解密无人机设计：如何实现无线图像传输？斑斓航空

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解密无人机设计:如何实现无线图像传输？斑斓航空
如果说中国无人机制造商DJI创新的巨大估值和收入能说明什么的话，那就是无人机正日益成为一项大生意。现在，无人机已经吸引了很多资本相互追逐。此外，各大半导体公司也加快了这一千亿级市场的布局，开发了适合无人机应用的创新产品和技术。作为无人机产品的知名硬件供应商之一，世强的技术专家将在本系列文章中独家讲解先进无人机产品的内部硬件电路设计及相关方案技术。
当我们拆解目前主流无人机的内部电路板时，会发现无人机的电路控制系统主要由飞控系统、云台+摄像头和图像传输系统三部分组成。
无人机能跳入大众视野，迅速升温，这是很多人意想不到的。从开始的航拍视频录制到后来的实时视频录制，便捷的图像传输功能无疑给无人机增加了足够的芯片，赚足了眼球。在第一篇文章中，笔者将为大家分析无人机的图像传输技术。
2.4GHz全高清无人机图像传输系统是主流。
在无人机的视频传输方面，高质量的无线图像传输系统已经可以实现5公里/1080P 30fps的传输，但这一点国内很多娱乐无人机厂商还没有做到。一般的做法是在云台里装一个摄像头，高空拍摄，然后飞回地面检查。这种方法不能满足航空摄影的要求，因为它不能立即看到拍摄的画面。

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“当然，目前使用5.8GHz频段向地面传输模拟视频的方案很多，最远距离可达600米以上。但这种方法需要在飞机上将高清(1080P或4K)转码为720P，再转换成数字信号传输到遥控器的显示屏上，技术复杂，画面会出现马赛克、停顿或卡顿等情况。画质不够好，使用专业航拍还有一段距离，适合普通爱好者娱乐。”世强产品总监杨忠说。
2.4GHz是目前无人机市场使用的主流频段。最近在DJI发布的幻影3搭载了备受好评的DJI Lightbridg全高清数字影像传输系统，内置2.4G遥控链路，其高配方案实测有效传输距离高达5公里，标准为1.7公里”影像传输系统的性能是区分无人机档次的关键因素。图像传输距离、图像传输质量和图像传输稳定性是衡量无人机图像传输性能的关键因素。
简而言之，无人机图像传输系统就是将空中飞行的无人机拍摄的图像实时稳定地传输给地面无线遥控接收设备。图像传输的实时性和稳定性是关键。下图4为目前主流无人机遥控/高清图像传输线的框图。其组件主要由发射器、接收器和显示器组成。
——无人机图像传输系统的核心设备——2.4GHz发射机
2.4GHz发射机是无人机图像传输系统的核心器件。433MHz频段虽然穿透性强，通信距离远，最远可传输2公里，但由于抗干扰能力弱，在遥控无人机或飞机上应用并不广泛。目前，专业的WiFi芯片厂商(包括博通、高通)还没有研发出这样一款用于远距离无线高清视频传输的芯片。但无人机市场如此火爆，以至于无线芯片制造商已经在计划推出专用芯片。在未来，我们可能会看到一个双模芯片组，它可以与控制器和显示器建立链接。
但在专用芯片推出之前，射频工程师可以通过分立器件实现远距离、高带宽的无线视频传输。无人机使用的2.4GHz发射机IC必须具有高接收灵敏度、低功耗、小尺寸和各种先进的信道管理能力。以世强为代表的赛普拉斯(Cypress)2.4 GHz单片无线电收发机Wireless USB已经在无人机上得到应用，并成功用于控制信号传输和视频传输。赛普拉斯最新的第四代Wireless USB NX收发器不仅继承了一贯卓越的超低功耗性能特点，而且其2Mbps的数据速率可以最大限度地减少发送和接收时间。在2.4GHz ISM频段，与竞争对手相比，它可以提供更高的集成度和最佳的性价比。

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当然，选择2.4GHz收发器所用的板也非常重要。“射频电路设计一直是系统设计中的难点，不仅需要接收灵敏度高的射频收发器，还需要专业的高性能微波板与之配合。以我们为代表的罗杰斯高性能微波板特别适合与2.4GHz收发机配合使用，应用在无人机的图像传输系统中。高性能功放/LNA/滤波集成电路，确保远距离传输和抗干扰。配合2.4GHz发射机IC，高性能PA/LNA/滤波器IC也是必不可少的。MGA-22003线性功率放大器模块是保证图像远距离传输的关键器件，可以在任何负载或条件下保持稳定，其3x3mm封装非常适合无人机的空间受限应用。
为2.4GHz频段应用而设计的小型化带通滤波器ACFF-1024非常适合无人机图像传输系统去除外界干扰。可以解决WiFi/蓝牙等无线通信标准同时运行的问题，性能不会受到相邻射频干扰的影响。
价格实惠且易于使用的GaAs MMIC低噪声放大器(LNA) MGA-64606也是许多无人机产品的首选设备。它可以提高无人机图像传输系统的整体接收信号灵敏度。”杨忠指出。”关键是它还具有可切换的关断和旁路功能，因此在输入信号功率较高时可以旁路。这个特性可以降低电流消耗，延长设备的电池寿命，对于无人机来说非常有意义。"
小占地面积、小尺寸、嵌入式电源检测电路、断电功能和出色的电源效率使无线局域网(WLAN)功率放大器MGA-412P8成为移动IEEE 802.11b g WLAN应用的理想选择。在3% EVM 54兆位/秒数据传输速率(正交频分复用调制)下，线性输出功率为19.0 dBm，在11兆位/秒(CCCK调制)下，线性输出功率为23dBm。在一些5.8千兆赫的图像传输系统中，如MGA-675T6 LNA和MGA-25203 PA，性能要求完全可以满足。
然而，无人机对电源的要求非常严格。无人机的图像传输系统除了要保证低功耗和高效率外，还必须有很高的纹波抑制比。以世强为代表的LDO调压器非常适合在无人机接收机的远程控制中应用，世强还可以为客户提供从供电到电池保护的整体方案，帮助客户选择型号。
另一方面，由于飞机的应用场景一般在室外，客户势必要在全温度范围内进行温度补偿。目前晶体振荡器行业领先的是EPSON的高精度温度补偿晶体振荡器(TCXO)技术，精度高达2pm，完全可以满足无人机工作场景的环境要求。
总结:
虽然目前的无人机市场还比较小，但从2014年开始已经开始了爆发式增长的阶段。继DJI之后，越来越多的企业进入了这个快速增长的市场。出货量从之前的100-K级增长到现在的100-K/年，已经是之前的10倍。然而，电池寿命和负载能力仍然是无人机制造商现在需要面对的挑战。但可以预见，无人机市场潜力依然巨大，未来仍不可估量。

天津斑斓航空科技有限公司，成立于2016年，成立之初是做华为企业网业务的代理商，原名天津瑞鼎创展科技有限公司。2019年公司由九个怀有飞之梦想的人组成团队转型研发电动垂直起降飞行器，致力于自主研发电动垂直起降载人飞行器，为高效的低空出行提供解决方案。