CN107223292B - 天线及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种天线及无人机，该天线(10)包括：能够在至少两个频段工作的天线单元(11)，至少两个频段包括：不同的第一频段和第二频段；第一寄生单元(3)用于改变天线单元(11)在第一频段的辐射方向；第二寄生单元(4)用于改变天线单元(11)在第二频段的辐射方向。本实施例通过在天线(10)中设置第一寄生单元(3)和第二寄生单元(4)，避免了金属结构(2)对天线(10)的辐射方向的干扰，提高了天线性能，优化了安装有该天线(10)的无人机(100)的信号收发能力。

Description

天线及无人机
技术领域
本发明实施例涉及无人机领域，尤其涉及一种天线及无人机。
背景技术
天线作为设备间无线通信的重要元件，在现在的结构紧凑设计的中，天线设计受到的限制也越来越多。随着无人机的飞速发展，不仅需要天线的结构紧凑，尺寸有限，同时还需要天线具有多个辐射频段。
在无人机的设计中，考虑到外观和功能需求，需要在无人机中使用复杂的金属结构或者类似于良导体的结构，另外，无人机内部还设置有电路板、电线等结构，但是，金属结构、良导体结构、电路板、电线等都会对天线的辐射方向造成影响，导致天线的辐射方向图杂散，进而导致无人机的信号收发能力严重降低。
发明内容
本发明实施例提供一种天线及无人机，以避免金属结构对天线的辐射方向的干扰。
本发明实施例的一个方面是提供一种天线，包括：
能够在至少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；
第一寄生单元，用于改变所述天线单元在所述第一频段的辐射方向；以及
第二寄生单元，用于改变所述天线单元在所述第二频段的辐射方向。
本发明实施例的另一个方面是提供一种无人机，包括：
机身；
动力系统，安装在所述机身，用于提供飞行动力；
天线，用于无线通信；所述天线包括：
能够在至少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；
第一寄生单元，用于改变所述天线在所述第一频段的辐射方向；以及
第二寄生单元，用于改变所述天线在所述第二频段的辐射方向。
本实施例提供的天线及无人机，通过在天线中设置第一寄生单元和第二寄生单元，第一寄生单元用于消除金属结构对天线单元在低频段的辐射方向的干扰，第二寄生单元用于消除金属结构对天线单元在高频段的辐射方向的干扰，避免了金属结构对天线的辐射方向的干扰，提高了天线性能，优化了安装有该天线的无人机的信号收发能力。
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1A为现有技术中天线和金属结构的示意图；
图1B为现有技术中天线和金属结构的俯视图；
图1C为现有技术中天线在低频段的匹配特性；
图1D为现有技术中天线在高频段的匹配特性；
图1E为现有技术中天线在低频段的辐射方向受干扰后的辐射方向图；
图1F为现有技术中天线在高频段的辐射方向图；
图1G为现有技术中天线加一个寄生单元的示意图；
图1H为现有技术中天线加寄生单元后高频段的辐射方向图；
图2为本发明实施例提供的天线的结构图；
图2A为本发明实施例提供的天线单元在低频段的辐射方向图；
图2B为本发明实施例提供的天线单元在低频段的辐射方向图；
图2C为本发明实施例提供的天线单元在高频段的辐射方向图；
图2D为本发明实施例提供的天线单元在高频段的辐射方向图；
图3为本发明实施例提供的无人机的结构图。
附图标记：
1-天线 2-金属结构 10-天线
11-天线单元 3-第一寄生单元 4-第二寄生单元
100-无人机 102-支撑设备 104-拍摄设备
106-螺旋桨 107-电机 108-传感系统
110-通信系统 112-地面站 117-电子调速器
118-飞行控制器 21-实线 22-虚点部分 23-虚线段部分
具体实施方式
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地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
现有技术中，无人机、机器人、地面站、电台、基站等设备需要安装有用于收发信号的天线，另外，考虑到外观和功能需求，无人机、机器人、地面站、电台、基站等设备还需要设置有复杂的金属结构或者类似于良导体的结构，而金属结构或者类似于良导体的结构可能对天线的辐射方向造成影响，如图1A所示，结构1表示天线，该天线1可工作在多个频段，可选的，天线1工作在两个频段，一个低频段，一个高频段，结构2表示金属结构，以无人机为例，该金属结构2可以是无人机机身的金属结构，具体可以是机翼部分的金属结构，也可以是脚架部分的金属结构，还可以是机身其他部分的金属结构。图1B所示为天线1和金属结构2的俯视图，如图1A所示，金属结构2位于天线1的上方，例如右上方，且金属结构2和天线1成垂直角度，在图1B中，从俯视角度看，金属结构2遮挡了天线1。图1A和图1B所示的位置关系只是天线和金属结构可能的多种位置关系中的一种，实际情况，天线和金属结构的相对角度不局限于相互垂直，天线与金属结构之间的距离不局限于固定值，天线的长度以及金属结构的形状也不局限于如图1A和图1B所示的。
当天线和金属结构的位置关系，如图1A和图1B所示的位置关系时，天线在低频段及高频段都有良好的端口匹配，图1C所示为天线在低频段的匹配特性，图1D所示为天线在高频段的匹配特性，图1C和图1D的横坐标表示频率大小，图1C和图1D的纵坐标表示回波损耗，根据图1C和图1D可知，波谷处的频率为谐振频率，波谷处的回波损耗最小，因而天线的匹配性最好，如图1C所示，在低频段如2.5-2.55GHz范围内，天线的匹配性最好，另外，如图1D所示，在高频段如5.76-5.80GHz范围内，天线的匹配性最好。
但是，金属结构会对天线造成干扰，具体的，对天线在不同频段的辐射方向造成干扰，图1F所示为天线在高频段的辐射方向图，图1E所示为天线1在低频段的辐射方向受干扰后的辐射方向图，比较图1E和图1F可知，天线1在低频段的辐射方向偏向180度(-180度)一侧。因为天线单元11与金属结构2的距离大致为半个波长，故天线1在高频段受到金属结构2的影响较小一些。
另外，天线1在高频段的辐射方向图也可能会受到金属结构的影响，如图1G所示，针对于图1E中低频段的辐射方向受干扰的问题，在图1A的基础上，在天线1的附近增加一个寄生单元3，该寄生单元3可消除金属结构2对天线1在低频段的辐射方向的干扰，但是引入寄生单元3后，寄生单元3会对天线1在高频段的辐射方向有所干扰，如图1H所示为天线1增加寄生单元3后，天线1在高频段的辐射方向图，如图1H所示，天线1在高频段的辐射方向也偏向180度(-180度)一侧。
由于180度(-180度)一侧存在金属结构2，金属结构2可能是无人机机身的金属结构，因此，天线1在金属结构2干扰的情况下，天线1在低频段的辐射方向、以及高频段的辐射方向均偏向机身的金属结构，而实际应用中，若天线1的辐射方向偏向机身的金属结构，可能会导致天线1性能的下降。因此，实际应用中，并不希望天线1的辐射方向偏向干扰源，例如金属结构。
针对上述问题，本发明实施例提供一种天线。该天线可应用于无人机、机器人、地面站、电台、基站等设备，图2为本发明实施例提供的天线的结构图，如图2所示，天线10包括：天线单元11、第一寄生单元3和第二寄生单元4，在一些实施例中，天线单元11可工作在至少两个频段。在本实施例中，天线单元11可工作在两个频段，两个频段可用第一频段和第二频段区分，所述第一频段与所述第二频段是两个不同的频段，所述第一频段可以是低频段，所述第二频段可以是高频段，或者，所述第一频段可以是高频段，所述第二频段可以是低频段。在一些实施例中，所述第一频段与所述第二频段部分重叠。
另外，如图2所示，结构2表示金属结构，以无人机为例，该金属结构2可以是无人机机身的金属结构，具体可以是机翼部分的金属结构，也可以是脚架部分的金属结构，还可以是机身其他部分的金属结构。
本实施例以第一频段是低频段，第二频段是高频段为例，如图2所示，天线10中设置有第一寄生单元3，第一寄生单元3可用于改变天线单元11在第一频段的辐射方向，因此，本实施例通过在天线10中引入第一寄生单元3，以消除金属结构2对天线单元11在低频段的辐射方向的干扰。
另外，如图2所示，天线10中还设置有第二寄生单元4，第二寄生单元4可用于改变天线单元11在第二频段的辐射方向，因此，本实施例通过在天线10中引入第二寄生单元4，以消除金属结构2对天线单元11在高频段的辐射方向的干扰。
在本实施例中，第一寄生单元3可以设置在距离天线单元11在第一预定距离之内的位置。另外，本实施例不限定第一寄生单元3的长度，第一寄生单元3的长度可以是第一预定长度，或者，第一寄生单元3的长度可以根据金属结构2对天线单元11在低频段的辐射方向的干扰强度确定，也可以根据第一寄生单元3对天线单元11在低频段的辐射方向的调和效果强度确定。
在一些实施例中，第二寄生单元4可以设置在距离天线单元11在第二预定距离之内的位置，另外，第二寄生单元4的长度可以是第二预定长度，或者，第二寄生单元4的长度可以根据金属结构2对天线单元11在高频段的辐射方向的干扰强度确定，也可以根据第二寄生单元4对天线单元11在高频段的辐射方向的调和效果强度确定。
如图2所示，第一寄生单元3和第二寄生单元4可依次设置在天线单元11的正前方，以达到抵消金属结构对天线单元11在低频段的干扰和高频段的干扰。在其他实施例中，第一寄生单元3、第二寄生单元4和天线单元11之间的位置关系可以不局限于如图2所示的位置关系，第一寄生单元3可位于天线单元11的各个角度，第二寄生单元4也可位于天线单元11的各个角度，具体的角度、位置可以根据实际应用需求决定。
在一些实施例中，第一寄生单元3和第二寄生单元4可以是良导体，如金属条、金属带等。
另外，本实施例不限定第一寄生单元3和第二寄生单元4的形状，在其他实施例中，第一寄生单元3和第二寄生单元4可以是长条形，长条形的长度可以根据上述方法确定，长条形的宽度可以自由设置，第一寄生单元3的宽度不同，其对天线单元11在低频段的辐射方向的调和效果强度也会有所不同，第二寄生单元4的宽度不同，其对天线单元11在高频段的辐射方向的调和效果强度也会有所不同。因此，第一寄生单元3和第二寄生单元4的宽度，可以根据实际需求来设置。
图2A所示为天线10同时引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在低频段的辐射方向图。相比于图1E，天线单元11在低频段的辐射方向，在0度方向上的增益有所提升。
图2B所示实线为天线10同时引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在低频段的辐射方向图；图2B所示虚线为天线10未引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在低频段的辐射方向受干扰后的辐射方向图。相比于天线单元11在低频段的辐射方向受干扰后的辐射方向图，天线10引入第一寄生单元3和第二寄生单元4后，天线单元11在低频段的辐射方向，在0度方向上的增益有所提升，即偏向0度方向一侧，与180度(-180度)一侧正好相反，且提升效果明显。
图2C所示为天线10同时引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在高频段的辐射方向图。相比于图1H，天线单元11在高频段的辐射方向，在0度方向上的增益有所提升。
图2D所示实线21为天线10同时引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在高频段的辐射方向图；图2D所示虚线段部分23为天线10未引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在高频段的辐射方向图；图2D所示虚点部分22为天线10引入第一寄生单元3、未引入第二寄生单元4时，天线单元11在高频段的辐射方向图。相比于天线10引入第一寄生单元3、未引入第二寄生单元4，天线10同时引入第一寄生单元3和第二寄生单元4时，天线单元11在0度方向上的增益有所提升，且提升效果明显。
本实施例通过在天线中设置第一寄生单元和第二寄生单元，第一寄生单元用于消除金属结构对天线单元在低频段的辐射方向的干扰，第二寄生单元用于消除金属结构对天线单元在高频段的辐射方向的干扰，避免了金属结构对天线的辐射方向的干扰，提高了天线性能，优化了安装有该天线的无人机的信号收发能力。
本发明实施例提供一种天线。该天线可应用于无人机、机器人、地面站、电台、基站等设备，在上述实施例的基础上，天线单元11除了可以工作在两个不同的频段，还可以工作在多频段。本实施例不限定，多频段各自的频段范围。
可选的，天线单元11工作在两个频段，两个频段包括第一频段和第二频段，所述第一频段为低频段，所述第二频段为高频段。在一些实施例中，所述第一频段为2GHz到3GHz，所述第二频段为5.4GHz到6.2GHz。
另外，所述第一预定长度大于所述低频段波长的1/4，小于所述低频段波长的1/2。
此外，在其他实施例中，所述第一预定长度大于所述高频段波长的1/4，小于所述高频段波长的1/2。
为了天线10的结构紧凑简单，第一寄生单元3设置在距离天线单元11大致1/10个工作频率波长的位置。
在一些实施例中，第二寄生单元4相对于天线单元11的位置和尺寸由天线单元11、第一寄生单元3、干扰源例如金属结构2确定，如前所述，金属结构2影响天线单元11的辐射方向。
此外，天线单元11和第一寄生单元3可通过固定结构如塑料支架连接，将第一寄生单元3固定在相对于天线单元11的某个方向、角度或位置。天线单元11和第二寄生单元4可通过固定结构如塑料支架连接，将第二寄生单元4固定在相对于天线单元11的某个方向、角度或位置。
在一些实施例中，用于连接天线单元11和第一寄生单元3的固定结构如塑料支架，以及连接天线单元11和第二寄生单元4的固定结构如塑料支架是同一个固定结构如塑料支架。
在另一些实施例中，用于连接天线单元11和第一寄生单元3的固定结构如塑料支架，以及连接天线单元11和第二寄生单元4的固定结构如塑料支架是分别独立的两个固定结构如塑料支架。
在其他实施例中，天线单元11、第一寄生单元3以及第二寄生单元4可以被安装在无人机的脚架内。具体地，所述第一寄生单元3以及所述第二寄生单元4可以被安装在所述脚架的内壁上。
本实施例中，第一寄生单元和第二寄生单元的长度、宽度可以灵活设置，第一寄生单元与天线单元的角度、相对位置可以灵活调节，通过灵活设置第一寄生单元和第二寄生单元，不仅可以降低金属结构对天线单元的干扰，同时，还可以调节第一寄生单元和第二寄生单元抵消干扰的效果强度。
本发明实施例提供一种无人机。图3为本发明实施例提供的无人机的结构图，如图3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3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100的天线10具体原理和实现方式均与上述实施例类似，此处不再赘述。
本实施例通过在天线中设置第一寄生单元和第二寄生单元，第一寄生单元用于消除金属结构对天线单元在低频段的辐射方向的干扰，第二寄生单元用于消除金属结构对天线单元在高频段的辐射方向的干扰，避免了金属结构对天线的辐射方向的干扰，提高了天线性能，优化了安装有该天线的无人机的信号收发能力；另外，第一寄生单元和第二寄生单元的长度、宽度可以灵活设置，第一寄生单元与天线单元的角度、相对位置可以灵活调节，通过灵活设置第一寄生单元和第二寄生单元，不仅可以降低金属结构对天线单元的干扰，同时，还可以调节第一寄生单元和第二寄生单元抵消干扰的效果强度。
本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
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 (28)

1.一种天线，所述天线应用于无人机，其特征在于，包括：
能够在至少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；
第一寄生单元，用于改变所述天线单元在所述第一频段的辐射方向；以及
第二寄生单元，用于改变所述天线单元在所述第二频段的辐射方向；
其中，所述天线单元、所述第一寄生单元和所述第二寄生单元位于所述无人机的金属结构的下方。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一寄生单元距离所述天线单元在第一预定距离之内，所述第一寄生单元的长度为第一预定长度。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第二寄生单元距离所述天线单元在第二预定距离之内，所述第二寄生单元的长度为第二预定长度。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述第一寄生单元与所述第二寄生单元包括金属带或金属条。
5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述第一寄生单元与所述第二寄生单元的形状包括长条形。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线单元工作在多频段。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第一频段为低频段，所述第二频段为高频段。
8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，所述第一频段为2GHz到3GHz，所述第二频段为5.4GHz到6.2GHz。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第一预定长度大于所述低频段波长的1/4，小于所述低频段波长的1/2。
10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第一预定长度大于所述高频段波长的1/4，小于所述高频段波长的1/2。
11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述第一预定距离大致为工作频率波长的1/10。
12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，所述第二寄生单元相对于所述天线单元的位置和尺寸由所述天线单元、所述第一寄生单元、干扰源确定，所述干扰源影响所述天线单元的辐射方向。
13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，还包括：固定结构；
所述固定结构用于安装所述天线单元、所述第一寄生单元及所述第二寄生单元。
14.一种无人机，其特征在于，包括：
机身；
动力系统，安装在所述机身，用于提供飞行动力；
天线，用于无线通信；所述天线包括：
能够在至少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；
第一寄生单元，用于改变所述天线在所述第一频段的辐射方向；以及
第二寄生单元，用于改变所述天线在所述第二频段的辐射方向；
其中，所述天线单元、所述第一寄生单元和所述第二寄生单元位于所述无人机的金属结构的下方。
15.根据权利要求14所述的无人机，其特征在于，所述第一寄生单元距离所述天线单元在第一预定距离之内，所述第一寄生单元的长度为第一预定长度。
16.根据权利要求15所述的无人机，其特征在于，所述第二寄生单元距离所述天线单元在第二预定距离之内，所述第二寄生单元的长度为第二预定长度。
17.根据权利要求16所述的无人机，其特征在于，所述天线安装在所述无人机的脚架内。
18.根据权利要求17所述的无人机，其特征在于，所述第一寄生单元与所述第二寄生单元包括金属带或金属条。
19.根据权利要求18所述的无人机，其特征在于，所述第一寄生单元与所述第二寄生单元的形状包括长条形。
20.根据权利要求19所述的无人机，其特征在于，所述天线单元工作在多频段。
21.根据权利要求20所述的无人机，其特征在于，所述第一频段为低频段，所述第二频段为高频段。
22.根据权利要求21所述的无人机，其特征在于，所述第一频段为2GHz到3GHz，所述第二频段为5.4GHz到6.2GHz。
23.根据权利要求22所述的无人机，其特征在于，所述第一预定长度大于所述低频段波长的1/4，小于所述低频段波长的1/2。
24.根据权利要求23所述的无人机，其特征在于，所述第一预定长度大于所述高频段波长的1/4，小于所述高频段波长的1/2。
25.根据权利要求24所述的无人机，其特征在于，所述第一预定距离大致为工作频率波长的1/10。
26.根据权利要求25所述的无人机，其特征在于，所述第一寄生单元位于所述天线远离所述机身的正前方。
27.根据权利要求26所述的无人机，其特征在于，所述第二寄生单元相对于所述天线单元的位置和尺寸由所述天线单元、所述第一寄生单元、干扰源确定，所述干扰源产生对所述天线单元辐射的影响。
28.根据权利要求27所述的无人机，其特征在于，所述天线还包括：固定结构；
所述固定结构用于安装所述天线单元、所述第一寄生单元及所述第二寄生单元。
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