CN110571518B - 一种基于热塑性聚酰亚胺板材的无人机机载天线 - Google Patents

一种基于热塑性聚酰亚胺板材的无人机机载天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于热塑性聚酰亚胺(TPI)板材的无人机机载天线，天线粘合在无人机机翼表面，使得天线呈“
Figure DDA0002206143970000011
”形；所述天线为多层板结构天线，所述多层板结构天线包括底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层，所述电镀铜箔层夹在底部TPI层和顶部TPI层之间；所述天线包括第一垂直臂和第一平行臂，所述第一垂直臂处存在九道缝隙，在底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层间的电性连接孔在机翼上的对应位置打上过孔，将天线的馈线与太阳能电池板的电线一同隐藏在机翼里面。本发明在天线上开缝从而降低天线的整体重量，最大程度减小天线的风阻影响，天线直接与机翼共形贴合，此结构具有很强的可靠性，且保证了天线的使用寿命。

Description

一种基于热塑性聚酰亚胺板材的无人机机载天线
技术领域
本发明涉及一种无人机机载天线相关技术领域，具体为一种稳定接收信号的无人机的结构以及安装方法。
背景技术
随着无人机技术的高速发展，无人机受到越来越多的关注，被广泛应用在诸如军事、农业、科学研究与探索等各个领域。无人机工作时，常常需要与地面控制站进行无线联系。还必须保证无人机在一定距离内，不论飞向任何方向或者做一定角度的俯仰角机动都能收发到由地面传来的信号。受无人机载荷的限制，机载天线的尺寸要小，重量要轻，同时要考虑外形对无人机飞行性能的影响，所以无人机载天线的设计要充分结合无人机的结构和工况。
现在比较成熟的机载天线大多是应用与载人飞机的，由于载人飞机的速度快、加速度大、机翼震颤强等特点，其机载天线往往需要刚性结构来提升抗振动、抗冲击能力。而刚性结构的机载天线有结构复杂、重量大、安装难度高等缺点使得其不能直接应用与动力较小、结构强度较弱的无人机之上。
柔性材料的天线相较于刚性材料的天线拥有重量轻、结构简单、安装方便的优势，很适合应用与无人机。故基于柔性材料来设计一款符合无人机工作需求的机载天线有很强的工程意义。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种更为轻巧且安装更方便的无人机机载天线。
本发明采用的技术方案为：
一种基于热塑性聚酰亚胺(TPI)板材的无人机机载天线，其特征在于，所述天线为多层板结构天线，所述多层板结构天线包括底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层，所述电镀铜箔层夹在底部TPI层和顶部TPI层之间，所述天线包括呈矩形的第一垂直臂导体和带有渐变结构的第一平行臂导体，所述第一垂直臂导体和第一平行臂导体水平放置，且第一垂直臂导体和第一平行臂导体相互靠近的两端分别与馈电线相连组成一个完整的导体，当所述完整的导体用作发射天线时，电信号从天线中心馈入所述完整的导体，当所述完整的导体用作接收天线时，也在天线中心从所述完整的导体中获取接收信号，天线整体呈
Figure BDA0002206143950000021
形，其中呈矩形并有开缝的导体作为地，并与馈线的外皮焊接，带有渐变结构的另一半导体则与馈线的内芯焊接。
优选地，所述第一垂直导体臂宽322mm，所述第一平行导体臂长350mm，第一平行导体臂宽280mm，第一垂直臂导体和第一平行臂导体连接后总长为635mm。
优选地，在第一垂直臂导体处设置九道缝隙，在距第一垂直臂导体顶端37mm处设置第一套缝隙，缝隙的宽度为6mm，缝隙间的宽度为24mm，并依据所述缝隙间的宽度依次设置余下八处缝隙。
优选地，TPI的介电常数3.2，损耗角0.005，所述电镀铜箔层的厚度12微米，重量为250g/平方米。
优选地，所述无人机机载天线通过粘合剂直接粘合在无人机的机翼表面，做到与机翼共形。
优选地，底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层通过孔互相电性连接。
优选地，将无人机机载天线通过粘合剂粘合在无人机的机翼表面，在底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层间的电性连接孔在机翼上的对应位置打上过孔，将天线的馈线与太阳能电池板的电线一同隐藏在机翼里面。
附图说明
图1是本发明天线的结构图；
图2是本发明天线VSWR仿真结果；
图3是不开缝天线的VSWR仿真结果；
图4是本发明天线方向图仿真结果。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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作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。
参照图1，本发明提供一种技术方案：一种基于热塑性聚酰亚胺板材的无人机机载天线，其特征在于，所述天线为多层板结构天线，所述多层板结构天线包括底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层，所述电镀铜箔层夹在底部TPI层和顶部TPI层之间，所述天线包括呈矩形的第一垂直臂导体和带有渐变结构的第一平行臂导体，所述第一垂直臂导体和第一平行臂导体水平放置，且第一垂直臂导体和第一平行臂导体相互靠近的两端分别与馈电线相连组成一个完整的导体，当所述完整的导体用作发射天线时，电信号从天线中心馈入所述完整的导体，当所述完整的导体用作接收天线时，也在天线中心从所述完整的导体中获取接收信号，天线整体呈
Figure BDA0002206143950000041
形，其中呈矩形并有开缝的导体作为地，并与馈线的外皮焊接，带有渐变结构的另一半导体则与馈线的内芯焊接。所述第一垂直臂导体宽322mm，第一平行臂导体长350mm，第一平行臂导体宽280mm，第一垂直臂导体和第一平行臂导体连接后总长为635mm，这种设计使得天线具有低剖面、可共形、结构简单可靠的特性，可以与机翼保持很高的结合度，不会改变无人机的空气流体结构，不易受到外力的影响，只要机翼保持完整，天线的结构就不会改变，因此很适用于无人机的特殊工作环境。之所以将天线设计成这种不对称的结构，是因为这样能够拓展天线的工作带宽，同时能够减少天线的长度，提高天线的实用性，降低天线安装的难度与成本。在所述第一垂直臂导体处设置九道缝隙，在距第一垂直臂导体顶端37mm处设置第一套缝隙，缝隙的宽度为6mm，缝隙间的宽度为24mm。由于要兼顾无人机机载天线轻量化的要求，在天线上加了九道缝隙，以此来减少铜箔的面积，从而降低整个天线的重量。而且加入缝隙设计后，天线的驻波也在一定程度上有了改善。
优选地，TPI的介电常数3.2，损耗角0.005，所述电镀铜箔层的厚度12微米，重量为250g/平方米。
优选地，所述无人机机载天线通过粘合剂直接粘合在无人机的机翼表面，做到与机翼共形。
优选地，底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层通过孔互相电性连接。
优选地，将无人机机载天线通过粘合剂粘合在无人机的机翼表面，在底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层间的电性连接孔在机翼上的对应位置打上过孔，将天线的馈线与太阳能电池板的电线一同隐藏在机翼里面。
由于本天线采用的是柔性材料制作而成，故在安装时可在天线背面涂上粘合剂，然后直接将天线贴合在无人机的机翼表面，做到与机翼共形。在机翼上相应的位置打上过孔，就可以把天线的馈线与太阳能电池板的电线一同隐藏在机翼里面，从而最大程度减小天线的风阻等影响，对无人机气动性能的影响可以忽略不计。整个安装过程十分简单方便，而且此结构具有很强的可靠性，在无人机飞行过程中，天线的工作状态几乎不会受到外力的影响，从而保证了天线的使用寿命。由于天线本身结构简单，制作成本不高，后期维修保养将会非常方便。
由于无人机机翼上覆盖有太阳能电池板，在验证实验时发现其对天线的驻波会产生较大的影响，会严重影响天线的正常工作。经过试验发现，将天线的馈电点放置于两块太阳能电池板的连接处时，因为天线的宽度和太阳能电池板的宽度大致相同，此时会产生较强的耦合效应，从而太阳能电池板对天线驻波的影响会降到最低。此种安装方式结合了太阳能电池板的物理特性，消除了其对天线的不利影响，使得天线能够正常的工作。
图2是本天线的VSWR仿真结果，其工作频率为136MHz-480MHz。图3是不开缝天线的VSWR仿真结果，通过比较图2和图3，可知开缝的设计不会对天线的驻波产生影响，二者结果没有区别。图4是本天线的方向图仿真结果，其近似全向的方向图满足了无人机对机载天线辐射性能的要求，即无人机在任何飞行角度和飞行状态工作时，本天线都可以保证无人机的通讯功能正常。通过实际对比试验得出结论，天线的各项指标满足工程需求，使用上述安装方式安装天线时，机翼对天线驻波没有太大影响，并会使得天线的增益提高，满足工程需求。

Claims (4)

1.一种基于热塑性聚酰亚胺板材的无人机机载天线，其特征在于，所述天线为多层板结构天线，所述多层板结构天线包括底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层，所述电镀铜箔层夹在底部TPI层和顶部TPI层之间，所述天线包括呈矩形的第一垂直臂导体和带有渐变结构的第一平行臂导体，所述第一垂直臂导体和第一平行臂导体水平放置，且第一垂直臂导体和第一平行臂导体相互靠近的两端分别与馈电线相连组成一个完整的导体，当所述完整的导体用作发射天线时，电信号从天线中心馈入所述完整的导体，当所述完整的导体用作接收天线时，也在天线中心从所述完整的导体中获取接收信号，天线整体呈
Figure FDA0004123680170000011
形，其中呈矩形并有开缝的导体作为地，并与馈线的外皮焊接，带有渐变结构的另一半导体则与馈线的内芯焊接；
所述第一垂直导体臂宽322mm，所述第一平行臂导体长350mm，第一平行臂导体宽280mm，第一垂直臂导体和第一平行臂导体连接后总长为635mm；
在所述第一垂直臂导体处设置九道缝隙，在距第一垂直臂导体顶端37mm处设置第一套缝隙，缝隙的宽度为6mm，缝隙间的宽度为24mm，并依据所述缝隙间的宽度依次设置余下八处缝隙；
TPI的介电常数3.2，损耗角0.005，所述电镀铜箔层的厚度12微米，重量为250g/平方米。
2.根据权利要求1所述的无人机机载天线，其特征在于，所述无人机机载天线通过粘合剂直接粘合在无人机的机翼表面，做到与机翼共形。
3.根据权利要求1所述的无人机机载天线，底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层通过孔互相电性连接。
4.根据权利要求2所述的无人机机载天线，其特征在于，将无人机机载天线通过粘合剂粘合在无人机的机翼表面，在底部TPI层、电镀铜箔层和顶部TPI层间的电性连接孔在机翼上的对应位置打上过孔，将天线的馈线与太阳能电池板的电线一同隐藏在机翼里面。
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