CN110830061A - 有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，本发明滤波电路的输入端接入多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、输出端接出给GPS天线，所述滤波电路包括带通滤波器和低通滤波器，带通滤波器和低通滤波器之间并联连接；带通滤波器，用于将GPS天线信号中的射频信号分离；低通滤波器，用于将GPS天线信号中的直流电源信号分离；低通滤波器采用T型低通滤波器，带通滤波器采用LC型带通滤波器。本发明天线滤波器设计电路为无源滤波器电路，具备简单、可靠且能有效抑制系留无人机工作时通过天线接口泄漏和放大的电磁干扰信号，增强无人机抗干扰性能，减小对任务载荷或空间的辐射干扰。
Description
技术领域
本发明涉及多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波技术领域，尤其涉及有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路。
背景技术
目前，多旋翼系留无人机是在普通多旋翼无人机上外挂系留机载电源和超轻型光电复合系留线缆连接地面电源，代替原来的机载电池，从而能长时间滞空悬停工作。多旋翼系留无人机因具备滞空时间长、数据传输速度快、部署时间短等优点而被广泛应用于光电侦察、通信中继、电子对抗等领域。多旋翼系留无人机工作特性为高压强电流，其中系留线缆电压高达1200V，多旋翼电机需持续高速旋转工作，整机功率为数十千瓦，导致无人机对空间的辐射干扰非常大，严重影响其搭载的载荷特别是通信类载荷的作用距离甚至正常工作。因此研究多旋翼系留无人机的电磁兼容性是非常必要和有重要意义的。
当前，国内外系留无人机行业仍处于起步水平，系留无人机常采用以下技术手段进行电磁兼容性设计：①无人机机体常采用航空铝或镁铝合金材料，将机身内部电子元部件的电磁辐射干扰通过金属壳体进行屏蔽，并采取适当的密封导电材料对壳体开口缝隙进行密封；②机体内部线缆采用双层屏蔽并360°环绕；③高压输入端加装轻质特制滤波器；④各电源输入输出、电机电调之间加装滤波电容；⑤通风散热孔处加装蜂窝式波导窗等。通过以上技术手段在一定程度上提高了无人机的电磁兼容性。
由于受到无人机机身重量和体积的限制，且考虑到无人机散热的有效性，上述几种电磁兼容性设计措施往往不能很好地实施，导致无人机内部的电磁干扰信号无法完全滤除和屏蔽，并通过射频天线接口、通风散热孔、导线引出孔、铆接缝等处泄漏，又因无人机无法提供良好的接地面，导致干扰无法及时泄放。在实际测试中发现，即使是在采取了上述电磁兼容设计的无人机上，其电磁泄漏也非常严重，而其中电磁泄漏最严重的地方则是GPS天线接口处的泄漏。这是因为天线对干扰电平产生了天线效应，当干扰电平经天线放大后，如果该干扰天平的频率刚好与所搭载的任务载荷的工作频段相近，就会严重干扰到任务载荷的正常工作，导致视频图像的干扰、通信距离的不稳定等故障，从而严重限制了无人机的可拓展领域。
由于目前的系留无人机行业仍处于起步水平，尚无公开报道对GPS天线接口进行电磁兼容性处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是基于多旋翼系留无人机上的GPS天线载波信号既包含了直流电源信号，又包含了射频信号，采用常规的射频滤波器对该天线接口上的射频信号进行滤波等同于将直流电源信号直接滤除，天线根本无法工作；而目前多旋翼系留无人机均未对GPS天线接口进行电磁兼容性处理，导致无人机在挂载通信侦察类任务载荷工作受电磁干扰大、不稳定可靠，使用受限。本发明提供了解决上述问题的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路。
本发明通过下述技术方案实现：
有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，滤波电路的输入端接入多旋翼系留无人机GPS天线载波信号(即GPS板卡射频信号输出端口)、输出端接出给GPS天线，所述滤波电路包括带通滤波器和低通滤波器，带通滤波器和低通滤波器之间并联连接；带通滤波器，用于将GPS天线信号中的射频信号分离；低通滤波器，用于将GPS天线信号中的直流电源信号分离；结合带通滤波器和低通滤波器将分离出的电源信号和GPS射频信号重新合成干净有效的射频工作信号。
本发明的工作原理是：基于多旋翼系留无人机上的GPS天线载波信号既包含了直流电源信号，又包含了射频信号，采用常规的射频滤波器对该天线接口上的射频信号进行滤波等同于将直流电源信号直接滤除，天线根本无法工作；而目前多旋翼系留无人机均未对GPS天线接口进行电磁兼容性处理，导致无人机在挂载通信侦察类任务载荷工作受电磁干扰大、不稳定可靠，使用受限。本发明采用上述方案将带通滤波器和低通滤波器复合到一起，低通滤波器将GPS天线信号中的直流电源信号分离，带通滤波器将GPS天线信号中的射频信号分离，这样将分离出的电源信号和GPS射频信号重新合成干净有效的射频工作信号，保证基本无损还原了GPS工作频率信号，而对其它频段的干扰信号进行了大幅衰减，从而有效抑制了由于天线接口泄漏而耦合到天线接口上的干扰信号。
本发明能够有效抑制通过多旋翼系留无人机GPS差分天线射频口泄漏出去的电磁干扰，使得电磁辐射干扰不会通过天线增益放大后耦合到所搭载的任务载荷，干扰任务载荷工作频段内的正常信号，减小无人机对外的电磁辐射干扰；本发明能够有效抑制通过多旋翼系留无人机GPS差分天线射频口泄漏进来的电磁干扰，使得经天线增益放大的外来电磁辐射干扰耦合到无人机，干扰无人机正常工作信号电平，提高无人机自身的抗干扰能力。
本发明天线滤波器设计电路为无源滤波器电路，具备简单、可靠且能有效抑制系留无人机工作时通过天线接口泄漏和放大的电磁干扰信号，增强无人机抗干扰性能，减小对任务载荷或空间的辐射干扰。
优选地，所述带通滤波器采用LC型带通滤波器。
优选地，所述带通滤波器包括电容C1、电感L1、电容C2和电感L2，所述电容C1的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L1，电感L1连接输出端GPS天线，电感L2的一端连接电感L1和输出端GPS天线的公共端、另一端接地，电容C2并联在电感L2上。
优选地，所述电容C1的容量为27pF、所述电感L1的感量为18nH、所述电容C2的容量为7pF、所述电感L2的感量为68nH。
优选地，所述低通滤波器采用T型低通滤波器。
优选地，所述低通滤波器包括电感L3、电容C3、电感L4和电容C4，电感L3的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L4，电感L4连接输出端GPS天线，电容C3一端连接电感L3和电感L4的公共端、另一端接地，电容C4与电容C3并联在一起。
优选地，电感L3的感量为6.8μH，电容C3的容量为1μF，电感L4的感量为6.8μH，电容C4的容量为1200pF。
优选地，滤波电路适用于多旋翼系留无人机的GPS天线接口上使用。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，将带通滤波器和低通滤波器复合到一起，低通滤波器将GPS天线信号中的直流电源信号分离，带通滤波器将GPS天线信号中的射频信号分离，这样将分离出的电源信号和GPS射频信号重新合成干净有效的射频工作信号，保证基本无损还原了GPS工作频率信号，而对其它频段的干扰信号进行了大幅衰减，从而有效抑制了由于天线接口泄漏而耦合到天线接口上的干扰信号；
2、本发明有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，本发明天线滤波器设计电路为无源滤波器电路，具备简单、可靠且能有效抑制系留无人机工作时通过天线接口泄漏和放大的电磁干扰信号，增强无人机抗干扰性能，减小对任务载荷或空间的辐射干扰。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的天线滤波器设计原理框图。
图2为本发明有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路图。
图3为本发明的天线滤波器加装前RE102测试图。
图4为本发明的天线滤波器加装后RE102测试图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至图4所示，本发明有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，滤波电路的输入端Vin接入多旋翼系留无人机GPS天线载波信号(即GPS板卡射频信号输出端口)、输出端Vout接出给GPS天线，所述滤波电路包括带通滤波器和低通滤波器，带通滤波器和低通滤波器之间并联连接；带通滤波器，用于将GPS天线信号中的射频信号分离；低通滤波器，用于将GPS天线信号中的直流电源信号分离；结合带通滤波器和低通滤波器将分离出的电源信号和GPS射频信号重新合成干净有效的射频工作信号。
本实施例中，所述带通滤波器采用LC型带通滤波器，所述带通滤波器包括电容C1、电感L1、电容C2和电感L2，所述电容C1的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L1，电感L1连接输出端GPS天线，电感L2的一端连接电感L1和输出端GPS天线的公共端、另一端接地，电容C2并联在电感L2上。
具体地：所述电容C1的容量为27pF、所述电感L1的感量为18nH、所述电容C2的容量为7pF、所述电感L2的感量为68nH。
本实施例中，所述低通滤波器采用T型低通滤波器，所述低通滤波器包括电感L3、电容C3、电感L4和电容C4，电感L3的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L4，电感L4连接输出端GPS天线，电容C3一端连接电感L3和电感L4的公共端、另一端接地，电容C4与电容C3并联在一起。
具体地：电感L3的感量为6.8μH，电容C3的容量为1μF，电感L4的感量为6.8μH，电容C4的容量为1200pF。
如图1、图2所示，通过上述电路结构设计，其带通滤波器通带频率为1200MHz～1650MHz，带内插损≤1dB，带外抑制可达到：DC～200MHz≥40dB，200～800MHz≥30dB，800～1000MHz≥20dB，驻波比：≤1.4。
如图3、图4所示，图3为天线滤波器加装前RE102测试图，图4为天线滤波器加装后RE102测试图，通过对无人机加装天线滤波器前后的试验对比测试表明，该天线滤波器对抑制无人机电磁辐射干扰效果明显。
工作原理是：本发明将带通滤波器和低通滤波器复合到一起，低通滤波器将GPS天线信号中的直流电源信号分离，带通滤波器将GPS天线信号中的射频信号分离，这样将分离出的电源信号和GPS射频信号重新合成干净有效的射频工作信号，保证基本无损还原了GPS工作频率信号，而对其它频段的干扰信号进行了大幅衰减，从而有效抑制了由于天线接口泄漏而耦合到天线接口上的干扰信号。本发明滤波电路适用于多旋翼系留无人机的GPS天线接口上使用；本发明能够有效抑制通过多旋翼系留无人机GPS差分天线射频口泄漏出去的电磁干扰，使得电磁辐射干扰不会通过天线增益放大后耦合到所搭载的任务载荷，干扰任务载荷工作频段内的正常信号，减小无人机对外的电磁辐射干扰；本发明能够有效抑制通过多旋翼系留无人机GPS差分天线射频口泄漏进来的电磁干扰，使得经天线增益放大的外来电磁辐射干扰耦合到无人机，干扰无人机正常工作信号电平，提高无人机自身的抗干扰能力。
本发明天线滤波器设计电路为无源滤波器电路，具备简单、可靠且能有效抑制系留无人机工作时通过天线接口泄漏和放大的电磁干扰信号，增强无人机抗干扰性能，减小对任务载荷或空间的辐射干扰。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，滤波电路的输入端接入多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、输出端接出给GPS天线，所述滤波电路包括带通滤波器和低通滤波器，带通滤波器和低通滤波器之间并联连接；带通滤波器，用于将GPS天线信号中的射频信号分离；低通滤波器，用于将GPS天线信号中的直流电源信号分离。
2.根据权利要求1所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，所述带通滤波器采用LC型带通滤波器。
3.根据权利要求2所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，所述带通滤波器包括电容C1、电感L1、电容C2和电感L2，所述电容C1的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L1，电感L1连接输出端GPS天线，电感L2的一端连接电感L1和输出端GPS天线的公共端、另一端接地，电容C2并联在电感L2上。
4.根据权利要求3所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，所述电容C1的容量为27pF、所述电感L1的感量为18nH、所述电容C2的容量为7pF、所述电感L2的感量为68nH。
5.根据权利要求1所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，所述低通滤波器采用T型低通滤波器。
6.根据权利要求5所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电感L3、电容C3、电感L4和电容C4，电感L3的一端连接输入端多旋翼系留无人机GPS天线载波信号、另一端连接电感L4，电感L4连接输出端GPS天线，电容C3一端连接电感L3和电感L4的公共端、另一端接地，电容C4与电容C3并联在一起。
7.根据权利要求6所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，电感L3的感量为6.8μH，电容C3的容量为1μF，电感L4的感量为6.8μH，电容C4的容量为1200pF。
8.根据权利要求1所述的有效抑制多旋翼系留无人机射频天线电磁辐射的滤波电路，其特征在于，滤波电路适用于多旋翼系留无人机的GPS天线接口上使用。
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