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如果說(shuō)中國(guó)無(wú)人機(jī)制造商大疆創(chuàng)新的巨大估值和營(yíng)收說(shuō)明了什么,那就是無(wú)人機(jī)正日益變成一樁大生意。無(wú)人機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)引來(lái)眾多資本競(jìng)相追逐,除此之外,各大半導(dǎo)體公司也都加快速度布局這一千億級(jí)的市場(chǎng),開(kāi)發(fā)適合無(wú)人機(jī)應(yīng)用的創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)。某知名無(wú)人機(jī)產(chǎn)品硬件供應(yīng)商之一,世強(qiáng)的技術(shù)專(zhuān)家將在這一系列文章中獨(dú)家闡述先進(jìn)的無(wú)人機(jī)產(chǎn)品內(nèi)部的硬件電路設(shè)計(jì)和相關(guān)方案技術(shù)。
當(dāng)我們把目前主流的無(wú)人機(jī)的內(nèi)部電路板拆解開(kāi)來(lái)后,您會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的電路控制系統(tǒng)主要由三大部分組成:飛控系統(tǒng)、云臺(tái)+相機(jī)、圖像傳輸系統(tǒng)。
無(wú)人機(jī)能夠一躍進(jìn)入大眾視野并迅速升溫,是很多人始料未及的。從剛開(kāi)始的空中攝錄,到后來(lái)的實(shí)時(shí)攝錄,方便的圖像傳輸功能無(wú)疑為無(wú)人機(jī)加足了籌碼,賺足了眼球。在第一篇文章中,作者將為您分析無(wú)人機(jī)的圖傳實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
2.4GHz全高清無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)是主流
在無(wú)人機(jī)的視頻傳輸方面,高配的無(wú)線圖傳系統(tǒng)已經(jīng)可實(shí)現(xiàn)5km/1080P 30fps傳輸,但這是眾多國(guó)內(nèi)娛樂(lè)無(wú)人機(jī)廠商還沒(méi)有做到的。一般的做法是在云臺(tái)搭載相機(jī),高空拍攝再飛回地面檢查。這種方式由于不能即時(shí)看到拍攝畫(huà)面,所以還不能滿(mǎn)足航拍的要求。
“當(dāng)然目前也有不少方案是采用5.8GHz頻段傳輸模擬視頻到地面,最遠(yuǎn)距離能達(dá)600多米。但這種方式需要在飛行器上將高清(1080P或4K)轉(zhuǎn)碼成 720P,再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)竭b控器顯示屏上,技術(shù)上也較復(fù)雜,并且畫(huà)面會(huì)有馬賽克、停頓或卡死。畫(huà)面質(zhì)量也不夠好,用到專(zhuān)業(yè)航拍還有距離,適合普通愛(ài) 好者娛樂(lè)?!?世強(qiáng)產(chǎn)品總監(jiān)陽(yáng)忠介紹說(shuō)。
2.4GHz是目前無(wú)人機(jī)市場(chǎng)比較主流采用的頻段。在大疆最新發(fā)布的Phantom 3上,就搭載了備受好評(píng)的DJI Lightbridg全高清數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng),其內(nèi)置了 2.4G 遙控鏈路,其高配方案實(shí)測(cè)有效傳輸距離高達(dá)5km,標(biāo)配也達(dá)到了1.7Km。“圖像傳輸系統(tǒng)的性能是區(qū)分無(wú)人機(jī)檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。圖像傳輸距離的遠(yuǎn)近,圖像傳輸質(zhì)量的好壞,圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性等是衡量無(wú)人機(jī)圖傳性能的關(guān)鍵因素。
簡(jiǎn)而言之,無(wú)人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機(jī)所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩(wěn)定的發(fā)射給地面無(wú)線圖傳遙控接收設(shè)備。圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性是關(guān)鍵。如下圖4所示為目前主流的無(wú)人機(jī)遙控器/高清圖傳線路框圖。其組成部分主要由發(fā)射端、接收端和顯示端三部分組成。
無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的核心器件——2.4GHz傳輸器
2.4GHz傳輸器是無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的核心器件。雖然433MHz頻段穿透性強(qiáng),通訊距離遠(yuǎn),可以最遠(yuǎn)傳輸達(dá)2 公里,但由于其抗干擾能力弱,遙控?zé)o人機(jī)或飛行器上都不太采用。目前專(zhuān)業(yè)WiFi芯片廠商(包括博通與高通)都還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出這種遠(yuǎn)距離無(wú)線高清視頻傳輸?shù)男酒?。但是無(wú)人機(jī)市場(chǎng)如此火熱,無(wú)線芯片廠商已經(jīng)在著手計(jì)劃推出專(zhuān)用芯片。未來(lái)我們也許會(huì)看到能同時(shí)與控制器和顯示器建立鏈路的雙模芯片組。
但在專(zhuān)用芯片推出之前,RF工程師可以通過(guò)分立器件去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高帶寬的無(wú)線視頻傳輸。應(yīng)用于無(wú)人機(jī)上的 2.4GHz傳輸器IC必須具備高接收靈敏度、低功耗、小體積以及各種先進(jìn)的信道管理能力。世強(qiáng)代理的賽普拉斯(Cypress)2.4-GHz單芯片無(wú)線電收發(fā)器Wireless USB已經(jīng)開(kāi)始用于無(wú)人機(jī)上,在控制信號(hào)傳輸和視頻傳輸上均有成功應(yīng)用。而賽普拉斯最新的第四代Wireless USB NX收發(fā)器不僅繼承了一貫的超低功耗優(yōu)良性能特性,而且其2Mbps的數(shù)據(jù)速率可最大限度的減少發(fā)送和接收時(shí)間。在2.4GHz ISM頻段下,相比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,可提供更高集成度和最佳性?xún)r(jià)比。
當(dāng)然,與2.4GHz收發(fā)器配合使用的板材選擇也非常重要?!吧漕l電路設(shè)計(jì)一直是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn),這除了需要高接收靈敏度的射頻收發(fā)器外,還需要專(zhuān)業(yè)的高性能微波板材與之配合。我們代理的羅杰斯高性能微波板材就特別適合與2.4GHz收發(fā)器配合,應(yīng)用在無(wú)人機(jī)的圖像傳輸系統(tǒng)中。高性能的PA/LNA/ FILTER IC 確保遠(yuǎn)距離傳輸、抗干擾在與2.4GHz的傳輸器IC的配合中,高性能的PA/LNA/ FILTER IC也是必不可少的。MGA-22003線性功率放大器模塊是確保圖像能遠(yuǎn)距離傳輸?shù)年P(guān)鍵器件,在任何負(fù)荷或條件下都可保持穩(wěn)定,而且其3x3 毫米的封裝非常適合無(wú)人機(jī)空間受限的應(yīng)用。
而面向2.4GHz頻段應(yīng)用設(shè)計(jì)的微型化帶通濾波器ACFF-1024則非常適合應(yīng)用在無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)中以去除外部干擾。它可以解決 WiFi/Bluetooth和其他無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)運(yùn)行的問(wèn)題,不會(huì)因相鄰無(wú)線射頻干擾影響性能。
經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于使用的 GaAs MMIC低噪聲放大器 (LNA) MGA-64606也是眾多無(wú)人機(jī)產(chǎn)品優(yōu)選的器件。夠提高無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的整個(gè)接受信號(hào)靈敏度?!标?yáng)忠指出?!瓣P(guān)鍵是它還具有可切換式關(guān)閉和旁路功能,以便可以在輸入信號(hào)功率較高時(shí)繞過(guò)。這項(xiàng)特性可以減少電流消耗,延長(zhǎng)設(shè)備的電池壽命,對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)是非常有意義的?!?/p>
小占用面積、小尺寸、內(nèi)嵌功率偵測(cè)電路、電源關(guān)閉功能以及絕佳的功率效率使得無(wú)線局域網(wǎng) (WLAN) 功率放大器MGA-412P8 成為移動(dòng) IEEE 802.11b g WLAN 應(yīng)用的理想選擇。它在 3% EVM 54Mbps 數(shù)據(jù)傳輸率 (OFDM 調(diào)制) 時(shí),線性輸出功率為 19.0 dBm,在 11Mbps (CCCK 調(diào)制) 時(shí),線性輸出功率為 23dBm。而在某些5.8GHz圖傳系統(tǒng)中,諸如MGA-675T6 LNA和MGA-25203 PA等也是完全可以滿(mǎn)足性能需求的。
而無(wú)人機(jī)對(duì)電源的要求十分苛刻,除了要確保低功耗高效率外,在無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)中,還必須具有高的紋波抑制比。世強(qiáng)代理的LDO電壓調(diào)節(jié)器非常適合應(yīng)用在無(wú)人機(jī)接收端的遙控器中,而且世強(qiáng)還能為客戶(hù)提供從電源到電池保護(hù)的整體方案,幫助客戶(hù)選型。
另一方面,由于飛行器的應(yīng)用場(chǎng)景一般都是戶(hù)外,客戶(hù)勢(shì)必會(huì)做全溫范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償,目前晶體振蕩器行業(yè)里比較領(lǐng)先的是EPSON(愛(ài)普生)的高精度溫補(bǔ)晶振(TCXO)技術(shù),其精度高達(dá)2ppm,完全能夠滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)工作場(chǎng)景的環(huán)境要求。
小結(jié):
盡管現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)市場(chǎng)還比較小眾,不過(guò)自2014年已經(jīng)開(kāi)始了爆發(fā)式增長(zhǎng)的階段。在大疆之后,更多的企業(yè)進(jìn)入了這一高速成長(zhǎng)的市場(chǎng)。出貨量從以前的百K級(jí)以?xún)?nèi)增長(zhǎng)到現(xiàn)在的百K/年,相比以前已經(jīng)有10倍的增長(zhǎng)。不過(guò),續(xù)航時(shí)間、載重能力仍然是現(xiàn)在無(wú)人機(jī)廠商需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。但可以預(yù)見(jiàn),無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的潛力仍然巨大,前途依舊不可估量。
創(chuàng)研數(shù)字創(chuàng)于1998年,是一家從事無(wú)線圖傳設(shè)備,2.4G無(wú)線影音傳輸、5.8G無(wú)線影音傳輸、FPV無(wú)人機(jī)圖傳、玩具飛機(jī)圖傳,4.3寸、7寸顯示屏驅(qū)動(dòng),無(wú)線數(shù)字車(chē)載、行車(chē)記錄儀、LCD驅(qū)動(dòng)板、UHF、WIFI圖傳等無(wú)線影音傳輸方案的軟、硬件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與服務(wù)商。引領(lǐng)無(wú)限影音安防電子產(chǎn)品新潮流,無(wú)線創(chuàng)意無(wú)線圖傳助您在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī),盡顯優(yōu)勢(shì)!
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