本發(fā)明涉及一種測(cè)控天線，特別是一種水平全向加頂部圓極化輻射的無人機(jī)地面全方位測(cè)控天線。

背景技術(shù)：

無人機(jī)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，伴隨著無人機(jī)的發(fā)展，對(duì)無人機(jī)測(cè)控天線提出了越來越高的要求。

傳統(tǒng)的全向無人機(jī)測(cè)控天線多用普通振子實(shí)現(xiàn)，存在帶寬窄，增益低等問題。并且傳統(tǒng)的水平全向天線，由于天線的輻射特性限制，只能覆蓋上空的部分區(qū)域。天線正上方的區(qū)域?yàn)樘炀€的輻射零點(diǎn)，輻射強(qiáng)度很低，無人機(jī)飛越天線上空時(shí)容易出現(xiàn)通信中斷的情況。目前急需一種信號(hào)穩(wěn)定的無人機(jī)地面測(cè)控天線。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種無人機(jī)地面測(cè)控天線。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種無人機(jī)地面測(cè)控天線，包括十字交叉振子天線和微帶振子天線，其中十字交叉振子天線位于微帶振子天線的頂端，所述微帶振子天線包括若干級(jí)聯(lián)的微帶振子天線單元，每個(gè)微帶振子天線單元均包括兩個(gè)微帶振子，兩個(gè)微帶振子通過金屬隔離地相連，每個(gè)微帶振子均包括介質(zhì)基板和金屬扼流套筒，所述介質(zhì)基板上印制四條輻射臂，輻射臂背后設(shè)置微帶饋線，金屬扼流套筒通過螺釘固定于輻射臂的中間；

所述十字交叉振子天線包括十字振子、錐形反射面和十字柱，錐形反射面上設(shè)置十字柱，十字柱的頂端設(shè)置十字振子，錐形反射面上固連十字柱的位置開有用于饋線的通孔。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：1)本發(fā)明的天線，具有阻抗帶寬寬，水平方向增益高，天線上空波束全覆蓋，同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制作成本低；適用于無人機(jī)的遙測(cè)通信，具有廣闊的應(yīng)用前景；2)本發(fā)明天線中的十字交叉振子天線，通過錐形發(fā)射板的反射，其輻射方向圖指向正上空，覆蓋豎直放置的微帶振子陣列200的輻射零點(diǎn)；同時(shí)十字交叉振子采用90°相位差的兩條特性阻抗為100Ω的同軸線饋電，實(shí)現(xiàn)了圓極化輻射。對(duì)于無人機(jī)從各方向飛越天線上空的情況，本發(fā)明可以有效地實(shí)現(xiàn)全方位實(shí)時(shí)通信遙測(cè)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的天線總體結(jié)構(gòu)立體圖(未包含天線罩)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的天線整體結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的微帶振子陣列天線立體圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例微帶振子單元天線的正面示圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例微帶振子單元天線的背面示圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例的頂端十字振子天線立體圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的功分網(wǎng)絡(luò)視圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例的微帶振子天線的s參數(shù)曲線圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的H面輻射方向圖。

圖10為本發(fā)明實(shí)施例的E面輻射方向圖。

圖中標(biāo)號(hào)所代表的含義為：

100、頂端十字交叉振子天線；101、十字振子；102、錐形反射面；103、十字柱；104、通孔；200微帶振子天線陣列；210微帶振子天線單元；211微帶振子天線；212、213、214、215振子天線輻射臂；216金屬扼流套筒；217金屬隔離地；220微帶振子天下饋電網(wǎng)絡(luò)；221金屬過孔；230聚乙烯連接器；300整體饋電網(wǎng)絡(luò)；301、302威爾金森功分器；311、312、313、314、315、316饋電網(wǎng)絡(luò)端口。401第一天線罩，402第二天線罩。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，本發(fā)明的一種無人機(jī)地面測(cè)控天線，包括十字交叉振子天線100和微帶振子天線211，其中十字交叉振子天線100位于微帶振子天線211的頂端，所述微帶振子天線211包括若干級(jí)聯(lián)的微帶振子天線單元210，每個(gè)微帶振子天線單元210均包括兩個(gè)微帶振子，兩個(gè)微帶振子通過金屬隔離地217相連，每個(gè)微帶振子均包括介質(zhì)基板和金屬扼流套筒216，所述介質(zhì)基板上印制四條輻射臂，輻射臂背后設(shè)置微帶饋線220，金屬扼流套筒216通過螺釘固定于輻射臂的中間；

所述十字交叉振子天線100包括十字振子101、錐形反射面102和十字柱103，錐形反射面102上設(shè)置十字柱103，十字柱103的頂端設(shè)置十字振子101，錐形反射面102上固連十字柱103的位置開有用于饋線的通孔104。

所述十字交叉振子天線100外部設(shè)置第一天線罩401，微帶振子天線211外部設(shè)置第二天線罩402。

所述微帶振子天線單元210的數(shù)量為三個(gè)。

所述微帶振子天線211的末端設(shè)置等幅饋電的饋電網(wǎng)絡(luò)，包括兩個(gè)威爾金森功分器和一個(gè)1/4波長(zhǎng)阻抗變換器，共五個(gè)饋電端口，該五個(gè)饋電端口的輸入阻抗均為50歐姆，其中三個(gè)饋電端口與對(duì)應(yīng)的微帶振子天線單元210相連，另外兩個(gè)端口與十字交叉振子天線100對(duì)應(yīng)的端口連接；1/4波長(zhǎng)阻抗變換器位于其中一個(gè)威爾金森功分器的饋電端口處。

所述相鄰兩個(gè)微帶振子天線單元210之間通過聚乙烯連接器230連接固定。

所述第二天線罩402的下部采用金屬底座將天線固定于地面。

所述十字交叉振子天線100兩對(duì)饋電點(diǎn)采用幅度相同，相位差為90°的饋線饋電。

所述第二天線罩的上部和第一天線罩的下部開有通孔，用于穿過十字振子的饋線。

所述微帶振子天線和十字交叉振子天線的饋電均采用同軸線饋電，同軸線的另一端連接饋電網(wǎng)絡(luò)輸出端。

所述天線單元的介質(zhì)基板厚度為1.524mm，材料介電常數(shù)為3.3，損耗角正切0.0012；十字振子下方為錐形反射板，錐角128°，十字振子離錐形反射板的距離為82mm。

具體而言，本發(fā)明包含了豎直放置的微帶振子天線陣列，頂端水平放置的帶反射面的十字交叉振子，以及天線饋電網(wǎng)絡(luò)。豎直放置的天線陣列包含了六個(gè)(可選的，個(gè)數(shù)根據(jù)增益需求而定)寬帶印刷振子天線。豎直放置的天線陣列，包含3個(gè)天線單元，每個(gè)單元由兩個(gè)振子天線構(gòu)成。每個(gè)天線單元包含兩個(gè)振子天線，這兩個(gè)振子天線通過一個(gè)一分二的功分器饋電，功分器輸入端的輸入阻抗為50Ω。

振子天線采用印刷振子實(shí)現(xiàn)，在地的兩邊各有一個(gè)振子，兩個(gè)振子等效為一個(gè)粗振子，實(shí)現(xiàn)較寬的帶寬。每個(gè)振子天線包含一個(gè)扼流金屬套筒。所述天線單元的基板厚度為1.524mm，材料介電常數(shù)為3.3，正切損耗角0.0012。振子天線敷在介質(zhì)板的一邊，另一邊是饋電電路，饋電電路末端通過金屬過孔對(duì)振子臂饋電。天線單元之間通過聚乙烯連接和位置固定。聚乙烯為空心狀，以便穿過饋電的同軸線。

十字交叉反射振子的饋電采用相位正交饋電，實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。十字振子下方為錐形反射板，錐角128°，錐形反射板的錐頂加工通孔。十字振子離錐形反射板的距離為82mm。饋電網(wǎng)絡(luò)置于天線底部，為六端口網(wǎng)絡(luò)，主要包括兩個(gè)威爾金森功分器和一個(gè)1/4波長(zhǎng)阻抗變換器。端口1為輸入端，端口2、3、4分別給三個(gè)振子單元饋電，端口5、6接頂部的十字振子。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例

本發(fā)明的核心在于通過豎直放置的微帶振子天線陣列，實(shí)現(xiàn)水平全向的較高增益，同時(shí)微帶振子采用左邊輻射臂1和右邊輻射臂2實(shí)現(xiàn)等效的寬帶振子，實(shí)現(xiàn)了較寬的阻抗帶寬。頂部的十字交叉振子，實(shí)現(xiàn)對(duì)豎直放置振子天線陣列的零點(diǎn)覆蓋。最終實(shí)現(xiàn)無人機(jī)通信的全方位遙測(cè)。

結(jié)合圖1，無人機(jī)測(cè)控天線，包括頂部的十字交叉振子100和中間的微帶振子陣列200，以及下方的饋電網(wǎng)絡(luò)300。參照?qǐng)D2，該天線還包含用于保護(hù)和支撐的第一天線罩401和第二天線罩402。

所述十字交叉振子天線100，如圖6，包含一對(duì)交叉振子101和一個(gè)錐形反射面102，以及支撐十字振子的十字柱103。在錐形反射面102的錐頂處打有圓孔104。

所述微帶振子陣列200，由三個(gè)微帶振子單元210豎直放置組成，一個(gè)微帶振子單元210包含兩個(gè)微帶振子天線211。微帶振子天線211的介質(zhì)中間為地，輻射臂212、213和214、215分別置于地的兩側(cè)。輻射臂212和214等效為一個(gè)寬振子，輻射臂213和215等效為另一個(gè)寬振子。在兩個(gè)等效寬振子中間放置了一個(gè)金屬扼流套筒216。兩個(gè)微帶振子天線211中間有金屬地217，其作用在于減弱相鄰微帶振子天線之間的E面耦合。

所述微帶振子單元210的饋電網(wǎng)絡(luò)220置于介質(zhì)板的另一面，參照?qǐng)D5。饋電網(wǎng)絡(luò)和天線的接入點(diǎn)采用過孔221實(shí)現(xiàn)連接。饋電網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)，輸入阻抗為50Ω。

在兩個(gè)微帶振子單元210中間，采用聚乙烯連接器230連接和固定，聚乙烯連接器中間有孔，以便穿過饋電的同軸線。同時(shí)聚乙烯連接器兩邊打螺紋孔，用以固定天線在天線罩里的位置。

所述饋電網(wǎng)絡(luò)300如圖7，主要組成部分為2個(gè)威爾金森功分器301、302，以及兩個(gè)T形功分器303、304。端口1(311)為輸入端口，端口2(312)、3(313)、4(314)、5(315)、6(316)，為輸出端口，其中端口2、3、4分別用特性阻抗為50Ω同軸線連接三個(gè)微帶振子單元，其端口阻抗為50Ω。端口5、6分別通過相位差為90°的兩條同軸線和頂端的十字交叉振子連接，同軸線的特性阻抗和十字振子端口阻抗均為100Ω。

本發(fā)明實(shí)施例的天線中心頻率為1090MHz，進(jìn)一步的，可根據(jù)系統(tǒng)需要，調(diào)節(jié)發(fā)明的各尺寸實(shí)現(xiàn)不同的中心頻率。

十字交叉振子100的振子臂長(zhǎng)度為68mm(λ₀/4)，λ₀為中心頻率對(duì)應(yīng)的空氣中的波長(zhǎng)。十字交叉振子離錐形反射面錐頂?shù)木嚯x為λ₀/4，錐形反射面錐低直徑為0.6λ₀～0.8λ₀。錐形反射面的高度為0.2λ₀～0.3λ₀。

微帶振子單元的輻射臂長(zhǎng)度為60mm(0.22λ₀)，扼流套筒的長(zhǎng)度為0.16λ₀～0.18λ₀，套筒直徑為0.15λ₀～0.16λ₀，介質(zhì)板的寬為38.2mm，輻射臂的寬度為6mm。

相鄰的微帶振子天線211間距為0.65λ₀-0.75λ₀。

本發(fā)明的兩條輻射臂等效為一條寬的輻射臂，可以實(shí)現(xiàn)振子天線較寬的帶寬。天線罩通過螺絲固定聚乙烯連接器，對(duì)天線進(jìn)行支撐保護(hù)?？蛇x用強(qiáng)度較高的天線罩材料，實(shí)現(xiàn)整體天線的良好機(jī)械性能。本發(fā)明的無人機(jī)通信的全向天線，天線波束覆蓋水平全向及天線的上半空，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的全方位無障礙通信，同時(shí)天線的帶寬較寬。豎直放置的微帶振子天線單元，可以根據(jù)水平增益需求增加天線單元的個(gè)數(shù)。本發(fā)明可根據(jù)需求，改變天線的中心頻率。天線形式實(shí)用于UHF頻段(300MHz-3000MHz)。

綜上，本發(fā)明天線，具有阻抗帶寬寬，水平方向增益高，天線上空波束全覆蓋。同時(shí)本發(fā)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，制作成本低。實(shí)用于無人機(jī)的遙測(cè)通信，具有廣闊的應(yīng)用前景。