【ドローン入門】ドローンをコントロールする電波の伝わり方とは
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ドローンはプロポから発する電波によってコントロールされています。

 

プロポからドローンへはどのように電波は伝わっているのでしょうか。

 

電波は電磁波の分類のひとつとして扱われていますが

身近にはその他にもいろいろな電磁波が飛び交っています。

 

ドローンが電波障害にならないように

電波の理解を深めることはとても大切ですね。

 

プロポからドローンをコントロールしている電波の伝わり方をきちんと理解しましょう。

 

 

 

 

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電磁波の基礎知識

 

電磁波とは電解(電気)と磁界(磁気)が

相互に繰り返し、その両方の性質をもって空間を伝達する波のことです。

 

 

 

電磁波の伝わり方

電磁波は水面に生じる波のような性質を持っています。

 

HITHUJI
電磁波は、波の波紋のように伝わっていくことを覚えておきましょう!

 

電磁波は

波が連続して発生しているものであり

連続する波から次の波までのことを波長といいます。

 

電磁波の単位は周波数Hz(ヘルツ)

また、1秒間に波長の回数のことを周波数といい単位はHz(ヘルツ)です。

 

 

1秒間に10回の波長が繰り返されれば10Hzということになります。

 

電磁波のエネルギーは波長の長さと反比例しており

波長が短い=周波数が高いとエネルギーも大きくなります。

 

 

電磁波の種類

電磁波は周波数によって大きく性質が異なるため、周波数によって分類されています。

 

HITHUJI
電波とは、電磁波の種類のひとつですよ。

 

 

 

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電波とは

 

電波は電磁波の一種で、分類は周波数によって分けられています。

 

電波は電磁波の中でも低い周波数帯である3THz以下のものを電波と定義されています。

 

⭐電波は3KHz~3THz、波長は0.1mm~100㎞の周波数帯域として扱われます。

 (参照:総務省 周波数帯ごとの主な用途と電波の特徴)

 

 

 

 

電波の種類と特徴

 

電波の種類 周波数帯 波長 特徴
VLF極超長波 3~30kHz 100km~10km 超長波は、10~100kmの非常に長い波長を持ち、地表面に沿って伝わり低い山をも越えることができます。また、水中でも伝わるため、海底探査にも応用できます。
LF長波 30~300kHz 10km~1km 非常に遠くまで伝わることができます。1930年頃まで電信用として利用されていましたが、大規模なアンテナと送信設備が必要という欠点と、短波通信の発展により、電信用にはあまり用いられなくなっています。長波の一部は、ヨーロッパやアフリカ等でラジオ放送に使われているほか、日本では船舶や航空機の航行用ビーコン及び電波時計などに時間と周波数標準を知らせるための標準周波数局に利用されています。
MF中波 300~3000kHz 1km~100m 約100kmの高度に形成される電離層のE層に反射して伝わることができます。

電波の伝わり方が安定していて遠距離まで届くことから、主にAMラジオ放送用として利用されています。送信機や送信アンテナは大規模なものが必要ですが、受信機は簡単なもので済む利点があります。

HF短波 3~30MHz 100m~10m 約200~400kmの高度に形成される電離層のF層に反射して、地表との反射を繰り返しながら地球の裏側まで伝わっていくことができます。

長距離の通信が簡単に行えることから、現在でも、遠洋の船舶通信、国際線航空機用の通信、国際放送及びアマチュア無線に広く利用され、今後も需要が続く見込みです

VHF超短波 30~300MHz 10m~1m 直進性があり、電離層で反射しにくい性質もあります、山や建物の陰にもある程度回り込んで伝わることができます。

短波に比べて多くの情報を伝えることが出来るため、FMラジオ放送用や多種多様な業務用移動通信に幅広く利用されています。

UHF極超短波 300~3000MHz 1m~100mm 超短波に比べて直進性が更に強くなりますが、多少の山や建物の陰には回り込んで伝わることもできます。

伝送できる情報量が大きく、小型のアンテナと送受信設備で通信できることから、携帯電話や業務用無線を初めとした多種多様な移動通信システムを中心に、地上デジタルTV、空港監視レーダーや電子タグ、電子レンジ等に幅広く利用されています。

SHFセンチメートル波 3~30GHz 10㎝~1㎝ 直進性が強い性質を持つため、特定の方向に向けて発射するのに適しています。

伝送できる情報量が非常に大きいことから、主に放送の送信所間を結ぶ固定の中継回線、衛星通信、衛星放送や無線LANに利用されています。

この他、レーダーもマイクロ波の直進性を活用した利用システムのひとつで、気象レーダーや船舶用レーダー等に利用されています。

EHFミリ波 30~300GHz 10mm~1mm ミリ波の波長は、1mm~10mmと非常に短く、マイクロ波と同様に強い直進性があり、非常に大きな情報量を伝送することができますが、悪天候時には雨や霧による影響を強く受けてあまり遠くへ伝わることができません。

このため、比較的短距離の無線アクセス通信や画像伝送システム、簡易無線、自動車衝突防止レーダー等に利用されている他、電波望遠鏡による天文観測が行われています。

なお、低い周波数帯と比較してあまり利用が進んでいないことから、大容量・長距離の伝送を可能とする技術や無線装置の小型化・低価格化等、利用促進に向けた技術の研究開発が行われているところです。

テラヘルツ波・サブミリ波 300GHz以上 1mm以下 サブミリ波の波長は、0.1mm~1mmで、光に近い性質を持った電波です。

現在の技術では巨大な無線設備が必要で、また水蒸気による吸収が大きいという性質があるため、通信用としてはほとんど利用されていませんが、一方では、ミリ波と同様に電波望遠鏡による天文観測が行われています。

この周波数帯についても、無線通信技術の発達による今後の利用拡大が期待されています。

 

HITHUJI
普段、これだけもの電波がいつも飛び交っているいるんですよね!
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電波の伝わり方

(参照:IOT技術情報サイト Tech Web 無線通信の基礎)

プロポから発信された電波は、ドローン機体までどのように伝わっているのか理解しましょう。

 

  • プロポから発せられた電波は

ドローンまで伝わっていく過程にある障害物によって

影響(反射・透過、回折、干渉など)を受け変化してしまいます。

 

直進

電波が進む方向へ障害物がなければ、電波はまっすぐに進みます。

 

 

 反射と透過

金属板・コンクリート・地面・水面などの電気を通しやすい

異なる2つの媒質の境界に電波が入射すると電波入射角と同じ角度で反射します。

 

また電気が通りにくい媒質である

木・ガラス・プラスチック・紙などでは透過する特徴があります。

 

 

 

回折

電波は裏側にも回り込みます。

 

回析は周波数が高くなるにつれて少なくなりますので、周波数が少なくなるほど回り込みます。

 

 

 

干渉

同じ周波数の電波が2つ重なると

電波を強めあったり弱めあったりする性質があります。

 

 

 

 

プロポからドローンへの電波の伝わり方

 

  • 一般的に障害物がない場合、電波の伝わり方は直進します。

 

Sonちゃん
しかし、これまでの操縦経験で、障害物がない場合でも、プロポから真上や真下で飛行しているドローンへの電波は伝わりにくいと感じますが~。

HITHUJI
これはプロポのアンテナの向きも関係しているようですね。
  • プロポからドローンに届くまでに障害物や媒体がある場合には

反射・透過、回析、干渉などに電波は変化します。

 

HITHUJI
プロポから送信された電波は、直接ドローンへ受信されるものもあれば、地面や床などに反射してドローンへ届くもの、反射した電波がさらにコンクリートなどで反射して届く場合など、いろいろな方向からドローンへ届きます。

 

 

高所からの操縦時にはドローンを降下飛行の電波の伝わり方に注意!

プロポ操作でドローン真下へ降下飛行させるとき

プロポとドローンとの距離が20mしか離れていないのに

電波の伝わり方が悪くなります。

 

この電波が届かない原因は

ドローン本体の電波受信機(アンテナ)が

通常はドローンの足の部分(スキッド)にあることと

プロポ送信機から真上と真下の範囲はフルネルゾーンに入ることも原因になります。

 

 

Sonちゃん
これらを回避する対策としては、プロポの位置(操縦者の位置)を機体に対しての角度を45度~60度にするといいですよ。
⭐業務上(橋梁点検時など)必要でないようであれば
操縦者から見て真上や真下での
ドローン飛行はしないようにするのが賢明です。

 

 

目視外飛行での電波の伝わり方に注意!

操縦者との距離が遠くなるにつれて受信感度が悪くなっていきますよね。

 

プロポとドローン機体の間に

家やビル・樹木などがどんどん増えていくと障害物が少しずつ増えていきます。

 

やはり障害物が多い場合、映像電波はよく途切れたりします。

 

Sonちゃん
モニターいきなり真っ暗です!とても怖いです~
⭐目視外飛行を行っているときの
電波の伝わり方が悪くなった場合の対処法としては
ドローンの高度を上昇させたり
操縦者が少しでも高い位置に移動すると電波が回復します。

 

 

Sonちゃん
座って操縦していたのを、立ち上がるだけでも電波の受信パラメーターが回復したりしますよ。

 

 

 

まとめ

プロポよりドローンの操縦電波と映像電波を安定して送受信するために

下記のことを注意すれば

ある程度の電波障害は回避できますので参考にしてください。

 

  • プロポのアンテナの向きを、常にドローン機体の方向へ向けながら操縦を行う。
  • ドローン操縦者はできるだけ高い位置での操縦を行う。
  • プロポの位置と機体の位置の角度が、45度~60度を理想とする。
  • アプリに表示される電波状況パラメーターで、電波干渉が強い傾向にある時は、 操縦位置を変更するか、その場所での飛行を中止する。
  • ドローンの飛行範囲に、電波塔や高層の建物、樹木等が無いかを事前に確認を行っておく。

 

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