一種平面等角螺旋天線(xiàn)及無(wú)人機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種平面等角螺旋天線(xiàn)及無(wú)人機(jī)，所述平面等角螺旋天線(xiàn)包括：襯底；第一輻射臂和第二輻射臂，鋪設(shè)于所述襯底的一面，所述第一輻射臂和第二輻射臂自起始端向外以螺旋方式分布；同軸電纜饋電部件，在所述起始端與所述第一輻射臂和所述第二輻射臂連接；其中，所述第一輻射臂與所述第二輻射臂在起始端的夾角α為：0°<α<180°,或180°<α<360°。所述無(wú)人機(jī)承載有上述的平面等角螺旋天線(xiàn)。所述天線(xiàn)的諧振模式為非平衡式諧振，因此可直接采用同軸電纜饋電，從而節(jié)省了巴倫的設(shè)計(jì)，降低了天線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線(xiàn)的尺寸，使天線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，更加小巧輕便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種平面等角螺旋天線(xiàn)及無(wú)人機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面等角螺旋天線(xiàn)及無(wú)人機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)人機(jī)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，尤其消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)以其體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)博得了眾多消費(fèi)者的喜愛(ài)。但是，考慮到用戶(hù)體驗(yàn)以及安全性等因素，基于GPS(Global Posit1n System,全球定位系統(tǒng))的導(dǎo)航系統(tǒng)已成為無(wú)人機(jī)自主飛行里不可或缺的重要組成部分;導(dǎo)航系統(tǒng)為駕駛員或自動(dòng)駕駛儀提供用以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)載體的正確操縱或控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可利用的信息導(dǎo)航資源越來(lái)越多，現(xiàn)代導(dǎo)航不僅要滿(mǎn)足運(yùn)載體航行的目的性，還要解決航行的安全性，連續(xù)性和有效性。由于現(xiàn)代科技的迅猛發(fā)展，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)朝著高集成化，智能化，多用途方向發(fā)展;而作為導(dǎo)航系統(tǒng)的通訊核心器件GPS天線(xiàn)則成為考驗(yàn)系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。
[0003]目前，市面上的無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的GPS天線(xiàn)多是常見(jiàn)的陶瓷patch(貼片)天線(xiàn)，如圖1所示，該陶瓷patch天線(xiàn)的規(guī)格尺寸為25(長(zhǎng))*25(寬)*6mm(厚度)。這種陶瓷GPS patch天線(xiàn)的性能比較穩(wěn)定，但其設(shè)計(jì)復(fù)雜，天線(xiàn)厚度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題
[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種平面等角螺旋天線(xiàn)，在保證性能穩(wěn)定性的前提下實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、小巧、輕便，以適應(yīng)于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航的需要。
[0006]解決方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種平面等角螺旋天線(xiàn)，所述平面等角螺旋天線(xiàn)包括:襯底;第一輻射臂和第二輻射臂，鋪設(shè)于所述襯底的一面，所述第一輻射臂和第二輻射臂自起始端向外以螺旋方式分布；同軸電纜饋電部件，在所述起始端與所述第一輻射臂和所述第二輻射臂連接;其中，所述第一輻射臂與所述第二輻射臂在起始端的夾角α為:0。<α<180°，或 180° <α<360°。
[0008]在一個(gè)示例中，所述第一輻射臂和所述第二輻射臂的臂長(zhǎng)介于工作輻射波在自由空間中的波長(zhǎng)的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長(zhǎng)的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對(duì)應(yīng)于所述平面等角螺旋天線(xiàn)的諧振頻率。
[0009]在一個(gè)示例中，所述工作輻射波的頻率為1575.42MHz;所述工作輻射波在自由空間中的波長(zhǎng)為0.19m;所述工作輻射波在襯底中的波長(zhǎng)為90.9mm;所述第一輻射臂和所述第二福射臂的臂長(zhǎng)為50mm?70mm。
[0010]在一個(gè)示例中，所述襯底為聚合物襯底。在一個(gè)示例中，所述襯底由介電常數(shù)ξ為4.4的聚四氟乙烯構(gòu)成。
[0011]在一個(gè)示例中，所述襯底的長(zhǎng)為40mm，寬為40mm，厚度為1mm。
[0012]在一個(gè)示例中，所述夾角α為120°。
[0013]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)人機(jī)，所述無(wú)人機(jī)承載有上述的平面等角螺旋天線(xiàn)。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)，采用主輻射臂與輔助輻射臂的夾角α為:0°〈α〈180°，或180°〈α〈360°，使天線(xiàn)諧振模式為非平衡式諧振，因此可直接采用同軸電纜饋電，從而節(jié)省了巴倫的設(shè)計(jì)，降低了天線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線(xiàn)的尺寸，同時(shí)可以利用天線(xiàn)的兩條輻射臂的耦合特性減少天線(xiàn)的橫向尺寸，在保證性能穩(wěn)定性的前提下，使天線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，更加小巧輕便。
【附圖說(shuō)明】
[0016]包含在說(shuō)明書(shū)中并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖與說(shuō)明書(shū)一起示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。
[0017]圖1示出常用無(wú)人機(jī)GPSpatch天線(xiàn)模塊；
[0018]圖2A示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2B示出夾角α的示意圖；
[0020]圖3示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)的諧振帶寬圖；
[0021]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)的阻抗曲線(xiàn)圖；
[0022]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)E面輻射增益方向圖；
[0023]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)H面輻射增益方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下將參考附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標(biāo)記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
[0025]在這里專(zhuān)用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說(shuō)明性”。這里作為“示例性”所說(shuō)明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。
[0026]另外，為了更好的說(shuō)明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，沒(méi)有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在一些實(shí)例中，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0027]實(shí)施例1
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)10的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，平面等角螺旋天線(xiàn)10可包括:襯底11;第一輻射臂12和第二輻射臂13，鋪設(shè)于襯底11的頂面(所述一面)，第一輻射臂12和第二輻射臂13自起始端向外以螺旋方式分布；同軸電纜饋電部件14，在所述起始端與第一輻射臂12和第二輻射臂13連接;其中，第一輻射臂12與第二輻射臂13在起始端的夾角α為:0° <α<180°，或180° <α〈360°。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)，采用兩輻射臂的夾角α為:0°〈α〈180°，或180°<α<360°，該夾角α是兩個(gè)輻射臂在各自的起始端的切線(xiàn)之間形成的夾角(如圖2Β所示)，這使天線(xiàn)諧振模式變?yōu)榉瞧胶馐街C振，因此可直接采用同軸電纜饋電，從而節(jié)省了巴倫的設(shè)計(jì)，降低了天線(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線(xiàn)的尺寸，同時(shí)可以利用天線(xiàn)的兩條輻射臂的縫隙耦合特性減少天線(xiàn)的橫向尺寸，在保證性能穩(wěn)定性的前提下，使天線(xiàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，更加小巧輕便。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)可以作為GPS天線(xiàn)的輻射體，規(guī)避了常規(guī)的寬帶平面等角螺旋天線(xiàn)的平衡對(duì)稱(chēng)工作特性。本發(fā)明實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)可采用單極子天線(xiàn)的饋電方式和縫隙天線(xiàn)的諧振模式，既省略了寬頻帶螺旋天線(xiàn)繁雜而龐大的巴倫設(shè)計(jì)過(guò)程減小了天線(xiàn)高度，又可通過(guò)調(diào)整兩輻射臂間的縫隙增加耦合效果，使天線(xiàn)諧振面積變小，縮小了橫向天線(xiàn)面積;優(yōu)點(diǎn)是減小了天線(xiàn)面積和重量，利于安裝到小型商用無(wú)人機(jī)使用。
[0031 ]在一個(gè)示例中，夾角α可為120°，以使得天線(xiàn)諧振頻率接近GPS信號(hào)頻率。
[0032]在一個(gè)示例中，平面等角螺旋天線(xiàn)的兩個(gè)輻射臂的外形是螺旋角度的函數(shù)，可由螺旋角度來(lái)確定。輻射臂的具體形狀可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要來(lái)確定，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0033]以圓極化GPS天線(xiàn)作為平面等角螺旋天線(xiàn)的一個(gè)例子，可利用平面等角螺旋天線(xiàn)的螺旋旋向(左旋或者右旋)來(lái)決定天線(xiàn)圓極化類(lèi)型(左手螺旋圓極化或者右手螺旋圓極化)，如圖2所示的示例中，平面等角螺旋天線(xiàn)10為右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)。
[0034]在一個(gè)示例中，如圖2所示，平面等角螺旋天線(xiàn)10的襯底11可以是聚合物襯底，其相對(duì)于陶瓷襯底質(zhì)量更輕，更適于無(wú)人機(jī)搭載。在一個(gè)示例中，襯底11可由介電常數(shù)ξ為4.4的聚四氟乙烯構(gòu)成。襯底11的厚度可例如為Imm左右(例如0.8?1.2mm)或其他需要的厚度。采用厚度較小、介電常數(shù)ξ為4.4的聚四氟乙烯作為襯底，克服了常見(jiàn)的陶瓷GPS patch天線(xiàn)的以陶瓷作為襯底而產(chǎn)生的重量和體積大的缺點(diǎn)，更適合以小巧便攜為目標(biāo)的消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)的導(dǎo)航需要。
[0035]可在襯底11的頂面鋪設(shè)銅箔線(xiàn)作為第一輻射臂12和第二輻射臂13，第一輻射臂12和第二輻射臂13的臂長(zhǎng)可介于工作輻射波在自由空間中的波長(zhǎng)的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長(zhǎng)的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對(duì)應(yīng)于所述平面等角螺旋天線(xiàn)的諧振頻率。本發(fā)明實(shí)施例的平面等角螺旋天線(xiàn)工作于一個(gè)波長(zhǎng)附近，天線(xiàn)輻射/接收效率較高。
[0036]以GPS信號(hào)的輻射波為工作輻射波為例，其GPS信號(hào)的諧振頻率為f=1575.42Mhz，經(jīng)計(jì)算，6?3信號(hào)的輻射波在自由空間的波長(zhǎng)為人=(:八=3.0*108/(1575.42*106)=0.19(m)，由于平面等角螺旋天線(xiàn)1工作在自由空間和襯底11之間，GPS信號(hào)的輻射波在襯底中的波長(zhǎng)約為& =人/(|相1/2)=90.9臟;因此，可取每條輻射臂長(zhǎng)L為:W2<L<X/2。每條輻射臂長(zhǎng)L可為50mm?7 Omm，優(yōu)選地，可取L = 60mm作為天線(xiàn)福射臂的初始值，通過(guò)優(yōu)化，可取右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)為襯底尺寸為40(長(zhǎng))*40(寬)*lmm(厚度)的平面等角螺旋天線(xiàn)，其中第一輻射臂12與第二輻射臂13在起始端的夾角α可為120°。
[0037 ]本實(shí)施例中的同軸電纜饋電部件14是用于與同軸電纜相連接的部件，本發(fā)明對(duì)同軸電纜饋電部件14的具體形狀不作限制，只要其能夠與所要連接的同軸電纜相匹配即可，例如，同軸電纜饋電部件14可以是能夠與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體導(dǎo)電連接的導(dǎo)電接觸點(diǎn)。同軸電纜饋電部件14的位置可以是根據(jù)設(shè)計(jì)需要的任意位置，只要其能夠與第一輻射臂12與第二輻射臂13在起始端連接即可，這種連接使得在同軸電纜饋電部件14與同軸電纜連接時(shí)，第一輻射臂和第二輻射臂與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體電連接。舉例來(lái)說(shuō)，如圖2Α所示，同軸電纜饋電部件14可位于襯底11的相對(duì)于第一輻射臂12與第二輻射臂13的另一側(cè)，并通過(guò)例如襯底上的通孔與第一輻射臂12與第二輻射臂13的起始端導(dǎo)電連接。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)的諧振帶寬圖。如圖3所示，該天線(xiàn)的諧振正好落于1575.4Mhz處，駐波很好，滿(mǎn)足圓極化GPS天線(xiàn)的諧振需求。
[0039]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)的阻抗曲線(xiàn)圖。如圖4所示，在中心頻率1.575Ghz處特征阻抗約32歐姆，可在同軸電纜與射頻功率放大器之間增加Π型匹配電路來(lái)彌補(bǔ)失配損失。
[0040]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)E面輻射增益方向圖，如圖5所示，該GPS天線(xiàn)為定向輻射/接收，滿(mǎn)足無(wú)人機(jī)GPS天線(xiàn)的輻射/接收要求，適用于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航。
[0041]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的右手螺旋圓極化GPS天線(xiàn)H面輻射增益方向圖，如圖6所示，該GPS天線(xiàn)沿兩條輻射臂旋轉(zhuǎn)方向輻射最強(qiáng)。
[0042]實(shí)施例2
[0043]本發(fā)明實(shí)施例的一種無(wú)人機(jī)(或稱(chēng)為無(wú)人駕駛飛行器)，可承載實(shí)施例1中的平面等角螺旋天線(xiàn)，用于無(wú)人機(jī)導(dǎo)航，無(wú)人機(jī)采用實(shí)施例1中的平面等角螺旋天線(xiàn)，有利于減少系統(tǒng)功耗，增長(zhǎng)無(wú)人機(jī)的電池的使用壽命。
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述平面等角螺旋天線(xiàn)包括: 襯底； 第一輻射臂和第二輻射臂，鋪設(shè)于所述襯底的一面，所述第一輻射臂和第二輻射臂自起始端向外以螺旋方式分布； 同軸電纜饋電部件，在所述起始端與所述第一輻射臂和所述第二輻射臂連接； 其中，所述第一輻射臂與所述第二輻射臂在起始端的夾角α為:0°〈α〈180°，或180°〈α〈360。ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述第一輻射臂和所述第二輻射臂的臂長(zhǎng)介于工作輻射波在自由空間中的波長(zhǎng)的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長(zhǎng)的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對(duì)應(yīng)于所述平面等角螺旋天線(xiàn)的諧振頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于， 所述工作輻射波的頻率為1575.42MHz; 所述工作輻射波在自由空間中的波長(zhǎng)為0.19m； 所述工作福射波在襯底中的波長(zhǎng)為90.9mm； 所述第一福射臂和所述第二福射臂的臂長(zhǎng)為50mm?70mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述襯底為聚合物襯底。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述襯底由介電常數(shù)ξ為4.4的聚四氟乙烯構(gòu)成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述襯底的長(zhǎng)為40mm，寬為40mm，厚度為Imm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面等角螺旋天線(xiàn)，其特征在于，所述夾角α為120°。8.—種無(wú)人機(jī)，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)承載有根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的平面等角螺旋天線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK105896069SQ201610221945
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李彪
【申請(qǐng)人】北京博瑞愛(ài)飛科技發(fā)展有限公司