CN220985673U - 增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，包括：图传通信模块、定向天线、定向耦合器以及机载全向天线。本实用新型提供的上述方案，当无人机在起飞和降落状态时，由于新增了定向天线，定向耦合器将耦合后的射频功率发送给定向天线，此时，定向天线的增益提高，同时，无人机与机载全向天线在Z轴方向获得一定的射频功率，从而增强了图传通信模块的信噪比，增强了Z轴射频信号的强度，提高了无线通信的可靠度，避免出现通信中断。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机通信技术领域，特别是涉及一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统。
背景技术
无人机在工业行业应用日益频繁，为无人机提供无人自动机场用于无人机停泊、充电换电、维修、保养成为趋势。
无人机在作业过程中，机场和无人机均配备了无线通信设备，主要的包括图传通信模组和数传通信模组，或者采用图传通信模组完成所有数据双向传输业务。
图传通信模组在使用中，必须配合天线。由于无人机飞行一般地以机场为中心，以一定海拔高度进行360°水平覆盖，所以机载天线，无人机场天线均采用全向天线。因为全向天线在水平360°的X、Y轴辐射场强大于Z轴垂直方向，当无人机处于机场正上方时刻，机载全向天线和机场全向天线的电磁辐射耦合度最低。
无人机作业大概分为，起飞状态，巡飞状态，降落状态三种，其中，巡飞状态时，无人机与机场保持一定的距离和高度，机载全向天线与机场全向天线在水平方向X、Y轴辐射电磁波的耦合度最高，保障了无线传输可靠性。当无人机处于起飞状态或降落状态时，机载全向天线与机场全向天线在Z轴垂直，由于两个设备全向天线在Z轴辐射能量最弱，电磁波耦合度最低，导致无线通信信号快速衰落，容易造成通信中断风险。
实用新型内容
基于此，有必要针对现有无人机处于起飞状态或降落状态时，机载全向天线与机场全向天线在Z轴垂直，此时，两个全向天线在Z轴辐射能量最弱，电磁波耦合度最低，导致无线通信信号快速衰落，容易造成通信中断风险的问题，提供一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统。
本实用新型提供了一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，包括：图传通信模块、定向天线、定向耦合器以及机载全向天线；
所述图传通信模块设置在所述无人机内，所述图传通信模块与所述定向耦合器信号连接，所述图传通信模块用于将无人机载荷数据调制为射频信号后发射给所述定向耦合器；
所述定向天线设置在所述无人机上，所述定向天线与所述定向耦合器信号连接，所述定向天线用于发射定向辐射电磁波；
所述定向耦合器设置在所述无人机上，所述定向耦合器与所述机载全向天线信号连接，所述定向耦合器将输入的射频信号发送给所述定向天线和所述机载全向天线。
在其中一个实施例中，所述机载全向天线设置在所述无人机的机臂上，或者所述机载全向天线设置在所述无人机的电机上。
在其中一个实施例中，所述定向天线设置在无人机的机腹上。
在其中一个实施例中，所述图传通信模块为无线通信模块。
在其中一个实施例中，所述定向耦合器为平行线耦合器、分支线耦合器、波导定向耦合器、变压器耦合器中的任意一种。
本实用新型的有益效果包括：
本实用新型提供的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，当无人机在起飞和降落状态时，由于新增了定向天线，定向耦合器将耦合后的射频功率发送给定向天线，此时，定向天线的增益提高，同时，无人机与机载全向天线在Z轴方向获得一定的射频功率，从而增强了图传通信模块的信噪比，增强了Z轴射频信号的强度，提高了无线通信的可靠度，避免出现通信中断。
附图说明
图1为本实用新型一实施例提供的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统的示意图；
图2为图1的另一示意图；
图3为本实用新型一实施例提供的定向耦合器电路结构示意图；
图4为本实用新型一实施例提供的机载全向天线示意图；
图5为本实用新型一实施例提供的定向天线示意图；
图6为本实用新型一实施例提供的无人机在机场上方移动造成信噪比变化示意图；
图7为本实用新型一实施例提供的机载全向天线辐射图；
图8为本实用新型一实施例提供的定向天线辐射图；
图9为本实用新型一实施例提供的定向耦合器连接示意图；
图10本实用新型一实施例提供的无人机示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
如图1并结合图2、图10所示，本实用新型提供了一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，包括：图传通信模块、定向天线30（参考图8）、定向耦合器（参考图9）以及机载全向天线20（参考图7）；其中，图传通信模块设置在无人机10内，图传通信模块与定向耦合器信号连接，图传通信模块用于将无人机10载荷数据调制为射频信号后发射给定向耦合器；定向天线30设置在无人机10上，定向天线30与定向耦合器信号连接，定向天线30用于发射定向辐射电磁波；定向耦合器设置在无人机10上，定向耦合器与机载全向天线20信号连接，定向耦合器将输入的射频信号发送给定向天线和机载全向天线。
示例性的，本申请中的无人机工作在1.44GHz频段，其中，图传通信模块发射功率33dBm。定向耦合器的结构如图3所示，其插损<1.37dB，耦合度7dB，输出端口回损26dB，输入端口26dB。采用该定向耦合器，机载全向天线接口射频功率31.63dBm，耦合端口获得6dBm功率。
如图4所示为机载全向天线，该机载全向天线在水平360°的X、Y轴平面上，其辐射场强大于0dBi，最高为1.8dBi，而位于辐射图Z轴中心位置，其辐射场强小于-3.4dBi。
当无人机处于起飞和降落状态时，机载全向天线与机场全向天线在Z轴处于垂直状态，定向天线主辐射角指向机场全向天线。如图5所示，本申请选择增益较高的定向天线，可以增强Z轴射频信号强度。
此时，由于定向耦合器耦合6.8dBm射频功率给定向天线，定向天线在1450MHz增益大概为11dBi，所以无人机与机场全向天线在Z轴方向获得了17.8dBm射频功率，对增强图传通信模块的信噪比起到极大作用。如图6为图传通信模块测量得到的信噪比对比，可以看到当无人机由远及近移动时，信噪比逐渐降低，在机场正上方时信噪比最差，当无人机具备定向天线后，在正上方来回移动，当定向天线主辐射角指向机场天线，信噪比得到增强。
本实用新型实施例工作原理如下：
图传通信模块内置于无人机内部，发射射频信号为1.45GHz，33dBm，带宽20MHz。采用定向耦合器耦合后，机载全向天线射频信号31.63dBm，机载全向天线增益1.8dBimax，定向天线射频信号6dBm，定向天线增益11dBimax，具体参照如下公式：
因此机载全向天线获得33.43dBm射频功率，定向天线获得17.8dBm射频功率。
无人机在飞离机场一定距离后，机载全向天线和机场全向天线在水平X、Y轴方向电磁辐射信号最强，信噪比最高。
无人机在机场起飞、降落状态时，飞机位于机场正上方，机载和机场全向天线在垂直Z轴方向电磁辐射信号最弱，信噪比最低。当定向天线主辐射角指向机场全向天线时，射频信号得到增强，信噪比随之得到提高。
本申请提供的上述方案，当无人机在起飞和降落状态时，由于新增了定向天线，定向耦合器将耦合后的射频功率发送给定向天线，此时，定向天线的增益提高，同时，无人机与机载全向天线在Z轴方向获得一定的射频功率，从而增强了图传通信模块的信噪比，增强了Z轴射频信号的强度，提高了无线通信的可靠度，避免出现通信中断。
在一些实施例中，机载全向天线设置在无人机的机臂上，或者机载全向天线设置在无人机的电机上。
在一些实施例中，定向天线设置在无人机的机腹上。
在一些实施例中，图传通信模块为无线通信模块。
在一些实施例中，定向耦合器为平行线耦合器、分支线耦合器、波导定向耦合器、变压器耦合器中的任意一种。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，其特征在于，包括：图传通信模块、定向天线、定向耦合器以及机载全向天线；
所述图传通信模块设置在所述无人机内，所述图传通信模块与所述定向耦合器信号连接，所述图传通信模块用于将无人机载荷数据调制为射频信号后发射给所述定向耦合器；
所述定向天线设置在所述无人机上，所述定向天线与所述定向耦合器信号连接，所述定向天线用于发射定向辐射电磁波；
所述定向耦合器设置在所述无人机上，所述定向耦合器与所述机载全向天线信号连接，所述定向耦合器将输入的射频信号发送给所述定向天线和所述机载全向天线。
2.根据权利要求1所述的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，其特征在于，所述机载全向天线设置在所述无人机的机臂上，或者所述机载全向天线设置在所述无人机的电机上。
3.根据权利要求1所述的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，其特征在于，所述定向天线设置在无人机的机腹上。
4.根据权利要求1所述的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，其特征在于，所述图传通信模块为无线通信模块。
5.根据权利要求1所述的增强无人机图传通信模组天线辐射角信号强度的系统，其特征在于，所述定向耦合器为平行线耦合器、分支线耦合器、波导定向耦合器、变压器耦合器中的任意一种。
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