portées des antennes de la série MX sont plus précises, car elles sont spécialement conçues pour être utilisées à un angle aussi élevé.

Donc, l’antenne Singularity 5.8 couvre 360 degrés par rapport à la Sniper qui couvre un cône de seulement 45 degrés, tout en possédant 4 fois plus de portée. La X2-air fait exception avec une portée similaire, mais ayant une couverture plus grande en faisant un compromis sur la couverture verticale. D’autres antennes directionnelles, comme les patchs, ont un gain similaire à une MX-air. Cependant, elles n’approchent pas leur couverture, car elles perdent trop d’énergie dans leur fonctionnement.

Donc, les antennes directionnelles font un compromis sur la couverture pour avoir plus de portée.

Résumé simplifié de ces différentes antennes FPV

L’antenne X-air : pour débuter l’aventure en longe portée ou simplement bénéficier d’un meilleur signal dans des conditions difficiles., cette antenne directionnelle est performante. Dotée d’un matériau de PCB de pointe, elle offre une large couverture et un gain de faisceau. La large couverture et le rapport axial élevé rendent la X-Air parfaite pour le vol de proximité, en gardant le signal même derrière des obstacles.

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L’antenne MX-air : cette antenne offre un faisceau ultra large et une portée moyenne. Elle est excellente pour la course. Il s’agit d’une antenne hémisphérique avec une couverture de 180°. La plage de couverture sur les côtés a été doublé et le rapport axial à ces angles extrêmes a été considérablement augmenté. Si vous la pointez vers le ciel, cette antenne peut même remplacer une antenne omnidirectionnelle si besoin.

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L’antenne Sniper : elle est idéale pour les pilotes amateurs de longue portée. TrueRC a créé l’antenne Sniper pour être à la pointe de la technologie FPV en modifiant une X-Air pour y ajouter un ensemble d’éléments directeurs.

Basé sur le même principe qu’une antenne, l’antenne Sniper conserve des propriétés circulaires et en ajoutant des ajustements à l’équation. Ainsi, les éléments directeurs agissent comme une « lentille » et augmentent le gain de 3,5 dB pour atteindre 13,5 dBi sur une seule antenne. L’ajout d’un câble d’extension semi-flexible à faibles pertes permet de faciliter le positionnement dans le module de réception vidéo.

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L’antenne X2-air : Il s’agit d’une antenne polyvalente longue portée avec un faisceau large. Excellente dans la plupart des situations de vol, cette antenne est l’association de deux X-AIR 5.8. Le gain ainsi que le faisceau sont donc beaucoup plus larges !

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L’antenne MX2-air : elle correspond à une version à faisceau plus large que la X2-air, avec moins de portée, mais avec une bonne couverture. L’antenne MX2-AIR est une antenne directionnelle proposant le plus large faisceau pour le vol en immersion.

Contrairement à la MX-AIR, cette antenne n’est pas hémisphérique et ne peut donc pas être utilisée comme une omnidirectionnelle quand elle est orientée vers le haut. Vous pouvez l’utiliser verticalement pour que la partie la plus large du faisceau soit horizontale.

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