CN210111040U - 偶极子天线和无人飞行器 - Google Patents

Abstract

一种偶极子天线和无人飞行器，该偶极子天线应用于无人飞行器，偶极子天线包括第一辐射单元、第二辐射单元、基板、隔离件和馈线；第一辐射单元和第二辐射单元对称设置在基板的表面；馈线和隔离件设置在基板之背向第一辐射单元的表面；基板上开设有贯穿基板的金属过孔，金属过孔的一端与第一辐射单元和第二辐射单元连接，金属过孔的另一端与馈线连接，所述馈线沿所述隔离件背向所述基板的表面延伸，所述隔离件的介电常数小于所述基板的介电常数。本申请提供的偶极子天线具有较好的全向性。

Description

偶极子天线和无人飞行器

技术领域

本申请涉及天线技术领域，具体涉及一种偶极子天线和无人飞行器。

背景技术

偶极子天线是在无线电通信中，使用最早、结构最简单、应用最广泛的一类天线。它由一对对称放置的导体构成，导体相互靠近的两端分别与馈线相连。用作发射天线时，电信号从天线中心馈入导体；用作接收天线时，也在天线中心从导体中获取接收信号。偶极子天线可应用于无人飞行器，然而提高天线的全向性是亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种偶极子天线和无人飞行器，该偶极子天线具有良好的全向性。

第一方面，本申请提供一种偶极子天线，所述偶极子天线应用于无人飞行器，所述偶极子天线包括第一辐射单元、第二辐射单元、基板、隔离件和馈线；

所述第一辐射单元和所述第二辐射单元对称设置在所述基板的表面；

所述馈线和所述隔离件设置在所述基板之背向所述第一辐射单元的表面；

所述基板上开设有贯穿所述基板的金属过孔，所述金属过孔的一端与所述第一辐射单元和所述第二辐射单元连接，所述金属过孔的另一端与所述馈线连接，所述馈线沿所述隔离件背向所述基板的表面延伸，所述隔离件的介电常数小于所述基板的介电常数。

一种可能的实施方式中，所述第一辐射单元包括三个辐射枝节，三个所述辐射枝节分别为第一辐射枝节、第二辐射枝节和第三辐射枝节，所述第一辐射枝节的长度小于所述第二辐射枝节的长度，所述第二辐射枝节的长度小于所述第三辐射枝节的长度，所述三个辐射枝节分别用于实现三个频段的辐射。

一种可能的实施方式中，所述无人飞行器为警用无人飞行器，所述三个频段至少包括：830MHz～870MHz、1400MHz～1500MHz、2400MHz～2500MHz。

一种可能的实施方式中，所述第一辐射枝节包括依次连接的第一延伸部、第二延伸部和第三延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部的延伸方向相同，所述第三延伸部的延伸方向与所述第二延伸部垂直。

一种可能的实施方式中，所述第二辐射枝节包括依次连接的所述第一延伸部和第四延伸部，所述第四延伸部的延伸方向与所述第一延伸部垂直，所述第四延伸部与所述第三延伸部平行且具有第一间隔距离。

一种可能的实施方式中，所述第三辐射枝节包括依次连接的第五延伸部、第六延伸部和第七延伸部，所述第五延伸部的延伸方向与所述第一延伸部相背，所述第六延伸部的延伸方向与所述第五延伸部垂直，所述第七延伸部的延伸方向与所述第六延伸部垂直，所述第五延伸部和所述第七延伸部位于所述第六延伸部的同侧，所述第六延伸部与所述第四延伸部平行且具有第二间隔距离。

一种可能的实施方式中，所述第六延伸部的长度大于所述第四延伸部的长度。

一种可能的实施方式中，所述第二间隔距离大于所述第一间隔距离。

一种可能的实施方式中，所述第三辐射枝节还包括阻抗调节部，所述阻抗调节部设置在所述第七延伸部远离所述第六延伸部的端部。

一种可能的实施方式中，所述金属过孔包括多个第一金属过孔和多个第二金属过孔，所述多个第一金属过孔与所述第一辐射单元连接，所述多个第二金属过孔与所述第二辐射单元连接。

一种可能的实施方式中，在所述基板的板面的正投影中，所述隔离件覆盖所述第一辐射单元。

一种可能的实施方式中，所述隔离件的材质为发泡材料、塑料、玻璃的任意一种。

一种可能的实施方式中，所述偶极子天线安装在所述无人机的机臂之远离所述无人飞行器的中心体的一端。

第二方面，本申请提供一种无人飞行器，所述无人飞行器包括中心体、机臂和第一方面各种实施方式中任一项所述的偶极子天线。

本申请的偶极子天线采用介电常数比基板更小的隔离件，并将馈线设置在隔离件背向基板的表面延伸，能有效减小馈线对偶极子天线的辐射性能带来的干扰，有利于提高偶极子天线的全向性。

附图说明

图1是一种实施例的无人飞行器的结构示意图；

图2是一种实施例的偶极子天线的正面结构示意图；

图3是图2中偶极子天线的背面结构示意图；

图4是一种实施例的偶极子天线的实物示意图；

图5是低频方向图，其中倾斜角Phi＝0度；

图6是低频方向图，其中倾斜角Phi＝90度；

图7是低频方向图，其中方位角theta＝90度；

图8是中频方向图，其中倾斜角Phi＝0度；

图9是中频方向图，其中倾斜角Phi＝90度；

图10是中频方向图，其中方位角theta＝90度；

图11是高频方向图，其中倾斜角Phi＝0度；

图12是高频方向图，其中倾斜角Phi＝90度；

图13是高频方向图，其中方位角theta＝90度。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，本申请提供一种无人飞行器1000，无人飞行器1000包括中心体210、机臂220和本申请实施例提供的偶极子天线100。机臂220与中心体210连接，偶极子天线100安装在无人飞行器1000的机臂220。

无人飞行器1000飞行过程中，需要与地面进行通信。通过安装本申请实施例提供的偶极子天线100，能够发射和接收各个方向的三个频段的信号，能满足无人飞行器1000的通信需求。机臂220的数量大于2，例如，机臂220的数量可以为3、4、6、8等。可以在每个机臂220上均安装偶极子天线100，也可以在其中部分机臂220上安装，其他的机臂220不安装。

无人飞行器1000通过机臂220上的螺旋桨转动提供升力而飞行，为了避开螺旋桨，偶极子天线100安装在机臂220的背向螺旋桨的一侧。当无人飞行器1000处于飞行状态时，从地面上观察，偶极子天线100位于机臂220的下方。

一种实施例中，偶极子天线100安装在机臂220之远离中心体210的一端。通常螺旋桨也安装在机臂220远离中心体210的一端，如此使得机臂220仅在两个端部设置安装结构(例如缺口、凹槽等)，即一端连接中心体210，另一端用于安装螺旋桨和本申请的偶极子天线100。在机臂220的中部不需要设安装结构，使得机臂220的结构简单，且强度高，不易折断。此外，将偶极子天线100设置在尽量远离中心体210的位置，减少中心体210上的电气器件对偶极子天线100的屏蔽或者干扰，能提高通信质量。

本申请的无人飞行器可以为警用无人飞行器。警用无人飞行器所需的通信频段比民用无人飞行器更多，除具有常规的民用的频段(如2400Mhz～2500Mhz)外，具有警用的专用频段(如830Mhz～870Mhz、1400Mhz～1500Mhz)，应当理解的，由于警察和军队的相似应用需求，警用无人飞行器亦可应用在军队中。其他的可能性中，无人飞行器也可以为民用无人飞行器。

下面介绍本申请的偶极子天线。

请参考图1至图4，本申请提供一种偶极子天线100，偶极子天线100应用于无人飞行器1000，该无人飞行器1000优选为警用无人飞行器。在应用时，偶极子天线100可以由壳体包装并安装到无人飞行器1000上。具体安装位置可以为：偶极子天线100安装在无人飞行器1000的机臂220。优选的，偶极子天线100安装在机臂220之远离无人飞行器1000中心体210的一端。

偶极子天线100包括第一辐射单元20、第二辐射单元30、基板10、隔离件40和馈线50。第一辐射单元20和第二辐射单元30对称设置在基板10的表面。馈线50和隔离件40设置在基板10之背向第一辐射单元20的表面。基板10上开设有贯穿基板10的金属过孔21，金属过孔21的一端与第一辐射单元A1和第二辐射单元A2连接，金属过孔21的另一端与馈线50连接。馈线50沿隔离件40背向基板10的表面延伸。隔离件40的介电常数小于基板10的介电常数。

采用偶极子天线100的方案，具有较好的全向性能，采用介电常数比基板10更小的隔离件40，并将馈线50设置在隔离件40背向基板10的表面延伸，能有效减小馈线50上的电流对第一辐射单元20和第二辐射单元30的辐射性能带来的干扰，提高偶极子天线100的全向性。

其中，基板10为PCB板，材质例如为FR4。第一辐射单元20和第二辐射单元30的材质例如为铜箔。一种实施例中，基板10的介电常数大于2，隔离件40的介电常数小于1.5。优选的，基板10的介电常数为3，隔离件50的介电常数为1.2。

第一辐射单元20和第二辐射单元30的形状和结构镜像对称，在后续介绍时，选择其中的第一辐射单元20进行介绍，第二辐射单元30参照即可。

一种实施例中，请参考图2，第一辐射单元20包括三个辐射枝节，三个辐射枝节分别为第一辐射枝节A1、第二辐射枝节A2和第三辐射枝节A3，第一辐射枝节A1的长度小于第二辐射枝节A2的长度，第二辐射枝节A2的长度小于第三辐射枝节A3的长度，三个辐射枝节分别用于实现三个频段的辐射。对于偶极子天线而言，每个辐射枝节的电长度为四分之一波长，而波长与辐射的电磁波的频率呈反比。因此，通过三个辐射枝节的长度依次增加，三个辐射枝节辐射的电磁波的频率依次降低。

一种实施例中，三个频段至少包括：830MHz～870MHz、1400MHz～1500MHz、2400MHz～2500MHz。其中，第一辐射枝节A1用于辐射高频的2400MHz～2500MHz的频段，第二辐射枝节A2用于辐射中频的1400MHz～1500MHz的频段，第三辐射枝节A3用于辐射低频的830MHz～870MHz的频段。其中，830MHz～870MHz、1400MHz～1500MHz为警用频段，2400MHz～2500MHz为民用频段。因此，通过三个辐射枝节分别实现两个警用频段和一个民用频段的辐射，满足多频段的通信需求。

一种实施例中，请参考图2，第一辐射枝节A1包括依次连接的第一延伸部22、第二延伸部23和第三延伸部24，第一延伸部22和第二延伸部23的延伸方向相同，第三延伸部24的延伸方向与第二延伸部23垂直，使得第一辐射枝节A1的整体形状呈“L”形。

一种实施例中，请参考图2，第二辐射枝节A2包括依次连接的第一延伸部22和第四延伸部25。第四延伸部25的延伸方向与第一延伸部22垂直，第四延伸部25与第三延伸部24平行且具有第一间隔距离。

一种实施例中，请参考图2，第三辐射枝节A3包括依次连接的第五延伸部26、第六延伸部27和第七延伸部28。第五延伸部26的延伸方向与第一延伸部22相背，第六延伸部27的延伸方向与第五延伸部26垂直，第七延伸部28的延伸方向与第六延伸部27垂直。第五延伸部26和第七延伸部28位于第六延伸部27的同侧，第六延伸部27与第四延伸部25平行且具有第二间隔距离。将第七延伸部28设置为与第六延伸部27垂直，相当于将第六延伸部27折叠一段，能够减小第三辐射枝节A3的尺寸，便于实现偶极子天线100的小型化。

一种实施例中，请参考图2，第六延伸部27的长度大于第四延伸部25的长度。使得第七延伸部28与第四延伸部25之间具有间隔，满足天线的隔离的要求。

一种实施例中，请参考图2，第二间隔距离大于第一间隔距离。在低频、中频和高频频段中，隔离较差的往往是中频和低频之间的隔离。通过设置第二间隔距离大于第一间隔距离，能改善中频和低频之间的隔离。

一种实施例中，请参考图2，第三辐射枝节A3还包括阻抗调节部29，阻抗调节部29设置在第七延伸部28远离第六延伸部27的端部。阻抗调解部29可以为如图2所示的阻抗突变的调节枝节。设置阻抗调节部29，一方面可以匹配第三辐射枝节A3的阻抗，使得第三辐射枝节A3可以辐射特定频段的电磁波，另一方面，阻抗调节部29的设置，使得阻抗调节部29的电流和场强增大，可以改善低频的第三辐射枝节A3与高频的第一辐射枝节A1及中频的第二辐射枝节A2之间的隔离。

一种实施例中，请参考图2和图3，第一辐射枝节A1的第一延伸部22一端与金属过孔21连接，另一端连接第二延伸部23；第三辐射枝节A3的第五延伸部26的一端与金属过孔21连接，另一端连接第六延伸部27。请参考图4，金属过孔21与馈线50连接时，通过例如锡焊的焊接的方式将馈线50固定在基板10上的金属过孔21处。金属过孔21的结构为在基板10上开设通孔后在通孔内壁镀制金属而形成。通过金属过孔21实现馈线50与第一辐射单元A1及第二辐射单元A2的连接，结构简单容易加工。

一种实施例中，请参考图2和图3，金属过孔21包括多个第一金属过孔和多个第二金属过孔，多个第一金属过孔与第一辐射单元20连接，多个第二金属过孔与第二辐射单元30连接。通过设置多个第一金属过孔和多个第二金属过孔的方式，使得馈线50的电流均匀地馈入第一辐射枝节A1、第二辐射枝节A2和第三辐射枝节A3，有助于提高偶极子天线100的整体辐射性能，同时，可以提高焊接的可靠性。

一种实施例中，请参考图3和图4，在基板10的板面的正投影中，隔离件40覆盖第一辐射单元20。图3中虚线框11所示出的位置即为设置隔离件40的位置，隔离件40优选通过粘贴的方式固定，也可以采用其他可行的固定方式。在考虑到不干扰螺旋桨以及便于安装的前提下，隔离件40的厚度越厚越能增加馈线50与第一辐射单元20及第二辐射单元30之间的隔离，即厚度越厚越好。

一种实施例中，隔离件40的材质低介电常数的材料，例如为发泡材料、塑料、玻璃的任意一种。另外，可以在隔离件40上设多个内孔，例如形成蜂窝状的结构，也可以降低介电常数。

请参考图5至图7，为低频对应的倾斜角Phi为0度，倾斜角Phi为90度，以及方位角theta为90度的方向图；由图7可以看到，theta为90度截面，增益差在2dB范围内，能够较好的实现全向覆盖。

请参考图8至图10，为中频对应的倾斜角Phi为0度，倾斜角Phi为90度，以及方位角theta为90度的方向图；由图10可以看到，theta为90度截面，增益差在2dB范围内，能够较好的实现全向覆盖。

请参考图11至图13，为高频对应的倾斜角Phi为0度，倾斜角Phi为90度，以及方位角theta为90度的方向图；由图13可以看到，theta为90度截面，增益差在4dB范围内，能够较好的实现全向覆盖。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施例进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施例及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (14)

1.一种偶极子天线，其特征在于，所述偶极子天线应用于无人飞行器，所述偶极子天线包括第一辐射单元、第二辐射单元、基板、隔离件和馈线；

所述第一辐射单元和所述第二辐射单元对称设置在所述基板的表面；

所述馈线和所述隔离件设置在所述基板之背向所述第一辐射单元的表面；

所述基板上开设有贯穿所述基板的金属过孔，所述金属过孔的一端与所述第一辐射单元和所述第二辐射单元连接，所述金属过孔的另一端与所述馈线连接，所述馈线沿所述隔离件背向所述基板的表面延伸，所述隔离件的介电常数小于所述基板的介电常数。

2.如权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述第一辐射单元包括三个辐射枝节，三个所述辐射枝节分别为第一辐射枝节、第二辐射枝节和第三辐射枝节，所述第一辐射枝节的长度小于所述第二辐射枝节的长度，所述第二辐射枝节的长度小于所述第三辐射枝节的长度，所述三个辐射枝节分别用于实现三个频段的辐射。

3.如权利要求2所述的偶极子天线，其特征在于，所述无人飞行器为警用无人飞行器，所述三个频段至少包括：830MHz～870MHz、1400MHz～1500MHz、2400MHz～2500MHz。

4.如权利要求2所述的偶极子天线，其特征在于，所述第一辐射枝节包括依次连接的第一延伸部、第二延伸部和第三延伸部，所述第一延伸部和所述第二延伸部的延伸方向相同，所述第三延伸部的延伸方向与所述第二延伸部垂直。

5.如权利要求4所述的偶极子天线，其特征在于，所述第二辐射枝节包括依次连接的所述第一延伸部和第四延伸部，所述第四延伸部的延伸方向与所述第一延伸部垂直，所述第四延伸部与所述第三延伸部平行且具有第一间隔距离。

6.如权利要求5所述的偶极子天线，其特征在于，所述第三辐射枝节包括依次连接的第五延伸部、第六延伸部和第七延伸部，所述第五延伸部的延伸方向与所述第一延伸部相背，所述第六延伸部的延伸方向与所述第五延伸部垂直，所述第七延伸部的延伸方向与所述第六延伸部垂直，所述第五延伸部和所述第七延伸部位于所述第六延伸部的同侧，所述第六延伸部与所述第四延伸部平行且具有第二间隔距离。

7.如权利要求6所述的偶极子天线，其特征在于，所述第六延伸部的长度大于所述第四延伸部的长度。

8.如权利要求6所述的偶极子天线，其特征在于，所述第二间隔距离大于所述第一间隔距离。

9.如权利要求6所述的偶极子天线，其特征在于，所述第三辐射枝节还包括阻抗调节部，所述阻抗调节部设置在所述第七延伸部远离所述第六延伸部的端部。

10.如权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述金属过孔包括多个第一金属过孔和多个第二金属过孔，所述多个第一金属过孔与所述第一辐射单元连接，所述多个第二金属过孔与所述第二辐射单元连接。

11.如权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，在所述基板的板面的正投影中，所述隔离件覆盖所述第一辐射单元。

12.如权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述隔离件的材质为发泡材料、塑料、玻璃的任意一种。

13.如权利要求1所述的偶极子天线，其特征在于，所述偶极子天线安装在所述无人机的机臂之远离所述无人飞行器的中心体的一端。

14.一种无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器包括中心体、机臂和如权利要求1至13任一项所述的偶极子天线。

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