CN110797628A - 一种应用于uav的顶部加载套筒天线 - Google Patents

一种应用于uav的顶部加载套筒天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110797628A
CN110797628A CN201911104175.6A CN201911104175A CN110797628A CN 110797628 A CN110797628 A CN 110797628A CN 201911104175 A CN201911104175 A CN 201911104175A CN 110797628 A CN110797628 A CN 110797628A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
sleeve
uav
monopole antenna
loaded
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201911104175.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110797628B (zh
Inventor
杨凌升
徐诗豪
徐敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN201911104175.6A priority Critical patent/CN110797628B/zh
Publication of CN110797628A publication Critical patent/CN110797628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110797628B publication Critical patent/CN110797628B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，涉及天线技术领域，解决了现有的天线往往不能实现低剖面，设计复杂且频带不够宽的问题。其包括地板，所述地板上连接有套筒单极子天线；所述套筒单极子天线顶部连接有顶部加载，顶部加载从上至下依次包括上圆盘以及大端向上的盘锥部；底板与上圆盘之间连接有若干短路柱，使天线在低频处增加一个谐振点；所述上圆盘的上表面开设有环形槽，使天线的带宽增加而且整个工作频段向低频移动。达到了天线低剖面，小型化，宽频带的效果。

Description

一种应用于UAV的顶部加载套筒天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种应用于UAV的顶部加载套筒天线。
背景技术
根据我国《中华人民共和国无线电频率划分规定》及中国频谱使用情况，规划840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz频段用于无人驾驶航空器系统，其中2408-2440MHz频段作为备份频段。应用于UAV（无人驾驶飞行器）的天线能够实现低剖面，小型化和宽频带是当前设计中急需解决的问题，目前应用于UAV的天线希望覆盖840.5-845MHz、1430-1444MHz这两个频段，并具有水平全向性。在国际上，0.96-1.164GHz用于无人机业务的陆地视距通信。
上述天线往往不能实现低剖面，设计复杂且不能同时覆盖840.5-845MHz、1430-1444MHz、0.96-1.164GHz这三个频段。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其具有低剖面，小型化，宽频带的优点。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，包括地板，所述地板上连接有套筒单极子天线；
所述套筒单极子天线顶部连接有顶部加载，顶部加载从上至下依次包括上圆盘以及大端向上的盘锥部；
底板与上圆盘之间连接有若干短路柱，使天线在低频处增加一个谐振点；
所述上圆盘的上表面开设有环形槽，使天线的带宽增加而且整个工作频段向低频移动。
更进一步地，所述套筒单极子天线为FR4介质基板制成的天线。
更进一步地，套筒单极子天线使天线在1.4GHz时有-10dB以下的谐振点。
更进一步地，套筒单极子天线连接顶部加载后，天线同样在1.4GHz时趋向于有一个谐振点。
更进一步地，套筒单极子天线连接顶部加载后，天线高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为工作频段下限频率所对应的波长。
更进一步地，所述短路柱绕套筒单极子天线均匀分布有八个。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一：能够覆盖840-1600MHz,满足覆盖840.5-845MHz、1430-1444MHz这两个频段，具有较宽的频带；
第二：该天线能够实现低剖面，小型化，满足航空电子的应用；
第三：相比于以往结构比较复杂的天线，本天线结构设计简单，仅仅使用简单的金属天线段实现宽频带，制作简单；
第四：该天线使用FR4材料作为介质基板，价格以及生产成本适中，有较好的市场前景。
附图说明
图1是本发明整体结构的主视图；
图2是本发明整体结构的俯视图；
图3是天线结构变化过程示意图；
图4是对应图3天线结构变化S11效果图；
图5是天线2分别在1.32GHz和0.98GHz两个频率下的电场方向图；
图6是天线3分别在1.32GHz和0.98GHz两个频率下的电场方向图；
图7是天线在0.92GHz时E面和H面的方向图；
图8是天线在1GHz时E面和H面的方向图；
图9是天线在1.45GHz时E面和H面的方向图。
图中，1、地板；2、套筒单极子天线；3、上圆盘；31、盘锥部；32、环形槽；4、短路柱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，本实施例不构成对本发明的限制。
如图1和图2所示，本天线是一个带有盘锥结构的顶部加载套筒天线，整体高26.6mm，最大半径82mm，包括半径82mm的圆形地板，地板上连接有套筒单极子天线，套筒单极子天线底部半径8.5mm，高6.5mm，套筒单极子天线为FR4介质基板制成，使天线在1.4GHz时有-10dB以下的谐振点。
如图1所示，套筒单极子天线顶部连接有顶部加载，顶部加载从上至下依次包括半径82mm的上圆盘以及大端向上的盘锥部，盘锥部的斜边长为22.8mm,倾斜角度为，小端半径14.5mm，高18mm。套筒单极子天线套筒单极子天线连接顶部加载后，天线同样在1.4GHz时趋向于有一个谐振点，天线高度
Figure DEST_PATH_IMAGE008
变到
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
为工作频段下限频率所对应的波长，降低了天线整体的物理高度，优化了天线尺寸。
如图1所示，底板与上圆盘之间连接有若干短路柱，使天线在低频处增加一个谐振点。本实施例中，短路柱绕套筒单极子天线均匀分布有八个；短路柱高25mm，直径0.3mm。
如图2所示，上圆盘的上表面开设有环形槽，上圆盘包括基板以及基板上的铜皮，环形槽由刻蚀机把表面铜皮去除一个圆环而成，槽深等于铜皮的厚度。环形槽内侧半径25mm，槽宽5mm，使天线的带宽增加而且整个工作频段向低频移动。
如图3所示，其演变过程如下：
天线1是一个简单的套筒天线，高度为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
，为工作频段下限频率所对应的波长，对应图4中回波损耗在1.4GHz时有-10dB以下的谐振点；
天线2加入了带有盘锥结构的顶部加载，这时天线同样在1.4GHz时趋向于有一个谐振点，天线高度由
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
变到
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，成功的将天线的高度降低。由此可见，因为天线加入了带有盘锥结构的顶部加载，所以天线的高度才能得到有效的降低，并且带宽稍有变宽；
天线2到天线3是加入了8个对称分布的短路柱,由图4可以看出加入短路柱后，S11图在低频处增加了一个谐振点；
图4中，顶部加载天线表面开圆环的天线4比未开圆环的天线3带宽增加而且谐振点向低频移动，这是由于额外的圆环的加载增加了电流路径从而使谐振点往低频移动，并且扩大了工作带宽使天线的工作频段，由0.87-1.48GHz扩大到0.84-1.6GHz。
图5和图6分别是天线加入短路柱前后上下两表面之间的电场方向变化图，我们可以根据图5和图6分析短路柱加入后低频处产生谐振点的过程。其中，0.98GHz和1.32GHz是天线3在低频和高频处的谐振点，传输模式是根据电场沿盘锥半径方向的半驻波数和电场沿表面半径方向的半驻波数决定的。对比图5和图6可以发现，在1.32GHz时，两个天线的传输模式为TM02模式，传输模式相同，在0.98GHz时，两个天线的传输模式分别为TM02模式和TM01模式，传输模式不同，因此短路柱的加入改变了低频处的传输方式，对应图3中天线3在低频处新产生了一个谐振点。
在谐振点f=0.92GHz、f=1.45GHz，以及中心频点f=1GHz处的E面和H面，方向图如图7、图8、图9所示。由这三个图中可见，该天线的辐射方向图关于主轴Z轴几乎是对称的，且E面近似为“8”字，H面近似为全向辐射。f=0.92GHz时，E面最大增益为0.72dB,最大辐射方向偏离主轴30度，H面最大增益为0.8dB,辐射方向近乎全向；f=1GHz时E面最大增益为0.65dB，最大辐射方向偏离主轴30度,H面最大增益为0.75dB,辐射方向近乎全向；f=1.45GHz时，E面最大增益为1.49dB,最大辐射方向偏离主轴30度,H面最大增益为-0.56dB,辐射方向近乎全向。由此可见在整个工作频段内，辐射稳定，满足UAV天线全向辐射的要求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，不用于限制本发明，本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：
包括地板（1），所述地板（1）上连接有套筒单极子天线（2）；
所述套筒单极子天线（2）顶部连接有顶部加载，顶部加载从上至下依次包括上圆盘（3）以及大端向上的盘锥部（31）；
底板与上圆盘（3）之间连接有若干短路柱（4），使天线在低频处增加一个谐振点；
所述上圆盘（3）的上表面开设有环形槽（32），使天线的带宽增加而且整个工作频段向低频移动。
2.根据权利要求1所述的一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：所述套筒单极子天线（2）为FR4介质基板制成的天线。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：套筒单极子天线（2）使天线在1.4GHz时有-10dB以下的谐振点。
4.根据权利要求3所述的一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：套筒单极子天线（2）连接顶部加载后，天线同样在1.4GHz时趋向于有一个谐振点。
5.根据权利要求1所述的一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：套筒单极子天线（2）连接顶部加载后，天线高度为
Figure 986813DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 576057DEST_PATH_IMAGE004
为工作频段下限频率所对应的波长。
6.根据权利要求1所述的一种应用于UAV的顶部加载套筒天线，其特征在于：所述短路柱（4）绕套筒单极子天线（2）均匀分布有八个。
CN201911104175.6A 2019-11-09 2019-11-09 一种应用于uav的顶部加载套筒天线 Active CN110797628B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911104175.6A CN110797628B (zh) 2019-11-09 2019-11-09 一种应用于uav的顶部加载套筒天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911104175.6A CN110797628B (zh) 2019-11-09 2019-11-09 一种应用于uav的顶部加载套筒天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110797628A true CN110797628A (zh) 2020-02-14
CN110797628B CN110797628B (zh) 2022-01-04

Family

ID=69444276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911104175.6A Active CN110797628B (zh) 2019-11-09 2019-11-09 一种应用于uav的顶部加载套筒天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110797628B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751176A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种机载低频低高度宽带全向天线
CN114336059A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 电子科技大学 一种应用于vhf/uhf频段的低剖面小型化可调谐天线

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006074206A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd 頂部容量負荷型アンテナ
CN101194441A (zh) * 2005-04-07 2008-06-04 索尼爱立信移动通讯股份有限公司 天线装置
US20090289865A1 (en) * 2008-05-23 2009-11-26 Harris Corporation Folded conical antenna and associated methods
CN103066379A (zh) * 2013-01-18 2013-04-24 西安电子科技大学 一种宽带低剖面锥形套筒单极子天线
JP5656779B2 (ja) * 2011-09-01 2015-01-21 三菱電機株式会社 アンテナ装置
CN207265216U (zh) * 2017-09-22 2018-04-20 深圳市普方众智精工科技有限公司 一种宽频带全向吸顶天线
CN109149084A (zh) * 2018-07-27 2019-01-04 西安电子科技大学 一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006074206A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd 頂部容量負荷型アンテナ
CN101194441A (zh) * 2005-04-07 2008-06-04 索尼爱立信移动通讯股份有限公司 天线装置
US20090289865A1 (en) * 2008-05-23 2009-11-26 Harris Corporation Folded conical antenna and associated methods
JP5656779B2 (ja) * 2011-09-01 2015-01-21 三菱電機株式会社 アンテナ装置
CN103066379A (zh) * 2013-01-18 2013-04-24 西安电子科技大学 一种宽带低剖面锥形套筒单极子天线
CN207265216U (zh) * 2017-09-22 2018-04-20 深圳市普方众智精工科技有限公司 一种宽频带全向吸顶天线
CN109149084A (zh) * 2018-07-27 2019-01-04 西安电子科技大学 一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ZHI-YA ZHANG等: "A wideband dual-sleeve monopole antenna for indoor base station application", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
董金涛: "低剖面宽带全向天线研究", 《CNKI优秀硕士学位论文全文库》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112751176A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种机载低频低高度宽带全向天线
CN114336059A (zh) * 2022-01-07 2022-04-12 电子科技大学 一种应用于vhf/uhf频段的低剖面小型化可调谐天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN110797628B (zh) 2022-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8669907B2 (en) Ultra-wideband miniaturized omnidirectional antennas via multi-mode three-dimensional (3-D) traveling-wave (TW)
US6606061B2 (en) Broadband circularly polarized patch antenna
US6667721B1 (en) Compact broad band antenna
Zuo et al. Enhanced bandwidth of low-profile sleeve monopole antenna for indoor base station application
US7443350B2 (en) Embedded multi-mode antenna architectures for wireless devices
CN105186116A (zh) 一种宽带单极子微带天线
CN112615144B (zh) 制造电容耦合双频带天线的方法
JP2007097115A (ja) パッチアンテナ
KR20030080217A (ko) 소형 광대역 고리형 마이크로스트립 패치 안테나
CN110797628B (zh) 一种应用于uav的顶部加载套筒天线
Su et al. Low‐cost flat metal‐plate dipole antenna for 2.4/5‐GHz WLAN operation
CN106848548B (zh) 用于能量收集的低剖面多频平面螺旋缝隙天线
CN210111029U (zh) 一种双频天线及飞行器
TWI736933B (zh) 天線結構
US11095035B2 (en) Broad band dipole antenna
CN109149087B (zh) 一种低剖面高增益超宽带天线
Sharma et al. A new triple band hybrid fractal boundary antenna
CN110739546A (zh) 一种渐变型巴伦馈电的宽带全向偶极子天线
CN106887719B (zh) 小型化宽带斜极化全向天线
CN104051849A (zh) 一种紧凑型宽带八角形槽天线
CN107645046B (zh) 一种小型化车载单鞭天线及超宽带或多频段全向天线
Hong et al. A High-Performance Radome for Millimeter Wave Antenna Applications
Chen et al. Printed broadband monopole antenna for WLAN/WiMAX applications
JP2014179859A (ja) 広帯域無指向性アンテナ
JP5568368B2 (ja) 広帯域アンテナ装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant