CN107004945B - 天线组件及无人机 - Google Patents

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Abstract

一种天线组件及无人机，天线组件包括能够至少在两个频段工作的天线单元和引向物体，其中，至少两个频段包括：第一频段和第二频段，引向物体用于改变所述天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向。用于优化和改变天线单元的辐射方向图，且实现方法简单，效果良好，满足无人机对天线小型化，易安装的要求。

Description

天线组件及无人机
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种天线组件及无人机。
背景技术
无人机是通过无线电遥控设备进行控制的、不载人的载体，如无人飞行器、无人车、无人船等，由于无人机具有体积小、机动灵活等优点，无人机在多个技术领域得到的广泛的应用。
在无人机图传天线设计时，图传天线一般设置在无人机金属云台附近，由于金属云台的影响，图传天线的辐射方向图会发生畸变，在云台位置有较大凹陷，图传天线的最大辐射方向会产生偏移。
目前一般是通过改变天线的地板或改变天线形式来改变天线的辐射方向图，然而，对于第一种方法而言，天线地板大小形状很难改变，尤其是搭载在无人机或其他小型设备上的天线地板大小形状很难改变。对于通过改变天线形式来改变天线的辐射方向图而言，如八木天线，通过添加反射单元和引向单元来改变天线辐射方向图，但是八木天线等传统定向天线尺寸较大，结构复杂，不易实现，无法满足无人机对天线小型化，易安装的要求。
发明内容
本发明实施例提供的天线组件及无人机，用于优化和改变天线的辐射方向图。
第一方面，本发明实施例提供一种天线组件，包括：
能够至少在两个频段工作的天线单元，所述至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中所述第一频段与所述第二频段不同；以及
引向物体，用于改变所述天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向。
第二方面，本发明实施例提供一种无人机，包括：
机身；
惯性测量单元，用于获取所述无人机的姿态信息；
动力系统，安装在所述机身，用于提供飞行动力；以及
天线组件，用于无线通信；所述天线组件包括：
能够至少在两个频段工作的天线单元，所述至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中所述第一频段与所述第二频段不同；以及
引向物体，用于改变所述天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向。
本发明实施例提供的天线组件及无人机，通过在天线单元的引向方向设置引向物体如金属片，将天线单元的辐射方向图向引向物体放置的方向引向，改变天线单元的最大辐射方向，从而优化和改变天线单元的辐射方向图，且实现方法简单，效果良好，满足无人机对天线小型化，易安装的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的天线组件的结构示意图一；
图2为本发明提供的天线组件应用于无人机的结构示意图二；
图3A为天线单元的原始辐射方向图俯仰面的示意图；
图3B为天线单元的原始辐射方向图水平面的示意图；
图4A为天线单元优化后的辐射方向图俯仰面的示意图；
图4B为天线单元优化后的辐射方向图水平面的示意图；
图5为无人机的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例所述的天线组件及无人机，通过在天线的引向方向设置引向物体如金属片，将天线的辐射方向图向引向物体放置的方向引向，改变天线的最大辐射方向，从而优化和改变天线的辐射方向图，且实现方法简单，效果良好，满足无人机对天线小型化，易安装的要求。本发明实施例所涉及的天线可以用于无人机，该无人机可以为无人飞行器、无人车、无人船等，下面结合附图通过具体实施例，对本发明实施例提供的天线组件及无人机进行详细说明。
图1为本发明提供的天线组件的结构示意图一，请参照图1，该天线组件包括能够至少在两个频段工作的天线单元11和引向物体12，其中，所述至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中第一频段与第二频段不同。引向物体12用于改变天线单元11在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向。第一平面及第二平面为天线单元11辐射方向图的水平面及俯仰面。
天线组件中的天线单元11用于收发信号，在实际应用过程中，在放置引向物体12之前，需要确定引向物体12的大小和放置位置，即首先要根据天线单元11的辐射方向图俯仰面的凹陷方向和水平面的凹陷方向确定引向方向，根据天线单元11的辐射方向图俯仰面的凹陷大小和水平面的凹陷大小确定引向物体12的大小和放置位置，放置位置为在引向方向上距离天线单元11一段距离的位置。其中，确定引向物体12的大小的规则为：引向作用与引向物体12的大小成正比，引向物体12的放置位置与天线单元11之间的距离和引向作用成反比。具体地，引向物体12的长度L1大于天线单元工作频率的1/4波长，小于天线单元工作频率的1/2波长。其中的引向物体为良导体，例如可以为金属片。
通过添加引向物体12之后，天线单元11的辐射场会在引向物体12表面产生感应电流，这些感应电流会产生额外的辐射场，该辐射场与天线单元11本身的辐射场相叠加，由于该辐射场相位与天线单元11自身的辐射场相位不同(该辐射场相位由引向物体12与天线单元11之间的距离确定)，不同的相位会产生同向叠加(产生引向的作用)，或者异相相消(产生反射的作用)。从而产生引向和反射的结果。因此可实现将天线单元的辐射方向图向引向物体放置的方向引向，改变天线单元的最大辐射方向，从而优化和改变天线单元的辐射方向图。
本发明实施例提供的天线组件，通过在天线单元的引向方向设置引向物体如金属片，将天线单元的辐射方向图向引向物体放置的方向引向，改变天线单元的最大辐射方向，从而优化和改变天线单元的辐射方向图，且实现方法简单，效果良好，满足无人机对天线小型化，易安装的要求。
进一步地，在图1所示实施例的基础上，天线组件还包括固定结构，天线单元11位于固定结构内，引向物体12位于固定结构外。例如该固定结构为塑料外壳，引向物体12位于塑料外壳上。作为一种示例，经参照图2，图2为本发明提供的天线组件应用于无人机的结构示意图二，如图2所示，天线组件包括天线单元11、引向物体12和固定结构13，天线单元11位于固定结构13内，引向物体12位于固定结构13外。在一些实施例中，引向物体12位于天线单元11靠近无人机机身101的上方，天线单元11与引向物体12在垂直方向上的距离L2大于0小于天线单元11工作频率的1/4波长。在一些实施例中，所述引向物体12为金属片，所述金属片被缠绕于固定结构13上且位于天线单元11靠近无人机机身101的上方。在其他实施例中，所述引向物体12为金属环，所述金属环被套设于固定结构13上。
在一些实施例中，引向物体12可以被安装于固定结构13内，且位于天线单元11靠近无人机机身101的上方，垂直方向与天线单元11的距离大于0小于工作频率的1/4波长，引向物体的长度大于天线工作频率的1/4波长，小于天线工作频率的1/2波长。
在一些实施例中，如图2所示，脚架13上安装有天线单元11及引向物体12，同样地，脚架16上也安装有天线单元14及引向物体15。引向物体12可以被安装于脚架13的内部或外部，同样地，引向物体15也可以被安装于脚架16的内部或外部。引向物体12的长度L1大于天线单元工作频率的1/4波长，小于天线单元工作频率的1/2波长。同样地，引向物体15的长度L3大于天线单元工作频率的1/4波长，小于天线单元工作频率的1/2波长。在一些实施例中，引向物体12的长度L1与引向物体15的长度L3相同。在其他实施例中，引向物体12的长度L1与引向物体15的长度L3不同。天线单元11与引向物体12在垂直方向上的距离L2大于0小于天线单元11工作频率的1/4波长。同样地，天线单元14与引向物体15在垂直方向上的距离L4大于0小于天线单元14工作频率的1/4波长。在一些实施例中，L2与L4相同。在其他实施例中，L2与L4不同。
在一些实施例中，引向物体12也可安装于天线单元11的下方，引向物体15也可安装于天线单元14的下方。例如，引向物体12安装于天线单元11的上方，引向物体15安装于天线单元14的下方，反之亦然。
进一步地，固定结构13例如可以为无人机的脚架。
下面结合附图以一个具体的实施例详细说明图1和图2所示的天线组件对天线的辐射方向图的优化和改变。
图3A为天线单元的原始辐射方向图俯仰面的示意图，图3B为天线单元的原始辐射方向图水平面的示意图，请参照图3A和图3B，该天线单元的辐射方向图在俯仰面250度方向有一个超过3dB的凹陷，水平面在0度方向有一个超过5dB的凹陷，首先根据该天线单元的辐射方向图俯仰面的凹陷方向和水平面的凹陷方向确定引向方向，根据该天线单元的辐射方向图俯仰面的凹陷大小和水平面的凹陷大小确定引向物体的大小和放置位置，最后在该放置位置放置相应大小的引向物体，放置引向物体之后，天线单元的辐射场会在引向物体表面产生感应电流，这些感应电流会产生额外的辐射场，该辐射场与天线单元本身的辐射场相叠加，由于该辐射场相位与天线单元自身的辐射场相位不同(该辐射场相位由引向物体与天线单元之间的距离确定)，不同的相位会产生同向叠加(产生引向的作用)，或者异相相消(产生反射的作用)，从而产生引向和反射的结果。图4A为天线单元优化后的辐射方向图俯仰面的示意图，图4B为天线单元优化后的辐射方向图水平面的示意图，优化后的天线的辐射方向图如图4A和4B所示，通过放置引向物体之后，该天线单元的辐射方向图在俯仰面250度方向的凹陷优化3dB以上，水平面0度方向优化2dB以上。
本发明实施例提供一种无人机。图5为本发明实施例提供的无人机的结构图，如图5所示，无人机100包括：机身、动力系统、天线10和飞行控制器118，动力系统安装在所述机身，用于提供飞行动力；天线10用于无线通信。
动力系统包括如下至少一种：电机107、螺旋桨106和电子调速器117，动力系统安装在所述机身，用于提供飞行动力；飞行控制器118与动力系统通讯连接，用于控制无人机飞行。其中，飞行控制器118包括惯性测量单元及陀螺仪。所述惯性测量单元及所述陀螺仪用于检测所述无人机的加速度、俯仰角、横滚角及偏航角等。
另外，如图5所示，无人机100还包括：传感系统108、通信系统110、支撑设备102、拍摄设备104，其中，支撑设备102具体可以是云台，通信系统110具体可以包括如上述实施例所述的天线10。天线10用于与地面站112进行无线通讯。
在一些实施例中，天线10可安装在无人机100的脚架内。
本发明实施例提供的无人机，可以包括机身、惯性测量单元、动力系统和天线组件，其中，惯性测量单元用于获取无人机的姿态信息，动力系统安装在机身，用于提供飞行动力。天线组件用于无线通信，天线组件包括：能够至少在两个频段工作的天线单元，至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中第一频段与第二频段不同；以及引向物体，该引向物体用于改变天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向。
其中的第一平面及第二平面为天线单元辐射方向图的水平面及俯仰面。
进一步地，本实施例的无人机还包括脚架，天线单元位于脚架内，引向物体位于脚架外。
可选的，引向物体的长度L1大于天线工作频率的1/4波长，小于天线工作频率的1/2波长。
其中的引向物体为良导体，例如可以为金属片。
需要说明的是，该实施例中无人机包括的天线组件与图1和图2实施例中所述的天线组件的结构、功能以及有益效果相同，此处不再赘述。
本发明实施例提供的无人机，其中的组成部分天线组件中，通过在天线单元的引向方向设置引向物体如金属片，将天线单元的辐射方向图向引向物体放置的方向引向，改变天线单元的最大辐射方向，从而优化和改变天线单元的辐射方向图，且实现方法简单，效果良好，满足无人机对天线小型化，易安装的要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种天线组件，其特征在于，应用于无人机，包括：
能够至少在两个频段工作的天线单元，所述至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中所述第一频段与所述第二频段不同；以及
引向物体，用于改变所述天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向；所述引向物体设置在所述天线单元的下方或所述天线单元的上方；
所述第一平面及所述第二平面为所述天线单元辐射方向图的水平面及俯仰面；
所述引向物体的长度大于所述天线单元工作频率的1/4波长，小于所述天线单元工作频率的1/2波长。
2.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述天线组件还包括固定结构，所述天线单元位于所述固定结构内部，所述引向物体位于所述固定结构内部或者外部，且位于所述天线单元靠近机身一侧的上方。
3.如权利要求2所述的天线组件，其特征在于，所述固定结构为无人机的脚架。
4.如权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述引向物体与所述天线单元的距离大于0小于所述天线单元工作频率的1/4波长。
5.如权利要求1-4任一项所述的天线组件，其特征在于，所述引向物体为良导体。
6.如权利要求5所述的天线组件，其特征在于，所述引向物体为金属片或金属环。
7.一种无人机，其特征在于，包括：
机身；
惯性测量单元，用于获取所述无人机的姿态信息；
动力系统，安装在所述机身，用于提供飞行动力；以及
天线组件，用于无线通信；所述天线组件包括：
能够至少在两个频段工作的天线单元，所述至少两个频段包括：第一频段和第二频段，其中所述第一频段与所述第二频段不同；以及
引向物体，用于改变所述天线单元在第一平面的辐射方向以及第二平面的辐射方向；所述引向物体设置在所述天线单元的下方或所述天线单元的上方；
所述第一平面及所述第二平面为所述天线单元辐射方向图的水平面及俯仰面；
所述引向物体的长度大于所述天线单元工作频率的1/4波长，小于所述天线单元工作频率的1/2波长。
8.如权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括脚架，所述天线单元位于脚架内部，所述引向物体位于固定结构内部或者外部，且位于所述天线单元靠近机身一侧的上方。
9.如权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述引向物体与所述天线单元的距离大于0小于所述天线单元工作频率的1/4波长。
10.如权利要求7-9任一项所述的无人机，其特征在于，所述引向物体为良导体。
11.如权利要求10所述的无人机，其特征在于，所述引向物体为金属片或金属环。
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