CN107972876A - 一种长航时无人机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种长航时无人机及其工作方法，本长航时无人机包括机身和位于机身两侧的机翼；其中所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储，进而起到回收能量的作用，以延长无人机飞行航时的目的。

Description

一种长航时无人机及其工作方法

技术领域

本发明属于无人机领域，具体涉及一种长航时无人机及其工作方法。

背景技术

近年来，无人机的使用范围越来越广，比如可以用于巡航，可以装备海军、海监、林业和消防等部门使用。

无人机在巡航过程中，航时的时长是一项十分重要的指标。

因此，为了实现长航时飞行，需要设计一种新的无人机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长航时无人机及其工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机，包括：

机身和位于机身两侧的机翼；其中

所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；

所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即

在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储。

进一步，所述发动机适于将产生的电能通过充放电控制模块传输至蓄电池；并且

在机翼的上表面覆盖有光伏板；

所述光伏板适于将太阳能转换为电能也通过充放电控制模块传输至所述蓄电池；

所述蓄电池为无人机的旋翼电机提供电能。

进一步，所述控制模块还与无线模块电性连接，以和地面控制中心传输信号；以及

所述控制模块还与摄像装置电性连接，所述摄像装置位于机身底部，且向下拍摄视频数据，并将视频数据通过无线模块发送至地面控制中心。

进一步，所述无线模块中的天线装置结构包括：

衬底层，在所述衬底层上面设置金属层，所述金属层上面设置寄生单元，金属层位于天线衬底层和寄生单元之间；

所述金属层上设置至少四个开口镂空区域，所述寄生单元位列在相邻的开口之间，寄生单元的数量至少为三个，相邻寄生单元之间的距离相等，寄生单元的尺寸相同，寄生单元内侧区域的开口镂空区域面积相同；

所述天线装置还具有馈电单元，所述馈电单元设置在其中一寄生单元长度方向的中间位置；

所述寄生单元与金属层上的开口镂空区域通过电磁耦合辐射实现叠加耦合。

进一步，所述寄生单元的长度不小于开口镂空区域的长度，寄生单元的宽度不大于量相邻两侧开口镂空区域的宽度。

进一步，所述开口镂空区域分布在金属层上被寄生单元划分在不同区域内，在寄生单元划分形成的区域内，开口镂空区域的数量至少为一个；

并且，在不同区域内，开口镂空区域包括至少一个开口。

进一步，在寄生单元划分形成的外侧区域，所述开口镂空区域的数量为多个时，至少有两个开口镂空区域大小尺寸相同。

进一步，所述寄生单元将金属层划分成若干块规则的形状，即为矩形或正方形。

进一步，所述开口镂空区域的上下边缘离金属层的上下边缘距离不同。

又一方面，本发明还提供了一种长航时无人机的工作方法。

所述长航时无人机的工作方法包括：

机身和位于机身两侧的机翼；其中

所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；

所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即

在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储。

本发明的有益效果是，本无人机及其工作方法，包括机身和位于机身两侧的机翼；其中所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储，进而起到回收能量的作用，以延长无人机飞行航时的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的长航时无人机的原理框图；

图2是本发明天线结构的批量制造图示；

图3是本发明天线装置的具体结构平面图；

图4是本发明天线结构的其他构建形式。

图中：金属层111、112、114、115；寄生单元113；寄生单元之间区域的开口镂空区域201；寄生单元之外区域的开口镂空区域202；馈电单元F。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种无人机，包括：机身和位于机身两侧的机翼；其中所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储，进而起到回收能量的作用，以延长无人机飞行航时的目的。

所述发动机适于将产生的电能通过充放电控制模块传输至蓄电池；并且在机翼的上表面覆盖有光伏板；所述光伏板适于将太阳能转换为电能也通过充放电控制模块传输至所述蓄电池；所述蓄电池为无人机的旋翼电机提供电能。

在本实施例中，控制模块可以采用嵌入式处理器，所述充放电控制模块也可以采用双输入电能互补器，通过控制模块控制实现两路电能控制对蓄电池进行充电。所述风力传感器适于检测无人机在空中的风速和风向。具体的，通过风力传感器检测当前无人机所在空域中的风向数据，就可以判定无人机在当前飞行中，处于顺风状态还是逆风状态。

所述控制模块还与无线模块电性连接，以和地面控制中心传输信号；以及所述控制模块还与摄像装置电性连接，所述摄像装置位于机身底部，且向下拍摄视频数据，并将视频数据通过无线模块发送至地面控制中心。

其中，无线模块包括信号调制解调模块，以及与信号调制解调模块相连的天线装置。

由于无人机在高空中飞行环境非常复杂，基于高阶电系数环境影响频率偏移，使得无线通信效率大大降低，因此，对于本天线装置需要获得较好的宽频和增益特性，可抵抗频率偏移导致辐射效率大幅下滑的现象。

因此，在本实施例中无线模块中的天线装置结构包括：衬底层（图中未显示）、金属层（111，112，114，115）以及寄生单元113；衬底层可以为常规的PCB层，也可以为本领域常见的衬底材料，在衬底层上面设置金属层，所述金属层上面设置寄生单元113，金属层位于天线衬底层和寄生单元之间；金属层上设置至少四个开口镂空区域，所述寄生单元位列在金属层上相邻的开口之间，寄生单元的数量为三个，寄生单元之间的距离相等，寄生单元的尺寸长度相同，寄生单元之间区域的开口镂空区域面积相同，寄生单元之外区域的开口镂空区域面积可以不等；本天线装置的馈电单元F设置在寄生单元长度方向的中间位置。

本天线装置简单结构，其具有较低的制作成本，实现了较好的天线传输特性以及薄平化的外在结构，进而应付无人机在飞行过程中复杂的无线通讯环境。

参见图2，本发明的天线制作工艺特别，批量生产的方式使得天线的成本得以控制，批量生产的衬底可以为常规的PCB板，简易且降低成本。

参见图3，寄生单元113的长度等于开口（左一侧两个开口的长度或者右一侧单个开口的长度）镂空区域的长度，寄生单元113的宽度不大于量两侧相邻开口镂空区域的中间距离。寄生单元的引入，可以有效的控制天线单元尺寸，并且控制辐射单元的纵向增益特性，合适的寄生单元尺寸对辐射纵向的信号进行了有效的引导和聚焦，保证了天线尺寸减小时又能针对性的提升天线的辐射增益，然而如果寄生单元的具体尺寸设计不合适会造成较大的辐射偏移，这里优选的选择合理尺寸，本案中天线寄生单元的尺寸较合适的范围为长1.5-2.5CM，宽2-4mm；优选的，选择寄生单元的介电常数值范围为10-20。

除此以外，镂空区域的开口位置对天线装置的辐射效果也会产生较为直接的影响，附图4中可见，当开口区域边缘距离金属层111上端的边缘距离小于距离金属层112下端的边缘距离时，天线的高频性能显著可以得到提升，开口区域的边缘距离两端的距离区域相同时，天线的低频性能显著可以增强。通过调整不同寄生单元之间的开口位置可以调节天线的不同频段性能，例如双频操作或者多频操作。

金属层的开口可以是一个，也可以是两个以上，当开口数量较多时天线的多频特性会较为明显，然而其辐射增益会有所损耗，作为弥补，可以通过使得至少两个开口区域的开口尺寸相同，通过相同的尺寸可以对需要的辐射频段进行增益叠加耦合弥补，这种叠加耦合通过金属层开口区域与寄生单元之间共同电磁耦合实现。所述寄生单元将金属层划分成若干块规则的形状，例如矩形、正方形等。

参见图3，寄生单元之一的中间位置设置有馈电单元F，该馈电装置的具体方式可以为表面的贴片馈电方式，在具体的无人机的空间位置尚可的时候，该馈电设置也可以通过穿越衬底层的同轴馈电方式加以实现，只是其占用空间相比贴片会较大，但是其获得的天线传输特性和效果会有所有裨益。优选的，本天线装置可以安装在无人机的尾翼上。

作为实施例的又一案例，如上所述，由于金属层在开口时可能会出现多个开口造成增益耗损的现象，本发明针对这一缺陷进行了进一步修正，参见附图4，通过将寄生单元一侧的开口进行削减，从而使得不相关的多余频段进行削弱，降低增益的耗损，提升目标频段的有效增益，此外因为降低了无益信号的耦合，剩余有益信号的耦合叠加可以使得天线装置在高空飞行时仍然有良好的性能体现。

本天线装置由衬底层、金属层以及寄生单元共同构成，通过在金属层上设置若干尺寸的开口镂空区域并结合在镂空区域的外侧位置设置寄生单元，通过寄生单元与开口镂空区域的叠加耦合效应实现天线装置的微型化以及高增益的有益效果。天线装置制造方法工艺简单、制造成本低，且制成的天线装置的阻抗低、增益高，可有效满足空中无线通讯的多种性能要求。

因此，本长航时无人机通过在无线模块的天线装置能够提高无人机在高空中的通讯效率，以抵抗频率偏移导致辐射效率大幅下滑的现象。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种无人机的工作方法，包括：

机身和位于机身两侧的机翼；其中所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储。

具体的，通过风力传感器检测当前无人机所在空域中的风向数据，就可以判定无人机在当前飞行中，处于顺风状态还是逆风状态。

关于本无人机的具体结构和工作原理，以及所涉及的无线模块中的天线装置结构在实施例1中已经进行了详细阐述，此处不再赘述。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种无人机，其特征在于，包括：

机身和位于机身两侧的机翼；其中

所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；

所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即

在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储。

2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，

所述发动机适于将产生的电能通过充放电控制模块传输至蓄电池；并且

在机翼的上表面覆盖有光伏板；

所述光伏板适于将太阳能转换为电能也通过充放电控制模块传输至所述蓄电池；

所述蓄电池为无人机的旋翼电机提供电能。

3.如权利要求2所述的无人机，其特征在于，

所述控制模块还与无线模块电性连接，以和地面控制中心传输信号；以及

所述控制模块还与摄像装置电性连接，所述摄像装置位于机身底部，且向下拍摄视频数据，并将视频数据通过无线模块发送至地面控制中心。

4.如权利要求3所述的无人机，其特征在于，

所述无线模块中的天线装置结构包括：

衬底层，在所述衬底层上面设置金属层，所述金属层上面设置寄生单元，金属层位于天线衬底层和寄生单元之间；

所述金属层上设置至少四个开口镂空区域，所述寄生单元位列在相邻的开口之间，寄生单元的数量至少为三个，相邻寄生单元之间的距离相等，寄生单元的尺寸相同，寄生单元内侧区域的开口镂空区域面积相同；

所述天线装置还具有馈电单元，所述馈电单元设置在其中一寄生单元长度方向的中间位置；

所述寄生单元与金属层上的开口镂空区域通过电磁耦合辐射实现叠加耦合。

5.如权利要求4所述的无人机，其特征在于，

所述寄生单元的长度不小于开口镂空区域的长度，寄生单元的宽度不大于量相邻两侧开口镂空区域的宽度。

6.如权利要求5所述的无人机，其特征在于，

所述开口镂空区域分布在金属层上被寄生单元划分在不同区域内，在寄生单元划分形成的区域内，开口镂空区域的数量至少为一个；

并且，在不同区域内，开口镂空区域包括至少一个开口。

7.如权利要求6所述的无人机，其特征在于，

在寄生单元划分形成的外侧区域，所述开口镂空区域的数量为多个时，至少有两个开口镂空区域大小尺寸相同。

8.如权利要求7所述的无人机，其特征在于，

所述寄生单元将金属层划分成若干块规则的形状，即为矩形或正方形。

9.如权利要求8所述的无人机，其特征在于，

所述开口镂空区域的上下边缘离金属层的上下边缘距离不同。

10.一种无人机的工作方法，其特征在于，包括：

机身和位于机身两侧的机翼；其中

所述机身内设有发动机和控制模块，以及与该控制模块电性连接的风力传感器、速度传感器；

所述控制模块适于通过风力传感器和速度传感器判断无人机处于顺风飞行状态或者逆风飞行状态，即

在顺风时，所述控制模块适于将发动机输出的多余电能发送至蓄电池进行存储。