Link budget FPV: как посчитать запас видеолинии

Link budget не предсказывает точную дальность FPV, но показывает, куда исчезает запас видеолинии. Все мощности, усиления и потери переводятся в децибелы и складываются одной строкой. Результат сравнивается с уровнем, при котором конкретный приёмник ещё даёт приемлемую картинку. Расчёт полезен для сравнения конфигураций, а окончательная граница определяется измерением и безопасным тестом.

dB и dBm выполняют разные роли

dBm — абсолютная мощность относительно 1 мВт. Нулевая отметка равна 1 мВт, 10 dBm — 10 мВт, 20 dBm — 100 мВт, 30 dBm — 1 Вт. Увеличение на 3 dB примерно удваивает мощность, а на 10 dB — увеличивает её в десять раз.

dB описывает отношение: усиление антенны, потери кабеля или запас линии. Благодаря логарифмической шкале величины можно складывать. Нельзя, однако, складывать милливатты с dB или считать, что удвоение мощности удваивает дальность.

Для проверки законности обычно важна не только мощность передатчика, но и эффективная излучаемая мощность с учётом антенны. Высокое усиление не создаёт энергию: оно перераспределяет её по направлениям, расширяя дальность в одном секторе и создавая провалы в другом. Поэтому цифра dBi без диаграммы не описывает поведение на трассе.

Основная строка link budget

Упрощённый расчёт принятой мощности выглядит так:

Pr = Pt + Gt + Gr − Lc − Lfs − Lother

• Pt — фактическая мощность VTX в dBm;
• Gt и Gr — усиление передающей и приёмной антенн в выбранном направлении;
• Lc — потери в кабелях, переходниках и разъёмах;
• Lfs — потери распространения в свободном пространстве;
• Lother — запас на поляризацию, корпус, ориентацию, помехи и прочие реальные условия.

Затем из Pr вычитают минимальный полезный уровень конкретного VRX. Полученная разница — расчётный запас. Порог нужно брать из измерений или документации именно приёмника и требуемого качества видео: «виден шумный кадр» и «можно безопасно пилотировать» — разные критерии.

Для цифрового видео порог проявляется иначе, чем для аналога: качество может долго оставаться высоким, а затем быстро ухудшиться вместе с задержкой или потерей кадров. Формула распространения остаётся полезной, но критерий работоспособности и телеметрию берут из документации конкретной системы.

Потери свободного пространства

Рекомендация ITU-R P.525 задаёт расчёт свободнопространственного ослабления. Для расстояния в километрах и частоты в мегагерцах удобно использовать форму:

Lfs = 32,44 + 20·log10(dкм) + 20·log10(fМГц)

Для 5 800 МГц и 0,5 км получится примерно 101,7 dB. Если мысленный пример использует VTX 20 dBm, две антенны с усилением 2 и 8 dB и суммарно 3 dB потерь в тракте, расчётный уровень до дополнительных реальных потерь составит около −74,7 dBm. Это не обещание дальности: в поле диаграмма антенны и препятствия легко заберут значительную часть запаса.

Почему реальность хуже идеальной сферы

• Ориентация. Антенна имеет провалы диаграммы, поэтому указанное усиление действует не во всех направлениях.
• Поляризация. RHCP и LHCP, а также круговая и линейная поляризации не взаимозаменяемы без потерь.
• Препятствия. Земля, железобетон, деревья, автомобиль и тело пилота нарушают свободное распространение.
• Зона Френеля. Даже при видимой прямой линии близкая поверхность может ослаблять сигнал.
• Многолучёвость. Отражения создают локальные провалы, особенно низко над землёй и рядом с металлом.
• Несоответствие железа паспорту. Мощность VTX меняется с каналом, питанием и нагревом, а потери дешёвого переходника редко указаны.

Как использовать расчёт на практике

1. Запиши частоту, измеренную или паспортную мощность VTX и все элементы RF-тракта.
2. Используй усиление антенны в направлении полёта, а не максимальную цифру без диаграммы.
3. Добавь отдельные потери кабелей, переходников и защитного монтажа.
4. Заложи консервативный запас на ориентацию, препятствия и помехи.
5. Сравни две конфигурации, меняя один параметр за раз.
6. Подтверди вывод наземным тестом и коротким полётом с наблюдением за качеством, не доходя до срыва.

Мощность и допустимые частоты регулируются локальными нормами. Расчёт показывает физический эффект, но не разрешает использовать любую мощность или канал. Проверяй актуальные официальные требования для места полёта.

Главная польза link budget — дисциплина. Он показывает, что хороший приём, правильная ориентация и чистые разъёмы могут дать больше практического запаса, чем очередное увеличение мощности. Используй расчёт для выбора и диагностики, а не как разрешение лететь до теоретической границы.

Источники для подготовки: материал profpv.ru и рекомендация ITU-R P.525. Текст и структура созданы редакцией WARPfly заново.