CN105490007A - 一种无人机高增益多振子天线 - Google Patents

Abstract

一种无人机高增益多振子天线，属于无线通信技术领域。包括基板，基板在一侧表面设有馈电接口、连接线及阻抗调谐模组、第一辐射振子、第二辐射振子、第三辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第六辐射振子、第七辐射振子以及第八辐射振子，各辐射振子共同通过连接线及阻抗调谐模组与馈电接口电连接，基板在另一侧表面设有微带巴伦、第九辐射振子、第十辐射振子、第十一辐射振子、第十二辐射振子、中间连接线、第十三辐射振子、第十四辐射振子、第十五辐射振子以及第十六辐射振子，各辐射振子共同通过中间连接线与微带巴伦电连接。优点：支持2.4GHz和5GHz两个Wifi频段，天线增益高，且全向辐射特性。

Description

一种无人机高增益多振子天线

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种无人机高增益多振子天线，能同时覆盖Wifi2.4G和Wifi5G频率范围的外置PCB板天线。

背景技术

无人机是无人驾驶飞机的简称，英文缩写为“UAV”，其使用场合日益广泛，不仅可以用于战场监视，提前预警等军事领域，在民用领域也有广阔的应用前景。无人机天线的无线传输性能直接影响飞行控制、图像传输质量及图像传输稳定性。现有用于互联网无线接入的技术主要为Wifi,其由于具有更大的覆盖范围和更高的传输速率，已成为了目前移动通信领域的主流。Wifi通信的质量、信号覆盖范围等，对无人机安全飞行至关重要。

随着无线通信业务的迅速发展，各种通信用户的群体也迅速增加，造成了多频段多体制无线通信系统的并存。目前无线通信的主要工作频段都集中在2.4GHz频段(2.4～2.5GHz)及5GHz频段(5.15～5.85GHz),而用于这两个频段的全向天线还都以单频段为主，针对单个通信体制网络，不同的通信网络需要不同的天线，造成资源浪费。已有的双频天线由于结构的问题，两个频段之间相互干扰，很难实现双频段较好的全向性，且结构尺寸较大，走线复杂，损耗大，限制天线达不到很高的增益。近几年，无人机技术不断升级，活动范围逐步扩大，因此针对其天线的设计也提出了越来越苛刻的要求，如要求具有双频段、匹配良好，信号覆盖范围广且结构简单，体积小的特点，带有Wifi的高增益天线将成为无人机设备的主流趋势。为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机高增益多振子天线，能接收双频段的无线信号以应对大面积的Wifi信号覆盖范围。

本发明的目的是这样来达到的，一种无人机高增益多振子天线，其特征在于:包括基板，所述的基板在一侧表面设有馈电接口、连接线及阻抗调谐模组、第一辐射振子、第二辐射振子、第三辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第六辐射振子、第七辐射振子以及第八辐射振子，所述的第一辐射振子和第三辐射振子设置在基板高度方向的底部并且呈轴对称分布，所述的第二辐射振子和第四辐射振子分别设置在第一辐射振子和第三辐射振子的上方且同样呈轴对称分布，所述的第六辐射振子和第八辐射振子设置在基板高度方向的顶部并且呈轴对称分布，所述的第五辐射振子和第七辐射振子分别设置在第六辐射振子和第八辐射振子的下方且同样呈轴对称分布，第一辐射振子、第二辐射振子、第三辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第六辐射振子、第七辐射振子以及第八辐射振子共同通过连接线及阻抗调谐模组与馈电接口电连接，基板在另一侧表面设有微带巴伦、第九辐射振子、第十辐射振子、第十一辐射振子、第十二辐射振子、中间连接线、第十三辐射振子、第十四辐射振子、第十五辐射振子以及第十六辐射振子，所述的第九辐射振子和第十一辐射振子设置在基板高度方向的中下部并且呈轴对称分布，所述的第十辐射振子和第十二辐射振子分别设置在第九辐射振子和第十一辐射振子的上方且同样呈轴对称分布，所述的第十四辐射振子和第十六辐射振子设置在基板高度方向的中上部并且呈轴对称分布，所述的第十三辐射振子和第十五辐射振子分别设置在第十四辐射振子和第十六辐射振子的下方且同样呈轴对称分布，第九辐射振子、第十辐射振子、第十一辐射振子、第十二辐射振子、第十三辐射振子、第十四辐射振子、第十五辐射振子以及第十六辐射振子共同通过所述的中间连接线与微带巴伦电连接。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的馈电接口和微带巴伦的形状近似正方形，馈电接口与微带巴伦通过射频同轴电缆连接终端设备射频信号口。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的第一辐射振子、第三辐射振子、第六辐射振子、第八辐射振子、第十辐射振子、第十二辐射振子、第十三辐射振子及第十五辐射振子为长辐射振子；所述的第二辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第七辐射振子、第九辐射振子、第十一辐射振子、第十四辐射振子及第十六辐射振子为短辐射振子。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的第一辐射振子、第三辐射振子、第六辐射振子、第八辐射振子、第十辐射振子、第十二辐射振子、第十三辐射振子及第十五辐射振子的总长度为2.4GHz～2.5GHz谐振频率的四分之一工作波长；所述的第二辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第七辐射振子、第九辐射振子、第十一辐射振子、第十四辐射振子及第十六辐射振子的总长度为5.15GHz～5.85GHz谐振频率的四分之一工作波长。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的第一辐射振子、第三辐射振子、第六辐射振子、第八辐射振子、第十辐射振子、第十二辐射振子、第十三辐射振子及第十五辐射振子的横截面形状呈阶梯形；所述的第二辐射振子、第四辐射振子、第五辐射振子、第七辐射振子、第九辐射振子、第十一辐射振子、第十四辐射振子及第十六辐射振子的横截面形状呈纵向直条状。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的基板在对应于馈电接口的位置处开设第一通孔，用于使同轴电缆中的信号馈线穿过基板焊接到馈电接口上。

在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的连接线及阻抗调谐模组包括连接线及阻抗调谐模组，所述的阻抗调谐模组的数量为一个及以上，分别沿连接线的高度方向间隔设置。

在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的连接线与中间连接线长度相同。

在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的基板采用FR4级的耐燃PCB板。

本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：支持2.4GHz和5GHz两个Wifi频段，其频率范围在低频段为2.4GHz～2.5GHz，在高频段为5.15GHz～5.85GHz；多个辐射振子共同作用，能大幅提高天线增益，在实现优良电气性能的同时降低生产成本；基板两侧表面上的各辐射振子呈共轴对称设置，使天线满足全向辐射特性；利用微带巴伦不平衡馈电能够实现天线宽带工作特性；采用耐燃材料作为天线载体，结构简单、体积小、成本低，满足批量生产一致性及安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例的正视图。

图2为本发明一实施例的后视图。

图3为本发明一实施例与同轴电缆的装配示意图。

图4为本发明一实施例的电压驻波比特性图。

图中：1.基板；2.馈电接口；3.第一通孔；4.连接线及阻抗调谐模组；5.第一辐射振子；6.第二辐射振子；7.第三辐射振子；8.第四辐射振子；9.第五辐射振子；10.第六辐射振子；11.第七辐射振子；12.第八辐射振子；13.微带巴伦；14.第九辐射振子；15.第十辐射振子；16.第十一辐射振子；17.第十二辐射振子；18.中间连接线；19.第十三辐射振子；20.第十四辐射振子；21.第十五辐射振子；22.第十六辐射振子；23.第二通孔；24.第三通孔；25.连接线；26.阻抗调谐模组。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语““上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示位置关系，便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

请参阅图1，一种无人机高增益多振子天线，包括基板1，在本实施例中，所述的基板1采用FR4级的耐燃PCB板，尺寸优选为109mm*14.5mm*0.6mm。所述的基板1在一侧表面设有馈电接口2、连接线及阻抗调谐模组4、第一辐射振子5、第二辐射振子6、第三辐射振子7、第四辐射振子8、第五辐射振子9、第六辐射振子10、第七辐射振子11以及第八辐射振子12。所述的第一辐射振子5和第三辐射振子7设置在基板1高度方向的底部并且呈轴对称分布；所述的第二辐射振子6和第四辐射振子8设置在第一辐射振子5和第三辐射振子7的上方且同样呈轴对称分布。第一辐射振子5、第二辐射振子6、第三辐射振子7以及第四辐射振子8构成第一组辐射振子。所述的第六辐射振子10和第八辐射振子12设置在基板1高度方向的顶部并且呈轴对称分布；所述的第五辐射振子9和第七辐射振子11分别设置在第六辐射振子10和第八辐射振子12的下方且同样呈轴对称分布。第五辐射振子9、第六辐射振子10、第七辐射振子11以及第八辐射振子12构成第二组辐射振子。第一辐射振子5、第二辐射振子6、第三辐射振子7、第四辐射振子8、第五辐射振子9、第六辐射振子10、第七辐射振子11以及第八辐射振子12共同通过连接线及阻抗调谐模组4与馈电接口2电连接。在该侧表面，以连接线及阻抗调谐模组4作为中心轴，第一辐射振子5与第三辐射振子7、第二辐射振子6与第四辐射振子8、第五辐射振子9与第七辐射振子11以及第六辐射振子10与第八辐射振子12相对于连接线及阻抗调谐模组4呈共轴排布。

请参阅图2，所述的基板1在另一侧表面设有微带巴伦13、第九辐射振子14、第十辐射振子15、第十一辐射振子16、第十二辐射振子17、中间连接线18、第十三辐射振子19、第十四辐射振子20、第十五辐射振子21以及第十六辐射振子22。所述的第九辐射振子14和第十一辐射振子16设置在基板1高度方向的中下部并且呈轴对称分布；所述的第十辐射振子15和第十二辐射振子17分别设置在第九辐射振子14和第十一辐射振子16的上方且同样呈轴对称分布。第九辐射振子14、第十辐射振子15、第十一辐射振子16以及第十二辐射振子17构成第三组辐射振子。所述的第十四辐射振子20和第十六辐射振子22设置在基板1高度方向的中上部并且呈轴对称分布；所述的第十三辐射振子19和第十五辐射振子21分别设置在第十四辐射振子20和第十六辐射振子22的下方且同样呈轴对称分布。第十三辐射振子19、第十四辐射振子20、第十五辐射振子21以及第十六辐射振子22构成第四组辐射振子。第九辐射振子14、第十辐射振子15、第十一辐射振子16、第十二辐射振子17、第十三辐射振子19、第十四辐射振子20、第十五辐射振子21以及第十六辐射振子22共同通过所述的中间连接线18与微带巴伦13电连接。在该侧表面，以中间连接线18作为中心轴，第九辐射振子14与第十一辐射振子16、第十辐射振子15与第十二辐射振子17、第十三辐射振子19与第十五辐射振子21以及第十四辐射振子20与第十六辐射振子22相对于中间连接线18呈共轴排布。

请继续参阅图1和图2，所述的馈电接口2和微带巴伦13的形状近似正方形，馈电接口2为馈电焊盘，微带巴伦13包括电缆线编制焊盘。馈电接口2与微带巴伦13通过射频同轴电缆连接终端设备射频信号口。通过微带巴伦13连接射频同轴电缆，能将同轴线不平衡结构转化为平衡结构。基板1在对应于馈电接口2的位置处开设有第一通孔3，第一通孔3的尺寸优选为0.8mm*1.4mm，用于使同轴电缆中的信号馈线穿过基板1焊接到馈电接口2上，图3示意了基板1与同轴电缆的装配示意图。基板1还在高度方向的顶部并且位于中央位置开设有第二通孔23，而在高度方向的底部且对应第二通孔23的位置开设第三通孔24。第二通孔23和第三通孔24成对称摆放，对天线的电气性能无影响。第三通孔24用于同轴电缆穿过，对同轴电缆起固定作用，有利于实现天线量产的电气性能一致性。

在本实施例中，所述的第一辐射振子5、第三辐射振子7、第六辐射振子10、第八辐射振子12、第十辐射振子15、第十二辐射振子17、第十三辐射振子19及第十五辐射振子21为长辐射振子，分别包括一长辐射部和一短辐射部，所述的长辐射部和短辐射部均呈纵向直条状，长辐射部的一端和短辐射部的一端连接且两者朝着相反方向延伸而使横截面呈阶梯形。此处，长辐射部的宽度尺寸优选为1.5mm，短辐射部的宽度尺寸优选为2.6mm。各长辐射振子的总长度为2.4GHz～2.5GHz谐振频率的四分之一工作波长；所述的第二辐射振子6、第四辐射振子8、第五辐射振子9、第七辐射振子11、第九辐射振子14、第十一辐射振子16、第十四辐射振子20及第十六辐射振子22为短辐射振子，各短辐射振子的横截面均呈纵向直条状，此处宽度尺寸优选为1.5mm。各短辐射振子的总长度为5.15GHz～5.85GHz谐振频率的四分之一工作波长。改变各辐射振子的长度可调整谐振频率。所述的连接线及阻抗调谐模组4包括连接线25及阻抗调谐模组26。所述的阻抗调谐模组26的作用是调谐天线阻抗，其数量和尺寸大小可根据需要进行调整。在本实施例中，所述的阻抗调谐模组26的数量为三个，分别沿连接线25的高度方向间隔设置，自上而下的尺寸依次为13mm*3.2mm、2.6mm*2mm以及5.2mm*2mm。所述的连接线25以及中间连接线18的长度相同，设为L，L的数值大小取决于基板1基材材质的介电常数ε以及天线自身的工作频率f，具体的计算公式如下：

$L=v/(f*\sqrt{\mathrm{\ϵ}}),$

其中v为光速，是一常数。由公式可知，该长度L与天线的增益有关，不同的基材材质和不同的天线工作频率，能得到不同的长度L。在本实施例中，连接线25以及中间连接线18的长度L约为57mm。

本发明所述的天线支持2.4GHz和5GHz两个Wifi频段，其频率范围在低频段为2.4GHz～2.5GHz，在高频段为5.15GHz～5.85GHz。多个辐射振子共同作用，能大幅提高天线增益。表1为天线增益数据汇总表。

图4示意了天线电压驻波比的特性图，其驻波比小于2.5，符合50欧姆匹配要求。另外，由于基板1两侧表面上的各辐射振子呈共轴对称设置，因此该天线满足全向辐射特性，为全向型天线。该天线可广泛使用于需要高增益双频Wifi工作频率的天线的无线终端产品中，起到了发明目的。

Claims (9)

1.一种无人机高增益多振子天线，其特征在于:包括基板(1)，所述的基板(1)在一侧表面设有馈电接口(2)、连接线及阻抗调谐模组(4)、第一辐射振子(5)、第二辐射振子(6)、第三辐射振子(7)、第四辐射振子(8)、第五辐射振子(9)、第六辐射振子(10)、第七辐射振子(11)以及第八辐射振子(12)，所述的第一辐射振子(5)和第三辐射振子(7)设置在基板(1)高度方向的底部并且呈轴对称分布，所述的第二辐射振子(6)和第四辐射振子(8)分别设置在第一辐射振子(5)和第三辐射振子(7)的上方且同样呈轴对称分布，所述的第六辐射振子(10)和第八辐射振子(12)设置在基板(1)高度方向的顶部并且呈轴对称分布，所述的第五辐射振子(9)和第七辐射振子(11)分别设置在第六辐射振子(10)和第八辐射振子(12)的下方且同样呈轴对称分布，第一辐射振子(5)、第二辐射振子(6)、第三辐射振子(7)、第四辐射振子(8)、第五辐射振子(9)、第六辐射振子(10)、第七辐射振子(11)以及第八辐射振子(12)共同通过连接线及阻抗调谐模组(4)与馈电接口(2)电连接，基板(1)在另一侧表面设有微带巴伦(13)、第九辐射振子(14)、第十辐射振子(15)、第十一辐射振子(16)、第十二辐射振子(17)、中间连接线(18)、第十三辐射振子(19)、第十四辐射振子(20)、第十五辐射振子(21)以及第十六辐射振子(22)，所述的第九辐射振子(14)和第十一辐射振子(16)设置在基板(1)高度方向的中下部并且呈轴对称分布，所述的第十辐射振子(15)和第十二辐射振子(17)分别设置在第九辐射振子(14)和第十一辐射振子(16)的上方且同样呈轴对称分布，所述的第十四辐射振子(20)和第十六辐射振子(22)设置在基板(1)高度方向的中上部并且呈轴对称分布，所述的第十三辐射振子(19)和第十五辐射振子(21)分别设置在第十四辐射振子(20)和第十六辐射振子(22)的下方且同样呈轴对称分布，第九辐射振子(14)、第十辐射振子(15)、第十一辐射振子(16)、第十二辐射振子(17)、第十三辐射振子(19)、第十四辐射振子(20)、第十五辐射振子(21)以及第十六辐射振子(22)共同通过所述的中间连接线(18)与微带巴伦(13)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的馈电接口(2)和微带巴伦(13)的形状近似正方形，馈电接口(2)与微带巴伦(13)通过射频同轴电缆连接终端设备射频信号口。

3.根据权利要求1所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的第一辐射振子(5)、第三辐射振子(7)、第六辐射振子(10)、第八辐射振子(12)、第十辐射振子(15)、第十二辐射振子(17)、第十三辐射振子(19)及第十五辐射振子(21)为长辐射振子；所述的第二辐射振子(6)、第四辐射振子(8)、第五辐射振子(9)、第七辐射振子(11)、第九辐射振子(14)、第十一辐射振子(16)、第十四辐射振子(20)及第十六辐射振子(22)为短辐射振子。

4.根据权利要求3所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的第一辐射振子(5)、第三辐射振子(7)、第六辐射振子(10)、第八辐射振子(12)、第十辐射振子(15)、第十二辐射振子(17)、第十三辐射振子(19)及第十五辐射振子(21)的总长度为2.4GHz～2.5GHz谐振频率的四分之一工作波长；所述的第二辐射振子(6)、第四辐射振子(8)、第五辐射振子(9)、第七辐射振子(11)、第九辐射振子(14)、第十一辐射振子(16)、第十四辐射振子(20)及第十六辐射振子(22)的总长度为5.15GHz～5.85GHz谐振频率的四分之一工作波长。

5.根据权利要求3所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的第一辐射振子(5)、第三辐射振子(7)、第六辐射振子(10)、第八辐射振子(12)、第十辐射振子(15)、第十二辐射振子(17)、第十三辐射振子(19)及第十五辐射振子(21)的横截面形状呈阶梯形；所述的第二辐射振子(6)、第四辐射振子(8)、第五辐射振子(9)、第七辐射振子(11)、第九辐射振子(14)、第十一辐射振子(16)、第十四辐射振子(20)及第十六辐射振子(22)的横截面形状呈纵向直条状。

6.根据权利要求2所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的基板(1)在对应于馈电接口(2)的位置处开设有第一通孔(3)，用于使同轴电缆中的信号馈线穿过基板(1)焊接到馈电接口(2)上。

7.根据权利要求1所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的连接线及阻抗调谐模组(4)包括连接线(25)及阻抗调谐模组(26)，所述的阻抗调谐模组(26)的数量为一个及以上，分别沿连接线(25)的高度方向间隔设置。

8.根据权利要求7所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的连接线(25)与中间连接线(18)长度相同。

9.根据权利要求1所述的一种无人机高增益多振子天线，其特征在于所述的基板(1)采用FR4级的耐燃PCB板。