2.4GHz全高清圖像傳輸系統

　　如果說(shuō)中國無(wú)人機制造商大疆創(chuàng )新的巨大估值和營(yíng)收說(shuō)明了什么，那就是無(wú)人機正日益變成一樁大生意。無(wú)人機現在已經(jīng)引來(lái)眾多資本競相追逐，除此之外，各大半導體公司也都加快速度布局這一千億級的市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)適合無(wú)人機應用的創(chuàng )新產(chǎn)品和技術(shù)。某知名無(wú)人機產(chǎn)品硬件供應商之一，世強的技術(shù)專(zhuān)家將在這一系列文章中獨家闡述先進(jìn)的無(wú)人機產(chǎn)品內部的硬件電路設計和相關(guān)方案技術(shù)。

　　當我們把目前主流的無(wú)人機的內部電路板拆解開(kāi)來(lái)后，您會(huì )發(fā)現無(wú)人機的電路控制系統主要由三大部分組成：飛控系統、云臺+相機、圖像傳輸系統。而我們的這一無(wú)人機電路系統系列的三篇文章也將分別對應這三個(gè)部分。

　　無(wú)人機能夠一躍進(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)人機的圖傳實(shí)現技術(shù)。

　　2.4GHz全高清無(wú)人機圖傳系統是主流

　　在無(wú)人機的視頻傳輸方面，高配的圖傳系統已經(jīng)可實(shí)現5km/1080P 30fps傳輸，但這是眾多國內娛樂(lè )無(wú)人機廠(chǎng)商還沒(méi)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(shí)看到拍攝畫(huà)面，所以還不能滿(mǎn)足航拍的要求。

　　“當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)轉碼成 720P，再轉成數字信號傳輸到遙控器顯示屏上，技術(shù)上也較復雜，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 )。” 世強產(chǎn)品總監陽(yáng)忠介紹說(shuō)。

　　2.4GHz是目前無(wú)人機市場(chǎng)比較主流采用的頻段。在大疆最新發(fā)布的Phantom 3上，就搭載了備受好評的DJI Lightbridg全高清數字圖像傳輸系統，其內置了 2.4G 遙控鏈路，其高配方案實(shí)測有效傳輸距離高達5km，標配也達到了1.7Km。“圖像傳輸系統的性能是區分無(wú)人機檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。圖像傳輸距離的遠近，圖像傳輸質(zhì)量的好壞，圖像傳輸的穩定性等是衡量無(wú)人機圖傳性能的關(guān)鍵因素。”陽(yáng)忠說(shuō)。

　　簡(jiǎn)而言之，無(wú)人機圖像傳輸系統就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩定的發(fā)射給地面無(wú)線(xiàn)圖傳遙控接收設備。圖像傳輸的實(shí)時(shí)性、穩定性是關(guān)鍵。如下圖4所示為目前主流的無(wú)人機遙控器/高清圖傳線(xiàn)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)人機圖傳系統的核心器件——2.4GHz傳輸器

　　2.4GHz傳輸器是無(wú)人機圖傳系統的核心器件。雖然433MHz頻段穿透性強，通訊距離遠，可以最遠傳輸達2 公里，但由于其抗干擾能力弱，遙控無(wú)人機或飛行器上都不太采用。目前專(zhuān)業(yè)WiFi芯片廠(chǎng)商(包括博通與高通)都還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出這種遠距離無(wú)線(xiàn)高清視頻傳輸的芯片。但是無(wú)人機市場(chǎng)如此火熱，無(wú)線(xiàn)芯片廠(chǎng)商已經(jīng)在著(zhù)手計劃推出專(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)現遠距離高帶寬的無(wú)線(xiàn)視頻傳輸。應用于無(wú)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(jìn)的信道管理能力。世強代理的賽普拉斯(Cypress)2.4-GHz單芯片無(wú)線(xiàn)電收發(fā)器Wireless USB已經(jīng)開(kāi)始用于無(wú)人機上，在控制信號傳輸和視頻傳輸上均有成功應用。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的數據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，相比競爭對手，可提供更高集成度和最佳性?xún)r(jià)比。

　　當然，與2.4GHz收發(fā)器配合使用的板材選擇也非常重要。“射頻電路設計一直是系統設計中的難點(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，應用在無(wú)人機的圖像傳輸系統中。例如，RO4350已經(jīng)成功應用到了國內某知名廠(chǎng)商的無(wú)人機圖傳系統中。” 陽(yáng)忠特別告知說(shuō)。

　　高性能的PA/LNA/ FILTER IC確保遠距離傳輸、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。據悉，世強代理的Avago一系列PA/LNA/ FILTER IC已經(jīng)廣泛應用于無(wú)人機圖傳系統中。這些器件包括：MGA-22003、MGA-64606、MGA-675T6、MGA-25203、MGA-412P8、ACFF-1024、ALM-1912等。

　　MGA-22003線(xiàn)性功率放大器模塊是確保圖像能遠距離傳輸的關(guān)鍵器件，在任何負荷或條件下都可保持穩定，而且其3x3 毫米的封裝非常適合無(wú)人機空間受限的應用。

　　而面向2.4GHz頻段應用設計的微型化帶通濾波器ACFF-1024則非常適合應用在無(wú)人機圖傳系統中以去除外部干擾。它可以解決 WiFi/Bluetooth和其他無(wú)線(xiàn)通訊標準同時(shí)運行的問(wèn)題，不會(huì )因相鄰無(wú)線(xiàn)射頻干擾影響性能。

　　經(jīng)濟實(shí)惠、易于使用的 GaAs MMIC低噪聲放大器 (LNA) MGA-64606也是眾多無(wú)人機產(chǎn)品優(yōu)選的器件。“MGA-64606 通過(guò)采用 Avago專(zhuān)有的 0.25um GaAs 增強模式 pHEMT 工藝，來(lái)達到低噪聲系數和高線(xiàn)性的特點(diǎn)。能夠提高無(wú)人機圖傳系統的整個(gè)接受信號靈敏度。”陽(yáng)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(shí)繞過(guò)。這項特性可以減少電流消耗，延長(cháng)設備的電池壽命，對于無(wú)人機來(lái)說(shuō)是非常有意義的。”

　　小占用面積、小尺寸、內嵌功率偵測電路、電源關(guān)閉功能以及絕佳的功率效率使得無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) (WLAN) 功率放大器MGA-412P8 成為移動(dòng) IEEE 802.11b g WLAN 應用的理想選擇。它在 3% EVM 54Mbps 數據傳輸率 (OFDM 調制) 時(shí)，線(xiàn)性輸出功率為 19.0 dBm，在 11Mbps (CCCK 調制) 時(shí)，線(xiàn)性輸出功率為 23dBm。而在某些5.8GHz圖傳系統中，諸如MGA-675T6 LNA和MGA-25203 PA等也是完全可以滿(mǎn)足性能需求的。

　　滿(mǎn)足無(wú)人機苛刻工作環(huán)境的電源和晶體振蕩器

　　電源和晶體振蕩器為電路系統提供動(dòng)力和時(shí)鐘參考。而無(wú)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(wú)人機圖傳系統中，還必須具有高的紋波抑制比。世強代理的LDO電壓調節器非常適合應用在無(wú)人機接收端的遙控器中，而且世強還能為客戶(hù)提供從電源到電池保護的整體方案，幫助客戶(hù)選型。

　　另一方面，由于飛行器的應用場(chǎng)景一般都是戶(hù)外，客戶(hù)勢必會(huì )做全溫范圍內的溫度補償，目前晶體振蕩器行業(yè)里比較領(lǐng)先的是EPSON(愛(ài)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(mǎn)足無(wú)人機工作場(chǎng)景的環(huán)境要求。

　　豐富的資源全面支持無(wú)人機項目設計

　　“作為國內某知名無(wú)人機廠(chǎng)商的硬件供應商之一，世強除了能夠提供給客戶(hù)高性?xún)r(jià)比的全信號鏈產(chǎn)品方案之外，更能在客戶(hù)項目的開(kāi)始階段就深入做技術(shù)支持，我們能夠根據客戶(hù)新的項目特點(diǎn)推薦新的器件，給出建議，和客戶(hù)項目工程師深入交流。”陽(yáng)忠指出，“特別的，在無(wú)人機圖傳系統的射頻技術(shù)方面，我們有專(zhuān)門(mén)的射頻實(shí)驗室可以提供給客戶(hù)免費使用，更有工作十幾年、擁有豐富經(jīng)驗的RF工程師解決您的技術(shù)難題。”

　　小結：

　　盡管現在的無(wú)人機市場(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(cháng)的階段。在大疆之后，更多的企業(yè)進(jìn)入了這一高速成長(cháng)的市場(chǎng)。出貨量從以前的百K級以?xún)仍鲩L(cháng)到現在的百K/年，相比以前已經(jīng)有10倍的增長(cháng)。不過(guò)，續航時(shí)間、載重能力仍然是現在無(wú)人機廠(chǎng)商需要面對的挑戰。但可以預見(jiàn)，無(wú)人機市場(chǎng)的潛力仍然巨大，前途依舊不可估量。