CN117080740B - 小型化机载通讯天线及其使用方法和无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化机载通讯天线及其使用方法和无人机，其包括PCB整体板，所述PCB整体板上集成有微带缝隙天线以及多个八木天线，其中，多个所述八木天线环绕微带缝天线均匀分布；所述八木天线包括半波折合振子和配合半波折合振子的引相器，多个所述八木天线以两个为一组分为若干组，同一组的两个所述八木天线以相同幅度相同相位的微带传输线连接且形成合路端口；所述微带缝天线采用传输线馈电。本申请可以改善无人机天线的通讯效果。
Description
技术领域
本申请涉及无人机通讯技术领域，尤其是涉及一种小型化机载通讯天线及其使用方法和无人机。
背景技术
无人机的遥控，需要通过通讯天线实现。现有的无人机通讯天线，通常被置于螺旋桨机臂或者机臂的支撑架上，如图1所示。
然而，不管是机臂还是支撑架，其结构均为扁长形，这极大的限制了天线的形状，也就限定了天线的发挥空间。无人机天线一般采用线极化天线，如果置于机臂内，则为水平极化；如果置于支撑架上，则为垂直极化，两者通常是对称振子，天线的形状为扁长形，对天线方向图产生较大的约束，所以无人机的下方区域信号不会完全覆盖，容易出现弱区，影响无人机遥控效果。
发明内容
为了改善无人机天线的通讯效果，本申请提供一种小型化机载通讯天线及其使用方法和无人机。
第一方面，本申请提供一种小型化机载通讯天线，采用如下的技术方案：
一种小型化机载通讯天线，包括PCB整体板，所述PCB整体板上集成有微带缝隙天线以及多个八木天线，其中，多个所述八木天线环绕微带缝天线均匀分布；
所述八木天线包括半波折合振子和配合半波折合振子的引相器，多个所述八木天线以两个为一组分为若干组，同一组的两个所述八木天线以相同幅度相同相位的微带传输线连接且形成合路端口；
所述微带缝天线采用传输线馈电。
可选的，以5.7-5.9GHz频段作为通信频段。
可选的，所述微带缝隙天线的开缝长度与半波长度的差值在±1mm之内。
可选的，假设所述八木天线为四个，则位于微带缝天线相对位置的两个八木天线为一组；
同一组的两个所述八木天线的引相器分别位于两个半波折合振子相互背离的一侧；
所述引相器的长度与半波长度的差值在±1mm之内，所述半波折合振子和引相器的线宽的差值在±0.2mm之内。
可选的，每个所述八木天线的引相器均为多个且沿半波折合振子背离微带缝隙天线的方向排布。
可选的，所述八木天线为对数周期天线。
可选的，所述微带缝隙天线上的开缝形状包括圆形或矩形。
第二方面，本申请提供一种小型化机载通讯天线的使用方法，采用如下的技术方案：
一种小型化机载通讯天线的使用方法，以具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号。
可选的，小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS方式在无人机外壳内侧成型。
第三方面，本申请提供一种无人机，采用如下的技术方案：
一种无人机，应用如上述任一所述的小型化机载通讯天线，安装具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号；以及，小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS方式在无人机外壳内侧成型。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：在将本天线应用至无人机腹部后，其：在垂直面、水平面，对比现有的无人机方向图，新的天线方向图覆盖较为全面，基本能完全覆盖天线下方的半球空间，飞机在不同姿势下仍能很好的跟地面站通讯，从而可以改善无人机天线的通讯效果。
附图说明
图1是无人机的结构示意图。
图2是本申请的天线结构示意图；
图3是现有无人机天线的方向图示意；
图4是本申请的天线的E面方向图示意；
图5是本申请的天线的H面方向图示意；
图6是本申请的八木阵子组网示意图；
图7是本申请的天线使用时的链路结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种小型化机载通讯天线。
参照图2，小型化机载通讯天线包括作为载体的PCB整体板，PCB整体板可以是2层结构，其介电常数设置为4.2-4.6。在PCB整体板的(俯视)中间区域集成有微带缝天线。在本实施例中，微带缝天线俯视呈正方形。
在PCB整体板上还集成有多个八木天线，多个八木天线环绕微带缝天线均匀分布，以保障信号的全覆盖效果；八木天线的数量可以是4个、5个等等。
在本实施例中，以四个八木天线为例，四个八木天线分别位于微带缝天线的前后左右。
参照图2，八木天线包括半波折合振子(图中的类C形结构)和配合半波折合振子的引相器，多个八木天线以两个为一组分为若干组，同一组的两个八木天线以相同幅度相同相位的微带传输线连接且形成合路端口；微带缝天线采用传输线馈电。
以下进行效果说明：
现有的无人机天线，天线堆叠位置狭小，而且通常为扁长形，一般只能放置线极化天线，比如单极子或者偶极子天线，单极子或偶极子的辐射区域的截面图为“8”字型，不管是放置在机臂还是机臂架上，都无法实现无人机下方的充分覆盖，简单讲就是没有做到半球形覆盖。具体情况如图3所示。
而根据上述本申请的设置，在将本天线应用至无人机腹部后，参照图4和图5，其：在E面(垂直面)、H面(水平面)对比现有的无人机方向图可以确定，新的天线方向图覆盖较为全面，基本能完全覆盖天线下方的半球空间，飞机在不同姿势下仍能很好的跟地面站通讯。
在本天线的一个实施例中，以5.7-5.9GHz频段作为通信频段，更为具体的是选取中心频点5.8GHz，此时根据波长计算公式：λ＝c/f(c为真空光速、f为频率)，通过计算5.8GHzλ0≈51.7mm，半波长约为26mm。
关于通信频段的选取原因和所得效果如下：
现有的天线采用偶极子或者单极子，加上尺寸限制，天线的振子数量很难超过2个，单个振子的理论增益是2.14dBi，即使2单元阵列，其理论增益不超过5.14dBi，考虑到实际的电阻、介电常数、振子间距等因素，现实的无人机天线增益基本在4dBi左右，如果是用于远距离通信，这个增益显然是不够的。
而本天线，其区别于单极子和偶极子这类水平全向天线，根据上述设置采用的为高增益的定向天线，增益效果明显高出现有技术(典型值是4dBi)，而从上图4和图5中可以看出，本天线的增益能达到7dBi，能让飞机更远距离作业，而且随着八木天线的引相器增加，可以使得天线增益继续提高。
关于和八木天线的配合，其他实施例进行阐释。
在本天线的一个实施例中，微带缝天线的边长可以是38-42mm，微带缝隙天线的开缝长度与半波长度的差值在±1mm之内。假设微带缝天线的开缝为长方形，则其宽度可以是1-4mm。
微带缝天线的开缝除了长方形，还可以是矩形的另一种方形或圆形。
参照图6，在本天线的一个实施例中，对四个八木天线进行编号，且沿顺时针/逆时针方向分别编号为1#、2#、3#、4#，将1#和3#八木天线作为一组，2#和4#八木天线作为另一组。
同一组的两个八木天线的引相器分别位于两个半波折合振子相互背离的一侧，引相器的长度与半波长度的差值在±1mm之内；半波折合振子和引相器的线宽的差值在±0.2mm之内。
具体地：半波折合振子的长度约为二分之一波长，引相器长度约为二分之一波长，两者线宽约为2mm。
可以理解的是，上述结构设置均是为了令天线的增益、信号覆盖效果达到最优。
在本天线的一个实施例中，参照图2，每个八木天线的引相器为多个且沿半波折合振子背离微带缝隙天线的方向排布。
引相器的数量在本实施例中，可以是三个。引相器的作用是令天线的方向图变得有方向性，以便配合其他结构设计组成所需的天线方向图。
在本天线的另一个实施例中，八木天线为对数周期天线。
可以理解的是，对数周期天线只是重复辐射图和阻抗特性，其不影响组成能覆盖无人机下方区域的天线方向图。
本申请实施例还公开一种小型化机载通讯天线的使用方法。
参照图7，小型化机载通讯天线的使用方法包括：以具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号。
其中，MIMO，即多入多出；根据上述设置，可以在不增加带宽的情况下，在信号发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
进一步的，可以将小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS(激光成型)方式在无人机外壳内侧成型。
因为从上述可知本申请的天线为小型化的平面化的天线结构，其整体尺寸较小，不需要专门挤占无人机的内部空间，能满足绝大部分无人机的体型要求，在结构设计及工艺方面不同于以往的无人机天线技术。
本申请实施例还公开一种无人机。
该无人机，其应用如上述任一所述的小型化机载通讯天线，安装具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号；以及，小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS方式在无人机外壳内侧成型。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种小型化机载通讯天线，为线极化天线，其特征在于：包括PCB整体板，所述PCB整体板上集成有微带缝隙天线以及多个八木天线，其中，多个所述八木天线环绕微带缝隙天线均匀分布；
所述八木天线包括半波折合振子和配合半波折合振子的引相器，多个所述八木天线以两个为一组分为若干组，同一组的两个所述八木天线以相同幅度相同相位的微带传输线连接且形成合路端口；
所述微带缝隙天线采用传输线馈电；
所述微带缝隙天线上的开缝形状包括圆形或矩形；
所述八木天线为四个，则位于微带缝隙天线相对位置的两个八木天线为一组；
同一组的两个所述八木天线的引相器分别位于两个半波折合振子相互背离的一侧；
所述引相器的长度与半波长度的差值在±1mm之内，所述半波折合振子和引相器的线宽的差值在±0.2mm之内。
2.根据权利要求1所述的小型化机载通讯天线，其特征在于：以5.7-5.9GHz频段作为通信频段。
3.根据权利要求2所述的小型化机载通讯天线，其特征在于：所述微带缝隙天线的开缝长度与半波长度的差值在±1mm之内。
4.根据权利要求3所述的小型化机载通讯天线，其特征在于：每个所述八木天线的引相器均为多个且沿半波折合振子背离微带缝隙天线的方向排布。
5.根据权利要求4所述的小型化机载通讯天线，其特征在于：所述八木天线为对数周期天线。
6.一种如权利要求1-5任一所述的小型化机载通讯天线的使用方法，其特征在于：以具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号。
7.根据权利要求6所述的小型化机载通讯天线的使用方法，其特征在于：小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS方式在无人机外壳内侧成型。
8.一种无人机，其特征在于：应用如权利要求1-5任一所述的小型化机载通讯天线，安装具备MIMO能力的射频芯片/模组分别连接同一组的八木天线的合路端口和微带缝隙天线的传输线，射频芯片/模组通过频分或时分方式收发三条射频链路的信号；以及，小型化机载通讯天线放置于无人机的腹部区域或用LDS方式在无人机外壳内侧成型。
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