La portata di ExpressLRS non è un numero fisso: è il risultato di un bilancio energetico tra potenza trasmessa, guadagno delle antenne, attenuazione del percorso e sensibilità del ricevitore, che dipende dal packet rate scelto. Come regola pratica, ogni dimezzamento del packet rate restituisce circa 3 dB di sensibilità e quindi circa il 40% di distanza in più, mentre raddoppiare la distanza costa 6 dB. La banda 868 MHz parte già con circa 9 dB di vantaggio sulla 2,4 GHz a parità di distanza. Nella pratica, però, il limite non è quasi mai il link radio: sono gli ostacoli, l'installazione delle antenne e il sistema video a fermare il volo molto prima.
"Quanto arriva il mio ELRS?" è la domanda più frequente e anche la peggio posta, perché la risposta corretta è sempre "dipende, e dipende da cose che puoi calcolare". Questo approfondimento fa proprio questo: mette in fila i termini del bilancio di collegamento, li quantifica con numeri verificabili e mostra come tradurli in una stima di distanza realistica. Se cerchi invece la configurazione di base del sistema, la trovi nella guida completa a ExpressLRS.
Il link budget: da che cosa dipende davvero la portata
Il collegamento radio funziona finché la potenza che arriva all'ingresso del ricevitore resta sopra la sua soglia di sensibilità. Il conto è una somma algebrica in decibel:
Potenza ricevuta (dBm) = potenza TX (dBm) + guadagno antenna TX (dBi) − perdite di cavo (dB) − attenuazione di percorso (dB) + guadagno antenna RX (dBi)
La differenza tra la potenza ricevuta e la sensibilità del ricevitore è il margine di fade: è la riserva che assorbe riflessioni, orientamenti sfavorevoli, corpo del pilota davanti all'antenna e assorbimento della vegetazione. Un collegamento con margine zero non è al limite della portata: è già rotto, perché basta una rotazione del drone per perderlo. In pratica si progetta per avere almeno 10-15 dB di margine alla distanza massima prevista.
Tutti i termini sono in decibel, e questo semplifica il ragionamento: +3 dB significa raddoppiare la potenza, +6 dB significa raddoppiare la distanza utile in spazio libero, −3 dB significa dimezzarla in potenza. È utile tenere a mente che 100 mW corrispondono a 20 dBm, 25 mW a 14 dBm, 250 mW a 24 dBm e 1 W a 30 dBm.
Packet rate e sensibilità: il compromesso centrale
Il packet rate stabilisce quanti pacchetti al secondo il trasmettitore invia. Più pacchetti significa meno tempo e meno energia per ciascuno, quindi una soglia di rivelazione più alta e una sensibilità peggiore. È esattamente lo stesso principio per cui una fotografia con tempo di posa più lungo raccoglie più luce.
| Packet rate | Banda | Latenza tipica del link | Sensibilità relativa | Distanza relativa in spazio libero |
|---|---|---|---|---|
| 1000 Hz | 2,4 GHz | circa 1 ms | la più bassa | la più corta |
| 500 Hz | 2,4 GHz | circa 2 ms | riferimento (0 dB) | riferimento (1,0x) |
| 250 Hz | 2,4 GHz | circa 4 ms | circa +3 dB | circa 1,4x |
| 150 Hz | 2,4 GHz | circa 7 ms | circa +6 dB | circa 2,0x |
| 100 Hz Full | 2,4 GHz | circa 10 ms | circa +9 dB | circa 2,8x |
| 50 Hz | 2,4 GHz | circa 20 ms | circa +12 dB | circa 4,0x |
| 200 Hz | 868 MHz | circa 5 ms | riferimento sub-GHz | riferimento sub-GHz |
| 100 Hz Full | 868 MHz | circa 10 ms | circa +3 dB | circa 1,4x |
| 50 Hz | 868 MHz | circa 20 ms | circa +6 dB | circa 2,0x |
| 25 Hz | 868 MHz | circa 40 ms | circa +9 dB | circa 2,8x |
La colonna della distanza relativa vale in spazio libero e a parità di tutto il resto: è il moltiplicatore che si ottiene solo cambiando packet rate. Passare da 500 Hz a 50 Hz in 2,4 GHz quadruplica la distanza teorica, ma porta la latenza da circa 2 a circa 20 millisecondi, un valore che su un quad da freestyle si percepisce chiaramente. Per questo la scelta corretta è sempre legata al tipo di volo: il rate più basso che ti permette di volare come vuoi, non il più basso in assoluto.
Le soglie di sensibilità assolute dichiarate dal progetto si collocano indicativamente intorno a −105 dBm ai rate più alti in 2,4 GHz e scendono verso −117 dBm ai rate più bassi, con valori ancora migliori sulle modalità più lente in banda sub-GHz. Sono numeri da usare come ordine di grandezza per i calcoli, non come garanzie.
Attenuazione di percorso: perché 868 MHz parte avvantaggiata
In spazio libero l'attenuazione di percorso dipende solo da distanza e frequenza, secondo la formula FSPL (dB) = 32,44 + 20·log(distanza in km) + 20·log(frequenza in MHz). Il risultato è controintuitivo per chi è alle prime armi: a parità di distanza, una frequenza più alta si attenua di più.
| Distanza | Attenuazione a 2,4 GHz | Attenuazione a 868 MHz | Vantaggio 868 MHz |
|---|---|---|---|
| 0,5 km | circa 94 dB | circa 85 dB | circa 9 dB |
| 1 km | circa 100 dB | circa 91 dB | circa 9 dB |
| 2 km | circa 106 dB | circa 97 dB | circa 9 dB |
| 5 km | circa 114 dB | circa 105 dB | circa 9 dB |
| 10 km | circa 120 dB | circa 111 dB | circa 9 dB |
| 20 km | circa 126 dB | circa 117 dB | circa 9 dB |
| 40 km | circa 132 dB | circa 123 dB | circa 9 dB |
I nove decibel costanti di vantaggio della banda 868 MHz equivalgono, da soli, a un fattore 2,8 sulla distanza. A questo si somma il comportamento in presenza di ostacoli, che la formula dello spazio libero non descrive: la lunghezza d'onda di circa 35 cm della banda sub-GHz aggira alberi, creste e spigoli di edifici molto meglio dei circa 12 cm della 2,4 GHz. È questa combinazione a rendere i ricevitori 868/915 MHz la scelta naturale per il long range in ambienti reali.
Il rovescio della medaglia è normativo: in Europa i limiti di potenza sulla banda 863-870 MHz sono più bassi di quelli della 2,4 GHz, il che erode parte del vantaggio. Con circa 14 dBm consentiti in sub-GHz contro circa 20 dBm in 2,4 GHz, il guadagno netto scende dai 9 dB teorici a circa 3 dB, ai quali però va aggiunto il beneficio ben più grande sulla penetrazione degli ostacoli.
Un esempio di calcolo completo
Prendiamo un caso concreto: 2,4 GHz, 100 mW di potenza in trasmissione, antenna a dipolo sul radiocomando con circa 2 dBi, antenna a dipolo sul ricevitore con circa 2 dBi, packet rate 250 Hz con sensibilità intorno a −108 dBm.
- Potenza TX: 20 dBm
- Guadagno antenna TX: +2 dBi
- Guadagno antenna RX: +2 dBi
- Attenuazione a 5 km: −114 dB
- Potenza ricevuta: 20 + 2 + 2 − 114 = −90 dBm
- Margine rispetto a −108 dBm: 18 dB
Diciotto decibel di margine a 5 km sono un valore comodo: significa che il collegamento regge anche con orientamenti sfavorevoli e riflessioni. Alla stessa configurazione servirebbero 24 dB di attenuazione in più per arrivare a 20 km, e a quel punto il margine diventerebbe negativo. Per farcela si potrebbe scendere a 50 Hz (+9 dB di sensibilità rispetto a 250 Hz) e usare un'antenna direzionale sul radiocomando con circa 8 dBi al posto del dipolo (+6 dB): con questi due interventi il margine torna positivo, senza toccare la potenza.
È il modo corretto di ragionare: la potenza è il termine su cui si guadagna meno e che ha il costo più alto in termini legali e di interferenza. Le antenne per radiocomandi restano l'investimento con il miglior rapporto tra spesa e decibel guadagnati.
Antenne, guadagno e zona di Fresnel
Il guadagno di un'antenna non crea energia: la ridistribuisce. Un dipolo omnidirezionale da 2 dBi irradia in modo quasi uniforme attorno all'asse; un'antenna direzionale da 8-12 dBi concentra l'energia in un lobo stretto, guadagnando decibel nella direzione utile e perdendone ovunque altrove. Per questo su un radiocomando l'antenna direzionale è straordinaria in long range su una traiettoria nota, e controproducente quando il drone gira attorno al pilota.
Sul lato drone la logica è opposta: il drone assume qualsiasi orientamento, quindi servono antenne omnidirezionali e, meglio ancora, due antenne in diversity montate a circa 90 gradi tra loro. La diversity non aggiunge guadagno nominale, ma elimina i nulli di polarizzazione, e nella pratica vale spesso più di qualche dB di potenza. Per il ricambio si guarda alle antenne RX 2,4 GHz o alle antenne RX 868/915 MHz secondo la banda.
C'è poi un fattore che i calcoli sullo spazio libero ignorano: la zona di Fresnel. Perché l'attenuazione teorica valga davvero, l'ellissoide che collega TX e RX deve essere sgombro. Il raggio della prima zona di Fresnel a metà percorso vale circa 5,5 metri a 1 km in 2,4 GHz e sale a circa 17 metri a 10 km. Tradotto in pratica: volare basso lungo il terreno, anche in assenza di ostacoli visibili, taglia una parte importante del budget. Guadagnare quota è il modo più economico ed efficace per allungare la portata, molto più di qualsiasi impostazione software.
Le distanze documentate dalla community
Il progetto ExpressLRS raccoglie da anni un elenco pubblico di voli a lunga distanza, contribuito dai piloti. Non sono misure di laboratorio e non vanno lette come garanzie, ma danno un'idea concreta di cosa è possibile con configurazioni ottimizzate, tipicamente su ali volanti, in quota e in assenza di ostacoli.
| Potenza TX | Banda | Packet rate | Distanza raggiunta | Piattaforma |
|---|---|---|---|---|
| 10 mW | 868/915 MHz | 50 Hz | oltre 40 km | ala volante |
| 10 mW | 2,4 GHz | 500 Hz | circa 10 km | multirotore |
| 25 mW | 868/915 MHz | 50 Hz | oltre 13 km | ala volante |
| 50 mW | 2,4 GHz | 150 Hz | circa 15 km | ala volante |
| 100 mW | 2,4 GHz | 250 Hz | circa 35 km | ala volante |
| 100 mW | 868/915 MHz | 50 Hz | circa 30 km | ala volante |
| 250 mW | 2,4 GHz | 150 Hz | oltre 43 km | ala volante |
| 500 mW | 868/915 MHz | 25 Hz | circa 50 km | ala volante |
Due osservazioni sono più istruttive dei numeri stessi. La prima: con 10 mW e un packet rate basso si superano i 40 km, mentre con 100 mW e un rate alto ci si ferma prima. La potenza conta molto meno di quanto si creda, il packet rate e l'assenza di ostacoli contano moltissimo. La seconda: quasi tutti i record sono ottenuti su ala volante, che vola alta, dritta e con antenne ben distanziate dal resto dell'elettronica. Su un multirotore, con antenne circondate da carbonio e ESC, gli stessi numeri non sono replicabili. I riferimenti aggiornati sono pubblicati nella documentazione ufficiale del progetto su expresslrs.org.
Va ricordato che questi voli riguardano il solo collegamento di controllo. Ben prima di quelle distanze si esaurisce il sistema video, che ha un budget energetico completamente diverso e limiti propri: il tema è trattato nella guida alla scelta delle antenne 5,8 GHz. E naturalmente il volo deve rimanere entro le regole applicabili nel proprio Paese: la portata tecnica del sistema non è un'autorizzazione a superare i limiti operativi.
Gemini e dual band: guadagnare margine senza alzare la potenza
Le versioni recenti del firmware introducono un modo per aumentare l'affidabilità che non compare nel link budget classico: la trasmissione simultanea dello stesso pacchetto su due frequenze diverse. Il ricevitore accetta il primo pacchetto valido, quindi basta che uno dei due arrivi. Statisticamente questo vale qualche decibel di guadagno effettivo, ma soprattutto rende il collegamento immune alle interferenze a banda stretta e ai nulli di propagazione che colpiscono una sola frequenza.
Il passo successivo è il dual band, che trasmette contemporaneamente in 2,4 GHz e in banda sub-GHz: reattività quando il drone è vicino e in vista, penetrazione quando si allontana o entra dietro un ostacolo, senza dover scegliere prima del decollo. È la configurazione che oggi dà il margine più alto per il volo lontano, con ricevitori dual band dedicati e trasmettitori dual band sul radiocomando.
Se invece stai valutando un sistema alternativo, il confronto con l'ecosistema proprietario è nella guida su TBS Crossfire e Tracer e quando hanno ancora senso.
Errori comuni
- Confrontare distanze senza dichiarare il packet rate. Un dato di portata senza rate, banda e potenza non significa nulla: sono quattro numeri che vanno sempre insieme.
- Volare a 500 Hz cercando la massima distanza. È il rate con la sensibilità peggiore. Per allontanarsi si scende di rate, non si alza la potenza.
- Alzare la potenza come prima soluzione. Raddoppiare la potenza vale 3 dB, cioè circa il 40% di distanza. Cambiare packet rate o antenna ne vale molti di più, a costo zero o quasi.
- Volare basso, radente al terreno. L'ostruzione della zona di Fresnel toglie decibel che nessuna impostazione recupera. La quota è il moltiplicatore più economico che esista.
- Antenne del ricevitore vicine a VTX, ESC o cavi di potenza. Il rumore condotto e irradiato alza il pavimento di rumore e riduce la sensibilità reale, indipendentemente dal link budget teorico.
- Antenna direzionale puntata male. Un lobo stretto guadagna decibel solo dentro il lobo. Fuori dal puntamento si perde più di quanto si guadagni.
- Ignorare il margine e volare fino a quando LQ scende. Il collegamento va gestito con riserva: quando LQ inizia a calare hai già consumato tutto il margine.
- Dimenticare che il video finisce prima. Nel 99% dei casi il limite reale del volo lontano è il sistema video, non il link di controllo.
Domande frequenti
Quanti chilometri fa ExpressLRS?
Con un packet rate basso, antenne pulite, quota e linea di vista libera si superano facilmente diversi chilometri anche con potenze modeste, e i record documentati arrivano a decine di chilometri. In un contesto normale, con un multirotore e ostacoli, la distanza utile è molto minore e dipende soprattutto dagli ostacoli, non dal sistema.
Meglio alzare la potenza o abbassare il packet rate?
Abbassare il packet rate, quasi sempre. Passare da 250 a 50 Hz vale circa 9 dB, l'equivalente di moltiplicare per otto la potenza. È gratis, non ha implicazioni normative e non disturba gli altri piloti.
Che margine devo tenere per volare tranquillo?
Almeno 10-15 dB rispetto alla soglia di sensibilità alla distanza massima prevista. In termini pratici significa tornare indietro quando LQ inizia a scendere sotto il 90%, e non aspettare che compaiano i primi failsafe.
La banda 868 MHz arriva sempre più lontano della 2,4 GHz?
A parità di potenza e packet rate, sì, di circa 9 dB. In Europa però i limiti di potenza più severi in sub-GHz riducono il vantaggio netto a circa 3 dB in spazio libero. Il beneficio decisivo della 868 MHz resta la penetrazione tra alberi, edifici e rilievi, dove la differenza è molto più grande di quanto la formula suggerisca.
Che differenza c'è tra portata del controllo e portata del video?
Sono due collegamenti indipendenti, su bande diverse e con budget diversi. Il link di controllo lavora in 2,4 GHz o 868 MHz con pacchetti minuscoli ed è estremamente sensibile; il video lavora in 5,8 GHz e deve trasportare molti più dati, quindi cede molto prima. Nella pratica è il video a stabilire fino a dove puoi volare in sicurezza.
Le antenne del ricevitore ELRS e quelle video sono intercambiabili?
No. Le antenne del link di controllo sono sintonizzate su 2,4 GHz o 868 MHz e sono a polarizzazione lineare; quelle video lavorano in 5,8 GHz e sono quasi sempre a polarizzazione circolare. Montare l'una al posto dell'altra significa disadattare il sistema e perdere gran parte del segnale.
Il messaggio da portare a casa è semplice: la portata si progetta, non si spera. Scegli la banda in funzione dell'ambiente, il packet rate in funzione dello stile di volo, cura l'installazione delle antenne e guadagna quota. Per costruire una piattaforma pensata dall'inizio per le lunghe distanze parti dai droni FPV long range e dalla collezione radio FPV, e se vuoi che l'assetto sia messo a punto correttamente prima dei voli lunghi valuta il servizio di PID tuning per droni FPV.
