無人機在2015近一年來已經(jīng)引來眾多資本競相追逐，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的市場，開發(fā)適合無人機應(yīng)用的創(chuàng)新產(chǎn)品和技術(shù)。

　　從現(xiàn)有無人機的整機設(shè)計來分析，目前主流的無人機電路控制系統(tǒng)主要由三大部分組成：飛控系統(tǒng)、云臺+相機、圖像傳輸系統(tǒng)。

　　而我們的這一無人機電路系統(tǒng)系列的三篇文章也將分別對應(yīng)這三個部分。

    無人機整機設(shè)計：2.4GHz圖傳鏈路解密 

　　圖1.FPV無人機的內(nèi)部電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　無人機能夠一躍進入大眾視野并迅速升溫，是很多人始料未及的。從剛開始的空中攝錄，到后來的實時攝錄，方便的圖像傳輸功能無疑為無人機加足了籌碼，賺足了眼球。本篇文章中，作者將為您分析無人機的圖傳實現(xiàn)技術(shù)。

　　在無人機的視頻傳輸方面，高配的圖傳系統(tǒng)已經(jīng)可實現(xiàn)5km/1080P30fps傳輸，但這是眾多國內(nèi)娛樂無人機廠商還沒有做到的。一般的做法是在云臺搭載相機，高空拍攝再飛回地面檢查。這種方式由于不能即時看到拍攝畫面，所以還不能滿足航拍的要求。

　　“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)字信號傳輸?shù)竭b控器顯示屏上，技術(shù)上也較復(fù)雜，并且畫面會有馬賽克、停頓或卡死。畫面質(zhì)量也不夠好，用到專業(yè)航拍還有距離，適合普通愛好者娛樂。”世強產(chǎn)品總監(jiān)陽忠介紹說。

　　2.4GHz是目前無人機市場比較主流采用的頻段。在大疆最新發(fā)布的Phantom3上，就搭載了備受好評的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，其高配方案實測有效傳輸距離高達5km，標(biāo)配也達到了1.7Km。“圖像傳輸系統(tǒng)的性能是區(qū)分無人機檔次的一個關(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)定性等是衡量無人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。”陽忠說。

　　簡而言之，無人機圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無人機所拍攝的畫面實時穩(wěn)定的發(fā)射給地面無線圖傳遙控接收設(shè)備。圖像傳輸?shù)膶崟r性、穩(wěn)定性是關(guān)鍵。如下圖2所示為目前主流的無人機遙控器/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。

無人機整機設(shè)計：2.4GHz圖傳鏈路解密 

　　圖2.無人機遙控器/高清圖傳線路框圖

　　(2)無人機圖傳系統(tǒng)的核心器件——2.4GHz傳輸器

　　2.4GHz傳輸器是無人機圖傳系統(tǒng)的核心器件。雖然433MHz頻段穿透性強，通訊距離遠(yuǎn)，可以最遠(yuǎn)傳輸達2公里，但由于其抗干擾能力弱，遙控?zé)o人機或飛行器上都不太采用。目前專業(yè)WiFi芯片廠商(包括博通與高通)都還沒有開發(fā)出這種遠(yuǎn)距離無線高清視頻傳輸?shù)男酒?。但是無人機市場如此火熱，無線芯片廠商已經(jīng)在著手計劃推出專用芯片。未來我們也許會看到能同時與控制器和顯示器建立鏈路的雙模芯片組。

　　但在專用芯片推出之前，RF工程師可以通過分立器件去實現(xiàn)遠(yuǎn)距離高帶寬的無線視頻傳輸。應(yīng)用于無人機上的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的信道管理能力。世強代理的賽普拉斯(Cypress)2.4GHz單芯片無線電收發(fā)器WirelessUSB已經(jīng)開始用于無人機上，在控制信號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WirelessUSBNX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)送和接收時間。在2.4GHzISM頻段下，相比競爭對手，可提供更高集成度和最佳性價比。

　　當(dāng)然，與2.4GHz收發(fā)器配合使用的板材選擇也非常重要。“射頻電路設(shè)計一直是系統(tǒng)設(shè)計中的難點，這除了需要高接收靈敏度的射頻收發(fā)器外，還需要專業(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)用在無人機的圖像傳輸系統(tǒng)中。例如，RO4350已經(jīng)成功應(yīng)用到了國內(nèi)某知名廠商的無人機圖傳系統(tǒng)中。”陽忠特別告知說。

　　在與2.4GHz的傳輸器IC的配合中，高性能的PA/LNA/FILTERIC也是必不可少的。據(jù)悉，世強代理的Avago一系列PA/LNA/FILTERIC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于無人機圖傳系統(tǒng)中。這些器件包括：MGA-22003、MGA-64606、MGA-675T6、MGA-25203、MGA-412P8、ACFF-1024、ALM-1912等。

　　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人機空間受限的應(yīng)用。

　　而面向2.4GHz頻段應(yīng)用設(shè)計的微型化帶通濾波器ACFF-1024則非常適合應(yīng)用在無人機圖傳系統(tǒng)中以去除外部干擾。它可以解決WiFi/Bluetooth和其他無線通訊標(biāo)準(zhǔn)同時運行的問題，不會因相鄰無線射頻干擾影響性能。

　　經(jīng)濟實惠、易于使用的GaAsMMIC低噪聲放大器(LNA)MGA-64606也是眾多無人機產(chǎn)品優(yōu)選的器件。“MGA-64606通過采用Avago專有的0.25umGaAs增強模式pHEMT工藝，來達到低噪聲系數(shù)和高線性的特點。能夠提高無人機圖傳系統(tǒng)的整個接受信號靈敏度。”陽忠指出。“關(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功率較高時繞過。這項特性可以減少電流消耗，延長設(shè)備的電池壽命，對于無人機來說是非常有意義的。”

　　小占用面積、小尺寸、內(nèi)嵌功率偵測電路、電源關(guān)閉功能以及絕佳的功率效率使得無線局域網(wǎng)(WLAN)功率放大器MGA-412P8成為移動IEEE802.11bgWLAN應(yīng)用的理想選擇。它在3%EVM54Mbps數(shù)據(jù)傳輸率(OFDM調(diào)制)時，線性輸出功率為19.0dBm，在11Mbps(CCCK調(diào)制)時，線性輸出功率為23dBm。而在某些5.8GHz圖傳系統(tǒng)中，諸如MGA-675T6LNA和MGA-25203PA等也是完全可以滿足性能需求的。

　　電源和晶體振蕩器為電路系統(tǒng)提供動力和時鐘參考。而無人機對電源的要求十分苛刻，除了要確保低功耗高效率外，在無人機圖傳系統(tǒng)中，還必須具有高的紋波抑制比。世強代理的LDO電壓調(diào)節(jié)器非常適合應(yīng)用在無人機接收端的遙控器中，而且世強還能為客戶提供從電源到電池保護的整體方案，幫助客戶選型。

　　另一方面，由于飛行器的應(yīng)用場景一般都是戶外，客戶勢必會做全溫范圍內(nèi)的溫度補償，目前晶體振蕩器行業(yè)里比較領(lǐng)先的是EPSON(愛普生)的高精度溫補晶振(TCXO)技術(shù)，其精度高達2ppm，完全能夠滿足無人機工作場景的環(huán)境要求。

無人機整機設(shè)計：2.4GHz圖傳鏈路解密 

　　圖3.世強射頻實驗室工作臺

　　
小結(jié)：

　　盡管現(xiàn)在的無人機市場還處于消費級階段，不過自2014年已經(jīng)開始了爆發(fā)式增長的階段。在大疆零度之后，更多的企業(yè)進入了這一高速成長的市場。出貨量從以前的百K級以內(nèi)增長到現(xiàn)在的百K/年，相比以前已經(jīng)有10倍的增長。不過，續(xù)航時間、載重能力仍然是現(xiàn)在無人機廠商需要面對的挑戰(zhàn)。但可以預(yù)見，無人機市場的潛力仍然巨大，前途依舊不可估量。

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     應(yīng)用領(lǐng)域：新能源汽車電子、智能機器人、無人機、醫(yī)療電子、2.4G無線通訊、微波通信、光網(wǎng)絡(luò)通訊、藍(lán)牙、移動終端、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、及安防行業(yè)都取得一定的市場占有率。
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