CN109494451A - 一种天线及无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种天线及无人飞行器，天线设置于无人飞行器内部，天线包括第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元和第二天线单元设置于基板的同一表面上；其中，第一天线单元包括第一主辐射单元和第一副辐射单元，第二天线单元包括第二主辐射单元和第二副辐射单元，第一主辐射单元和第二主辐射单元之间设有间隙；第一副辐射单元连接于第一主辐射单元远离第二主辐射单元的一侧末端，第二副辐射单元连接于第二主辐射单元远离第一主辐射单元的一侧末端，第一副辐射单元和第二副辐射单元位于基板的同一侧。通过上述方式，本发明实施例缩小了天线的尺寸，能够安装于无人飞行器内部。

Description

一种天线及无人飞行器
技术领域
本发明实施例涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线及无人飞行器。
背景技术
天线是用来发射或接收电磁波的通信元件，被广泛应用在无线通信电子设备中。随着机器人、无人飞行器的兴起以及对于小型化的需求，天线不断向着小型化方向发展。对于无人飞行器而言，不仅空间的局限对天线的尺寸有所要求，还希望天线的辐射能够全向均匀覆盖。
现有的无人机天线，一般为2.4GHz和/或5.8GHz微带天线，类似于900M天线的低频天线由于其具有较好的接收增益和抗干扰能力，也逐渐被应用于无人机上，但该类型的天线尺寸较大，只能放置于无人机外部，使其使用受到了一定影响。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题如何缩小天线的尺寸。
本发明采用的一个技术方案是：提供一种天线，设置于无人飞行器内部，所述天线包括第一天线单元；以及
第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元设置于基板(200)的同一表面上；
其中，所述第一天线单元包括第一主辐射单元和第一副辐射单元，所述第二天线单元包括第二主辐射单元和第二副辐射单元，所述第一主辐射单元和所述第二主辐射单元之间设有间隙；
所述第一副辐射单元连接于所述第一主辐射单元远离所述第二主辐射单元的一侧末端，所述第二副辐射单元连接于所述第二主辐射单元远离所述第一主辐射单元的一侧末端，所述第一副辐射单元和所述第二副辐射单元位于所述基板的同一侧。
可选地，所述第一主辐射单元和所述第二主辐射单元沿所述基板的第一方向设置，所述第一副辐射单元和所述第二副辐射单元沿所述基板的第二方向设置，所述第一方向不平行于所述第二方向。
在一实施例中，所述第一方向为所述基板的垂直方向，所述第二方向为所述基板的水平方向。
在一实施例中，所述第一副辐射单元和所述第二副辐射单元之间的距离沿所述基板的水平方向逐渐减小。
在一实施例中，所述第一主辐射单元和所述第二主辐射单元沿所述基板的垂直方向对称设置。
可选地，所述第一主辐射单元呈倒梯形结构，所述第二主辐射单元呈梯形结构，所述第一副辐射单元自所述倒梯形结构的其中一个顶角水平延伸形成，所述第二副辐射单元自所述梯形结构的其中一个底角斜向上延伸形成。
在一些实施例中，所述第一主辐射单元上或所述第二主辐射单元上设置有开槽，所述开槽的开口远离所述另一主辐射单元。
可选地，所述天线还包括馈电线，所述馈电线位于所述开槽内。
在一实施例中，所述馈电线包括外导体和内导体；
所述开槽设置于所述第一主辐射单元，所述内导体连接于所述第二主辐射单元靠近所述第一主辐射单元的一端，所述外导体连接于所述第一主辐射单元靠近所述第二主辐射单元的一端。
在一实施例中，所述第一天线单元和所述第二天线单元均为金属片。
本发明实施例还提供一种无人飞行器，所述无人飞行器内部设置有基板，在所述基板上设置有如上所述的天线。
可选地，所述无人飞行器为垂直起降型固定翼无人飞行器；
其中，所述基板和所述天线设置于所述无人飞行器的尾翼。
本发明实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例的天线包括设置于基板同一表面上的第一天线单元和第二天线单元，其中，第一天线单元包括第一主辐射单元和第一副辐射单元，第二天线单元包括第二主辐射单元和第二副辐射单元，第一主辐射单元和第二主辐射单元之间设有间隙；第一副辐射单元连接于第一主辐射单元远离第二主辐射单元的一侧末端，第二副辐射单元连接于第二主辐射单元远离第一主辐射单元的一侧末端，第一副辐射单元和第二副辐射单元位于基板的同一侧，通过在第一主辐射单元和第二主辐射单元相互远离的一侧末端分别设置第一副辐射单元和第二副辐射单元，使得流经第一天线单元和第二天线单元的电流的有效路径延长，从而缩小了天线的尺寸，降低了天线的高度和/或宽度，实现了天线的小型化，使其能够安装于无人飞行器内部。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的天线的示意图；
图2是本发明实施例提供的第一天线单元和第二天线单元的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一天线的示意图；
图4是发明实施例提供的馈电线与第一天线单元和第二天线单元连接的示意图；
图5是本发明实施例提供的天线安装于无人飞行器内部的示意图；
图6是本发明实施例提供的天线的散射参数示意图；
图7是本发明实施例提供的天线在900MHz的方向图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书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。本说明书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，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/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。
如图1-4所示，本发明实施例提供一种天线100。天线100可选地为全向天线。天线100安装于无人飞行器内部。该天线100包括基板200和设置于基板200同一表面上的第一天线单元10、第二天线单元20。
上述基板200为绝缘介质，可为塑料板，如聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)板或者为由FR4等级的材质制成的基板。具体的，FR4是一种耐燃材料等级的代号，所代表的意思是树脂材料经过燃烧状态必须能够自行熄灭的一种材料规格，它不是一种材料名称，而是一种材料等级，目前所用的FR4等级材料有非常多的种类，例如，以所谓的四功能(Tera-Function)的环氧树脂加上填充剂(Filler)以及玻璃纤维所做出的复合材料。
在本实施例中，上述基板200设置于可移动物体内部，例如可以设置于无人飞行器、地面无人车、机器人、水下机器人、或者船的内部。可以理解的是，在一些实施方式中，上述基板200可以是可移动物体(例如无人飞行器)内部的任何绝缘性部件，例如，基板200可以是无人飞行器的机臂、尾翼等。
第一天线单元10和第二天线单元20均为金属片。这两个天线单元可通过光刻腐蚀方法形成于基板200的表面。在其他实施方式中，也可以将金属片制成上述天线单元后再固定于上述基板200的表面。第一天线单元10和第二天线单元200的尺寸决定了天线100的工作频段。
其中，第一天线单元10包括第一主辐射单元11和第一副辐射单元12，第二天线单元20包括第二主辐射单元21和第二副辐射单元22。第一主辐射单元11和第二主辐射单元21之间设有间隙，两者之间设置有预设距离。第一副辐射单元12连接于第一主辐射单元11远离第二主辐射单元21的一侧末端，第二副辐射单元22连接于第二主辐射单元21远离第一主辐射单元11的一侧末端。优选地，第一副辐射单元12和第二副辐射单元22位于基板200的同一侧。在其他实施方式中，第一副辐射单元12和第二副辐射单元22可以分别位于基板200的两侧。
通过在第一主辐射单元11和第二主辐射单元21相互远离的一侧末端分别设置第一副辐射单元12和第二副辐射单元22，使得流经第一天线单元10和第二天线单元20的电流的有效路径延长，从而缩小了天线的尺寸，降低了天线的高度和/或宽度，实现了天线的小型化，使其能够安装于无人飞行器等可移动物体的内部。
第一主辐射单元11和第二主辐射单元21沿基板200的第一方向设置，第一副辐射单元12和第二副辐射单元22沿基板200的第二方向设置，第一方向不平行于第二方向。在一种实施方式中，第一方向与第二方向相互垂直。例如，第一方向为垂直方向(图1所示的Y方向)，第二方向为水平方向(图1所示的X方向)。
为了进一步降低天线100的空间尺寸，第一副辐射单元12和第二副辐射单元22之间的距离沿基板200的水平方向(X方向)逐渐减小。例如，如图1所示，第一副辐射单元12沿水平方向(X方向)设置，第二副辐射单元22往靠近第一副辐射单元12的一侧倾斜。
第一主辐射单元11和第二主辐射单元21可根据不同的需求，相应变化形状，如采用梯形、矩形、椭圆形、锥形、六边形等，第一主辐射单元11和第二主辐射单元21的形状可以一样，也可以不一样，例如，第一主辐射单元11采用矩形，第二主辐射单元21采用椭圆形。
在一些实施方式中，在第一主辐射单元11和第二主辐射单元21的形状一样时，第一主辐射单元11和第二主辐射单元21沿基板200的垂直方向(Y方向)对称设置，以更好地达到全向均匀的辐射效果。
示例性地，第一主辐射单元11呈倒梯形结构，第二主辐射单元21呈梯形结构，第一副辐射单元12自倒梯形结构的其中一个顶角水平延伸形成，第二副辐射单元22自梯形结构的其中一个底角斜向上延伸形成，使得第一副辐射单元12和第二副辐射单元22之间的距离沿基板200的水平方向(X方向)逐渐减小。
具体地，如图2中所示，第一主辐射单元11包括相互平行的第一上底111和第一下底112，以及连接第一上底111和第一下底112的两条第一侧边113，第一上底111的长度大于第一下底112的长度，第一副辐射单元12由第一上底111和其中一条第一侧边113水平延伸形成。在一些实施方式中，第一副辐射单元12的上边缘和第一上底111的上边缘重合。
第二主辐射单元21包括相互平行的第二上底121和第二下底122，以及连接第二上底121和第二下底122的两条第二侧边123，第二上底121和第一上底111之间设置有预设距离。第二上底121的长度小于第二下底122的长度，第二副辐射单元22由第二下底122的其中一条第二侧边123斜向上延伸形成。
需要说明的是，除图中示出的矩形外，第一副辐射单元12和第二副辐射单元22也可以采用其他形状，如梯形、椭圆形、锥形等；第一副辐射单元12和第二副辐射单元22的形状可以一样，也可以不一样，例如，第一副辐射单元12采用矩形，第二副辐射单元22采用椭圆形。
在一些实施方式中，第一副辐射单元12和/或第二副辐射单元22的侧边还可以采用锯齿形、波浪形或其他不规则形状。
为了调节天线100的阻抗，使得天线100的性能更加稳定，第一主辐射单元11上或第二主辐射单元21上设置有开槽114。如图2所示，开槽114的开口远离另一主辐射单元。
在一实施方式中，开槽114设置于第一主辐射单元11，开槽114自第一主辐射单元11远离第二主辐射单元21的一侧向靠近第二主辐射单元21的方向开设。
具体地，开槽114的开口位于第一上底111，开槽114的底边与第一下底112平行并距离第一下底112一定距离，开槽114的宽度随着开槽114的深度逐渐减小，亦即，开槽114的形状为倒梯形。在其他实施例中，开槽114的形状可以为矩形、月形、椭圆形、梯形或倒梯形等，开槽114的宽度和深度本实施例对此不作限定，可以由设计优化确定。
如图3-4所示，该天线100还包括馈电线30。馈电线30位于开槽114内。可选地，基板200在与开槽114对应的区域内设置有卡口210，卡口210用于将馈电线30固定于开槽114中。
馈电线30的一端剥去外被、编织层，可获得外导体31，继续剥去透明薄膜绝缘层32，可获得内导体33。内导体33连接于第二主辐射单元21靠近第一主辐射单元11的一端，外导体31连接于第一主辐射单元11靠近第二主辐射单元21的一端。
可以理解的是，在开槽114设置于第二主辐射单元21上时，外导体31连接于第二主辐射单元21靠近第一主辐射单元11的一端，内导体33连接于第一主辐射单元11靠近第二主辐射单元21的一端。
当第二副辐射单元22自梯形结构的其中一个底角斜向上延伸形成时，可直接利用可移动物体的内部空间将天线100设置于该可移动物体内部。例如，如图5所示，可以将天线100内置于无人飞行器300的尾翼，实现天线100与无人飞行器300的内部结构共形。
请参阅图6，本实施例提供的天线100可工作在860MHz-960MHz，带宽为100MHz，可满足常用的900MHz频段的覆盖。
请参阅图7，本实施例提供的天线100在900MHz的最大辐射方向为水平方向区域，基本上可实现全方向覆盖，且其高度为70mm，显著低于常规900MHz天线的高度(为常规900MHz天线高度的42％)，厚度仅为0.7mm。
在一些实施方式中，天线100的工作频段为900MHz，在另一些实施方式中，天线100其亦可用于其他无线通信的频段。
本实施例还提供一种无人飞行器，可以将天线100内置于所述无人飞行器内。天线100的基板200可以是无人飞行器内部的任何绝缘性部件。在一些实施方式中，该无人飞行器为垂直起降型固定翼无人飞行器，该天线100设置于该无人飞行器的尾翼。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本发明内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种天线(100)，设置于无人飞行器内部，其特征在于，所述天线(100)包括：
第一天线单元(10)；以及
第二天线单元(20)，所述第一天线单元(10)和所述第二天线单元(20)设置于基板(200)的同一表面上；
其中，所述第一天线单元(10)包括第一主辐射单元(11)和第一副辐射单元(12)，所述第二天线单元(20)包括第二主辐射单元(21)和第二副辐射单元(22)，所述第一主辐射单元(11)和所述第二主辐射单元(21)之间设有间隙；
所述第一副辐射单元(12)连接于所述第一主辐射单元(11)远离所述第二主辐射单元(21)的一侧末端，所述第二副辐射单元(22)连接于所述第二主辐射单元(21)远离所述第一主辐射单元(11)的一侧末端，所述第一副辐射单元(12)和所述第二副辐射单元(22)位于所述基板(200)的同一侧。
2.根据权利要求1所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一主辐射单元(11)和所述第二主辐射单元(21)沿所述基板(200)的第一方向设置，所述第一副辐射单元(12)和所述第二副辐射单元(22)沿所述基板(200)的第二方向设置，所述第一方向不平行于所述第二方向。
3.根据权利要求2所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一方向为所述基板(200)的垂直方向，所述第二方向为所述基板(200)的水平方向。
4.根据权利要求3所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一副辐射单元(12)和所述第二副辐射单元(22)之间的距离沿所述基板(200)的水平方向逐渐减小。
5.根据权利要求3或4所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一主辐射单元(11)和所述第二主辐射单元(21)沿所述基板(200)的垂直方向对称设置。
6.根据权利要求1所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一主辐射单元(11)呈倒梯形结构，所述第二主辐射单元(21)呈梯形结构，所述第一副辐射单元(12)自所述倒梯形结构的其中一个顶角水平延伸形成，所述第二副辐射单元(22)自所述梯形结构的其中一个底角斜向上延伸形成。
7.根据权利要求1所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一主辐射单元(11)上或所述第二主辐射单元(21)上设置有开槽(114)，所述开槽(114)的开口远离所述另一主辐射单元。
8.根据权利要求7所述的天线(100)，其特征在于，
所述天线(100)还包括馈电线(30)，所述馈电线(30)位于所述开槽(114)内。
9.根据权利要求8所述的天线(100)，其特征在于，
所述馈电线(30)包括外导体(31)和内导体(33)；
所述开槽(114)设置于所述第一主辐射单元(11)，所述内导体(33)连接于所述第二主辐射单元(21)靠近所述第一主辐射单元(11)的一端，所述外导体(31)连接于所述第一主辐射单元(11)靠近所述第二主辐射单元(21)的一端。
10.根据权利要求1所述的天线(100)，其特征在于，
所述第一天线单元(10)和所述第二天线单元(20)均为金属片。
11.一种无人飞行器，所述无人飞行器内部设置有基板(200)，其特征在于，在所述基板(200)上设置有如权利要求1-10中任一项所述的天线(100)。
12.根据如权利要求11所述的无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器为垂直起降型固定翼无人飞行器；
其中，所述基板(200)和所述天线(100)设置于所述无人飞行器的尾翼。
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