Репост из: FPV COVENANT
Как мы давим помехи в воздушном ретрансляторе: феррит, фильтр питания и полосовик.
Когда на одной платформе соседствуют чувствительный приёмник, передатчик на сотни милливатт и шумящие силовые цепи носителя, дисциплина по ЭМС — вопрос работоспособности всей системы. Сегодня дособрали и обвязали фильтрацией воздушный ретранслятор на базе DJI Matrice: принимает аналоговое FPV-видео на 5.8 ГГц, ретранслирует оператору на 1.2 ГГц. На узле сыграли три элемента подавления, каждый со своим типом помех — и без любого из них вся конструкция теряет смысл.
Феррит на проводах питания передатчика — первая линия обороны. Оба провода, и плюс, и минус, пропущены через одно окно ферритовой защёлки одной петлёй. Это common-mode дроссель против синфазных ВЧ-токов — тех, что одинаково текут по плюсу и минусу относительно «земли». Эти токи виноваты в «шумящей земле», когда блок передатчика излучает через собственные питающие провода как через антенну. Феррит создаёт высокий импеданс для синфазного сигнала и не мешает дифференциальному току питания. Заодно давит наводки от ESC и моторов носителя в обратном направлении (актуально, когда питание ретранслятора берём от DJI).
Дальше — LC π-фильтр питания от AnalogovNet. Если феррит ловит синфазные токи, то LC давит дифференциальные пульсации между плюсом и минусом — от импульсного BEC, от ESC, от собственного потребления передатчика. Топология классическая: конденсатор — дроссель 10 мкГн — конденсатор. Пропускает постоянное напряжение почти без потерь, отрезает всё выше единиц-десятков килогерц. После пайки модуль ушёл в прозрачную изоляционную плёнку, чтобы контактные площадки не закоротили на алюминиевый радиатор передатчика.
Феррит и LC работают только вместе. Феррит без LC пропускает рипплы BEC и шум моторов. LC без феррита пропускает синфазные ВЧ-токи, которые превращаются в излучение из питающих проводов. Вместе они закрывают спектр от десятков килогерц до сотен мегагерц.
Третий элемент — полосовой фильтр AnalogovNet на радиочастотном выходе передатчика. Передатчик на 1.2 ГГц выдаёт не чистую несущую, а несущую плюс гармоники. Самая опасная — вторая, она ложится в район 2.4 ГГц. А на 2.4 ГГц работает штатный канал управления и видеолинии Matrice — OcuSync. Если эта гармоника попадёт во входной каскад приёмника носителя — Matrice потеряет связь с пультом ровно в момент включения ретранслятора.
Полосовик выполнен на печатной плате по схеме interdigital — связанные четвертьволновые резонаторы пропускают узкую полосу и резко давят всё снаружи. Производитель дал S21: реальный центр полосы около 1350 МГц, ширина по уровню -3 дБ — 430 МГц, потери в центре 0,7 дБ. На нашем канале 1245 МГц потери около 1,2 дБ — приемлемо. В зоне 2.4 ГГц фильтр даёт около 40 дБ подавления. Вторая гармоника, существующая на выходе передатчика с уровнем -15…-20 дБн, после фильтра становится слабее основного сигнала в десятки тысяч раз.
Это подтвердилось практикой. Прогнали стенд через портативный анализатор спектра от 100 МГц до 5,5 ГГц: несущая на 1244 МГц видна чётко, в зоне второй гармоники на 2490 МГц нет ничего — утоплена ниже шумового пола прибора. Проектная угроза, способная сорвать миссию, снята экспериментально.
Запас по мощности тоже измерили. Инженеры AnalogovNet прогнали фильтр через стресс-тест на 4,36 Вт (с учётом аттенюатора 30 дБ на выходе фильтра было ~+36,4 дБм) — без деградации. Наш передатчик ограничен 400 мВт, запас почти в одиннадцать раз. Это даёт уверенность и в надёжности на текущей сборке, и в возможности апгрейда без замены RF-тракта.
В итоге на питающей цепи — пара феррит + LC, закрывающая электрические помехи в обе стороны. На радиочастотном выходе — полосовик, превращающий грязный сигнал бюджетного передатчика в чистую несущую без боковых излучений. Каждый элемент отвечает за свой тип помех, и пропуск любого означает либо потерю управления носителем, либо плохую картинку у оператора, либо ускоренную смерть передатчика.
Когда на одной платформе соседствуют чувствительный приёмник, передатчик на сотни милливатт и шумящие силовые цепи носителя, дисциплина по ЭМС — вопрос работоспособности всей системы. Сегодня дособрали и обвязали фильтрацией воздушный ретранслятор на базе DJI Matrice: принимает аналоговое FPV-видео на 5.8 ГГц, ретранслирует оператору на 1.2 ГГц. На узле сыграли три элемента подавления, каждый со своим типом помех — и без любого из них вся конструкция теряет смысл.
Феррит на проводах питания передатчика — первая линия обороны. Оба провода, и плюс, и минус, пропущены через одно окно ферритовой защёлки одной петлёй. Это common-mode дроссель против синфазных ВЧ-токов — тех, что одинаково текут по плюсу и минусу относительно «земли». Эти токи виноваты в «шумящей земле», когда блок передатчика излучает через собственные питающие провода как через антенну. Феррит создаёт высокий импеданс для синфазного сигнала и не мешает дифференциальному току питания. Заодно давит наводки от ESC и моторов носителя в обратном направлении (актуально, когда питание ретранслятора берём от DJI).
Дальше — LC π-фильтр питания от AnalogovNet. Если феррит ловит синфазные токи, то LC давит дифференциальные пульсации между плюсом и минусом — от импульсного BEC, от ESC, от собственного потребления передатчика. Топология классическая: конденсатор — дроссель 10 мкГн — конденсатор. Пропускает постоянное напряжение почти без потерь, отрезает всё выше единиц-десятков килогерц. После пайки модуль ушёл в прозрачную изоляционную плёнку, чтобы контактные площадки не закоротили на алюминиевый радиатор передатчика.
Феррит и LC работают только вместе. Феррит без LC пропускает рипплы BEC и шум моторов. LC без феррита пропускает синфазные ВЧ-токи, которые превращаются в излучение из питающих проводов. Вместе они закрывают спектр от десятков килогерц до сотен мегагерц.
Третий элемент — полосовой фильтр AnalogovNet на радиочастотном выходе передатчика. Передатчик на 1.2 ГГц выдаёт не чистую несущую, а несущую плюс гармоники. Самая опасная — вторая, она ложится в район 2.4 ГГц. А на 2.4 ГГц работает штатный канал управления и видеолинии Matrice — OcuSync. Если эта гармоника попадёт во входной каскад приёмника носителя — Matrice потеряет связь с пультом ровно в момент включения ретранслятора.
Полосовик выполнен на печатной плате по схеме interdigital — связанные четвертьволновые резонаторы пропускают узкую полосу и резко давят всё снаружи. Производитель дал S21: реальный центр полосы около 1350 МГц, ширина по уровню -3 дБ — 430 МГц, потери в центре 0,7 дБ. На нашем канале 1245 МГц потери около 1,2 дБ — приемлемо. В зоне 2.4 ГГц фильтр даёт около 40 дБ подавления. Вторая гармоника, существующая на выходе передатчика с уровнем -15…-20 дБн, после фильтра становится слабее основного сигнала в десятки тысяч раз.
Это подтвердилось практикой. Прогнали стенд через портативный анализатор спектра от 100 МГц до 5,5 ГГц: несущая на 1244 МГц видна чётко, в зоне второй гармоники на 2490 МГц нет ничего — утоплена ниже шумового пола прибора. Проектная угроза, способная сорвать миссию, снята экспериментально.
Запас по мощности тоже измерили. Инженеры AnalogovNet прогнали фильтр через стресс-тест на 4,36 Вт (с учётом аттенюатора 30 дБ на выходе фильтра было ~+36,4 дБм) — без деградации. Наш передатчик ограничен 400 мВт, запас почти в одиннадцать раз. Это даёт уверенность и в надёжности на текущей сборке, и в возможности апгрейда без замены RF-тракта.
В итоге на питающей цепи — пара феррит + LC, закрывающая электрические помехи в обе стороны. На радиочастотном выходе — полосовик, превращающий грязный сигнал бюджетного передатчика в чистую несущую без боковых излучений. Каждый элемент отвечает за свой тип помех, и пропуск любого означает либо потерю управления носителем, либо плохую картинку у оператора, либо ускоренную смерть передатчика.