CN110854512A - 一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，涉及天线技术领域，解决了现有的特种无人机天线只覆盖wifi频段，尺寸往往较大，设计复杂的问题。其安装于地平面上，地平面上开设有长方形闭槽，闭槽中嵌入有介质基板，介质基板上设有馈电枝条结构，馈电枝条结构包括直接与地相接的短路枝条，短路枝条包括水平的水平短路条以及连接于水平短路条下侧的两竖直短路条；短路枝条上连接有电感元件，激发低频处的模式，增强高频处的阻抗匹配；短路枝条上连接有电容元件，增强低频处的模式，改善高频处的阻抗匹配，电容元件和电感元件组成LC回路。达到了具有较宽的频带，实现低剖面、小型化，便于与无人机尾翼共形，满足航空电子应用的效果。

Description

一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线。
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。而在国际上0.96-1.164GHz用于无人机业务的陆地视距通信。为了实现实时导航、避免碰撞、精准定位、避免干扰等需求，需要无人机天线尽可能多的覆盖多个频段，并具有水平全向性。
目前一般市场上的无人机天线针对的是WIFI频段。对特种无人机而言，上文所提各种频段，往往单个天线不能全部覆盖，而能够全覆盖的机载天线，其尺寸往往较大，且设计复杂不能较好的与无人机共形。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其具有较宽的频带，可覆盖更多的无人机用频带，实现低剖面、小型化，便于与无人机尾翼共形，满足航空电子的应用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，安装于地平面上，
所述地平面上开设有长方形闭槽，所述闭槽中嵌入有介质基板，介质基板上设有馈电枝条结构，所述馈电枝条结构包括直接与地相接的短路枝条，短路枝条包括水平的水平短路条以及连接于水平短路条下侧的两竖直短路条，其中更靠近水平短路条外端的竖直短路条上连接有馈电端口；
所述短路枝条上连接有电感元件，激发低频处的模式，增强高频处的阻抗匹配；
所述短路枝条上连接有电容元件，增强低频处的模式，改善高频处的阻抗匹配，电容元件和电感元件组成LC回路。
更进一步地，所述介质基板为FR4介质基板。
更进一步地，电感元件连接于更靠近水平短路条中部的竖直短路条上。
更进一步地，电容元件位于水平短路条上。
更进一步地，所述闭槽长129mm，宽3mm，介质基板与闭槽一端之间间距15mm。
更进一步地，所述水平短路条与闭槽上侧之间间距0.2mm，两竖直短路条之间开设有6.5mm的槽，两竖直短路条与介质基板对应端之间亦开设槽口，其中一槽口长19.5mm。
更进一步地，所述电感元件为12nH的电感。
更进一步地，所述电容元件为2pF的电容。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一：能够覆盖0.69GHz-2.79GHz,满足覆盖840.5-845MHz、1430-1444MHz、2408-2440MHz、0.96-1.164GHz这四个频段，具有较宽的频带；
第二：该天线能够实现低剖面，小型化，实现与无人机尾翼共形，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是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明安装结构示意图；
图3是本发明中介质基板部分的结构示意图；
图4是本发明结构变化过程示意图；
图5是对应图4天线结构变化S11效果图；
图6是天线在三个谐振点处的电流强度图；
图7是闭槽在三个谐振点处的电场强度分布；
图8是天线在0.8GHz时E面和H面的方向图；
图9是天线在1.8GHz时E面和H面的方向图；
图10是天线在2.65GHz时E面和H面的方向图。
图中，1、闭槽；2、介质基板；21、水平短路条；22、竖直短路条；3、馈电端口；4、电感元件；5、电容元件。
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。
一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，如图1和图2所示，安装于地平面上，地平面上开设有长方形闭槽1，闭槽1中嵌入有介质基板2，介质基板2为FR4介质基板，介质基板2上设有馈电枝条结构。本实施例中，地平面指金属板制无人机尾翼，无人机尾翼垂直于机身上的尾翼连接部位，因为闭槽内枝条有短路结构，需要接地，所以称无人机尾翼为地。
如图3所示，馈电枝条结构包括直接与地相接的铜制短路枝条，短路枝条包括水平的水平短路条21以及连接于水平短路条21下侧的两竖直短路条22，竖直短路条22下端位于闭槽1下侧，其中更靠近水平短路条21外端的竖直短路条22上连接有馈电端口3。
如图1所示，短路枝条上连接有电感元件4，电感元件4焊接于更靠近水平短路条21中部的竖直短路条22上，以激发低频处的模式，增强高频处的阻抗匹配；短路枝条上还连接有电容元件5，电容元件5焊接于水平短路条21上，增强低频处的模式，改善高频处的阻抗匹配，电容元件5和电感元件4组成LC回路，最终天线完全覆盖所需低频和高频带宽。
如图3所示，本实施例中，闭槽1长129mm，宽3mm，介质基板2与闭槽1一端端部之间间距15mm。水平短路条21与闭槽1上侧之间间距0.2mm，两竖直短路条22之间开设有6.5mm的槽，两竖直短路条22与介质基板2对应端之间亦开设槽口，其中一槽口长19.5mm。电感元件4为12nH的电感，其长1.7mm，电容元件5为2pF的电容，其长2mm，电容元件5与电感元件4相互靠近一侧位于同一竖直面上。
如图4的天线结构变化示意图所示，最初天线由一个方形闭合槽及嵌入在闭合槽中的馈电枝节组成，天线通过激发闭合槽的谐振模式来产生所需频段，如图4（a）所示；
之后为了得到低频处的工作频段，在天线的短路条上加入电感元件4，如图4（b）所示，
最后，为了改善低频处的阻抗匹配，在天线的右端短路条上加入电容元件5，如图4（c）所示。
如图5所示的具体变化过程对应的S参数情况，图5为图4各天线对应的S11图，对于没有任何芯片元件的天线，有两个模式被激发，分别在1.8GHz和2.85GHz左右,都在高频段内，且天线的阻抗匹配很差；
当12nH的电感元件4嵌入短路条上时，激发了低频处的模式，高频处的阻抗匹配也增强了；但是低频处的模式不够明显，无法达到所需低频段的回波损耗值，即0.8GHz附近S11值没有小于6dB；
接下来，在右端水平短路条21上加入2pF的电容元件5，最终增强了低频处的模式，并且大大改善了高频处的阻抗匹配，天线完全覆盖所需低频和高频带宽。
由于最终所设计的天线共有三个谐振点，下面，我们对这三个谐振点所对应的天线的电流分布（参照图6）进行分析，进一步来验证这种说法。闭槽1在0.8GHz、1.8GHz、2.65GHz时的电场强度分布图如图7所示，前两种模式在闭合槽中处于半波长共振状态，最后一种模式处于全波长共振状态，所以嵌入在闭合槽中的天线产生了不同的模式。
方向图如图8、图9、图10所示，在0.8GHz时，天线E面（y-o-z面）增益最大值为1.29dBi，最小值为-1.82dBi,天线H面（x-o-y面）增益保持-0.14dBi，最大辐射方向为主轴方向；1.8GHz时，天线E面（y-o-z面）增益最大值为2.8dBi，最小值为-9.3dBi，天线H面（x-o-y面）增益保持0.74dBi，最大辐射方向偏离主轴正30度；2.65GHz时，天线E面（y-o-z面）增益最大值为2.7dBi，最小值为-7.7dBi，天线H面（x-o-y面）增益保持-1.35dBi，最大辐射方向偏离主轴正负30度。由此可见在整个工作频段内，H面的辐射方向近乎全向，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 (8)

1.一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，安装于地平面上，其特征在于：
所述地平面上开设有长方形闭槽（1），所述闭槽（1）中嵌入有介质基板（2），介质基板（2）上设有馈电枝条结构，所述馈电枝条结构包括直接与地相接的短路枝条，短路枝条包括水平的水平短路条（21）以及连接于水平短路条（21）下侧的两竖直短路条（22），其中更靠近水平短路条（21）外端的竖直短路条（22）上连接有馈电端口（3）；
所述短路枝条上连接有电感元件（4），激发低频处的模式，增强高频处的阻抗匹配；
所述短路枝条上连接有电容元件（5），增强低频处的模式，改善高频处的阻抗匹配，电容元件（5）和电感元件（4）组成LC回路。
2.根据权利要求1所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：所述介质基板（2）为FR4介质基板。
3.根据权利要求1所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：电感元件（4）连接于更靠近水平短路条（21）中部的竖直短路条（22）上。
4.根据权利要求3所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：电容元件（5）位于水平短路条（21）上。
5.根据权利要求4所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：所述闭槽（1）长129mm，宽3mm，介质基板（2）与闭槽（1）一端之间间距15mm。
6.根据权利要求5所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：所述水平短路条（21）与闭槽（1）上侧之间间距0.2mm，两竖直短路条（22）之间开设有6.5mm的槽，两竖直短路条（22）与介质基板（2）对应端之间亦开设槽口，其中一槽口长19.5mm。
7.根据权利要求6所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：所述电感元件（4）为12nH的电感。
8.根据权利要求6或7所述的一种应用于无人机尾翼上的闭槽天线，其特征在于：所述电容元件（5）为2pF的电容。
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