CN112448125B - 双频定向天线及无人机遥控器 - Google Patents

双频定向天线及无人机遥控器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双频定向天线及无人机遥控器，双频定向天线包括介质板、两个第一偶极子天线以及两个第二偶极子天线，第一偶极子天线和第二偶极子天线均设于介质板的同一侧，第一偶极子天线的长度方向、第二偶极子天线的长度方向均与X方向平行，第一偶极子天线的长度为0.5λ1，第二偶极子天线的长度为0.5λ2，介质板具有沿Y方向设置的对称线，第一偶极子天线、第二偶极子天线均以对称线为中心线对称设置，且双频定向天线的馈电点设于介质板与X方向平行的边缘处。本发明提供的双频定向天线及无人机遥控器，靠近馈电点的偶极子天线的相位超前于远离馈电点的偶极子天线的相位，从而使同频率偶极子天线分别形成定向辐射对，保证低剖面特性。

Description

双频定向天线及无人机遥控器
技术领域
本发明属于天线技术领域，更具体地说，是涉及一种双频定向天线及无人机遥控器。
背景技术
民用和军用无人机都有小型化、高集成度的发展趋势。例如民用无人机天线，现在的趋势是将导航***、图像传输***、远程控制***都集成在机体上，用以实现更好的交互式体验。而目前使用WLAN的两个频段来实现遥控器和无人机的控制。此应用场景中，遥控器端的天线需要定向性方向图。因为一般而言，无人机和遥控器形成正对关系。背面的方向图对通信***的贡献很小。所以，我们可以概括出无人机遥控器上方向图理想状态应该是定向辐射的。除此之外，由于无人机遥控器体积小，留给天线放置的空间有限，为此，需要在实现双频定向辐射的前提下，进一步实现低剖面，以降低天线的厚度。目前常用的定向性天线的设计思路有两种，一种是多单元组成阵列，馈以特定的幅值和相位，达到阵列天线的定向辐射特性。此方法的缺点有两个：一是单元数量多，对双频设计会产生很大困难；二是馈电网络设计复杂。另外一种定向性辐射的实现方法是需要一块大的金属作为反射板，将后向辐射的能量反射到前向形成定向辐射。此方法的缺点是反射板和天线之间的距离一般要求在谐振频率的四分之波长附近，这样才能保证前向电磁波的同相位叠加而不是相互抵消，很难实现低剖面特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双频定向天线，以解决现有技术中存在的双频定向天线不具有低剖面特性的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种双频定向天线，具有第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率的波长为λ1，第一谐振频率的波长为λ2，其特征在于：包括介质板、两个第一偶极子天线以及两个第二偶极子天线，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线均设于所述介质板的同一侧，所述第一偶极子天线的长度方向、所述第二偶极子天线的长度方向均与X方向平行，所述第一偶极子天线的长度为0.5λ1，所述第二偶极子天线的长度为0.5λ2，所述介质板具有沿Y方向设置的对称线，所述第一偶极子天线、所述第二偶极子天线均以所述对称线为中心线对称设置，且所述双频定向天线的馈电点设于所述介质板与X方向平行的边缘处。
进一步地，所述第一偶极子天线包括两个在X方向上间隔排列的第一带条，所述第二偶极子天线包括两个在X方向上间隔排列的第二带条，所述第一带条及所述第二带条的长度方向均沿X方向设置。
进一步地，所述双频定向天线还包括两个馈电条，其中一个所述馈电条连接位于所述对称线同一侧的所述第一带条和所述第二带条，另一个所述馈电条连接位于所述对称线另一侧的所述第一带条和所述第二带条。
进一步地，两个所述馈电条的长度方向均与Y方向平行。
进一步地，位于所述对称线同一侧的所述第一带条和所述第二带条的靠近所述对称线一端的连线沿Y方向设置。
进一步地，其中一个所述第一偶极子天线、其中一个所述第二偶极子天线、另一个所述第一偶极子天线及另一个所述第二偶极子天线沿Y方向依次设置；或者，
其中一个所述第一偶极子天线、另一个所述第一偶极子天线、其中一个所述第二偶极子天线及另一个所述第二偶极子天线沿Y方向依次设置。
进一步地，两个所述第一偶极子天线的距离在0.25λ1和0.8λ1之间，两个所述第二偶极子天线的距离在0.25λ2和0.8λ2之间。
进一步地，所述第一偶极子天线的长度大于所述第二偶极子天线的长度，两个所述第一偶极子天线的距离大于两个所述第二偶极子天线的距离，且设于两个所述第二偶极子天线之间的第一偶极子天线与该两个第二偶极子天线之间的距离相等。
进一步地，所述第一谐振频率为2.4GHz，所述第二谐振频率为5.8GHz。
本发明还提供一种无人机遥控器，包括上述的双频定向天线。
本发明提供的双频定向天线及无人机遥控器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明双频定向天线包括介质板、两个第一偶极子天线和两个第二偶极子天线，第一偶极子天线的长度为第一谐振频率的半波长，第二偶极子天线的长度为第二谐振频率的半波长，通过设置两种不同长度的偶极子天线，使该天线具有双频谐振。该天线的馈电点设于介质板与X方向平行的边缘处，使各个偶极子天线与馈电点的距离不同，靠近馈电点的偶极子天线的相位超前于远离馈电点的偶极子天线的相位，从而使同频率的两个第一偶极子天线、同频率的两个第二偶极子天线分别形成定向辐射对。在该天线结构中，第一偶极子天线和第二偶极子天线均设于介质板的同一侧，无需使用反射板，天线的厚度较小，保证低剖面特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的双频定向天线的主视图；
图2(a)为本发明实施例提供的双频定向天线在第一谐振频率时第一偶极子天线的电流分布示意图；
图2(b)为本发明实施例提供的双频定向天线在第二谐振频率时第二偶极子天线的电流分布示意图；
图3为本发明实施例提供的双频定向天线的S参数性能曲线仿真图；
图4为本发明实施例提供的双频定向天线的反射系数的仿真结果和实验结果的对比图；
图5为本发明实施例提供的双频定向天线在第一谐振频率下的方向图；
图6为本发明实施例提供的双频定向天线在第二谐振频率下的方向图。
其中，图中各附图标记：
1-第一偶极子天线；11-第一带条；2-第二偶极子天线；21-第二带条；3-介质板；4-馈电点；5-馈电条。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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发明和简化描述，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发明的限制。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1，现对本发明实施例提供的双频定向天线进行说明。双频定向天线具有两个谐振频率，分别为第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率对应的波长为λ1，第二谐振频率对应的波长为λ2。在其中一个实施例中，双频定向天线包括介质板3、两个第一偶极子天线1和两个第二偶极子天线2。介质板3的介电常数此处不作限定，可选为2.2、3.66等。介质板3具有沿Y方向设置的对称线，两个第一偶极子天线1、两个第二偶极子天线2均以该对称线为中心线对称设置。第一偶极子天线1的长度方向和第二偶极子天线2的长度方向均与X方向平行，即第一偶极子天线1与第二偶极子天线2平行设置。第一偶极子天线1的长度与第二偶极子天线2的长度不同，使得该天线能够在两种不同的频率下谐振，形成双频谐振。相应地，第一偶极子天线1的长度为0.5λ1，第二偶极子天线2的长度为0.5λ2，使该天线能够在第一谐振频率和第二谐振频率下工作。该双频定向天线的馈电点4设于介质板3与X方向平行的边缘处，具体地，馈电点4可设于在Y方向上最外端的偶极子天线上，该偶极子天线在Y方向上与介质板3的边缘距离最小。这样，各个偶极子天线(第一偶极子天线1、第二偶极子天线2)与馈电点4的距离均不相同，靠近馈电点4的偶极子天线的相位超前于远离馈电点4的偶极子天线的相位，通过适当调节各个偶极子天线之间的距离，可以实现相同频率的天线形成定向辐射对，使之具有定向辐射特性。而第一偶极子天线1和第二偶极子天线2均设于介质板3的同一侧，该双频定向天线的厚度较薄，与介质板3的厚度大致相同，占据的空间较小，具有低剖面特性。
上述实施例中的双频定向天线，包括介质板3、两个第一偶极子天线1和两个第二偶极子天线2，第一偶极子天线1的长度为第一谐振频率的半波长，第二偶极子天线2的长度为第二谐振频率的半波长，通过设置两种不同长度的偶极子天线，使该天线具有双频谐振。该天线的馈电点4设于介质板3与X方向平行的边缘处，使各个偶极子天线与馈电点4的距离不同，靠近馈电点4的偶极子天线的相位超前于远离馈电点4的偶极子天线的相位，从而使同频率的两个第一偶极子天线1、同频率的两个第二偶极子天线2分别形成定向辐射对。在该天线结构中，第一偶极子天线1和第二偶极子天线2均设于介质板3的同一侧，无需使用反射板，天线的厚度较小，保证低剖面特性。
请参阅图1，在其中一个实施例中，第一偶极子天线1包括两个在X方向上间隔排列的第一带条11，第二偶极子天线2包括两个在X方向上间隔排列的第二带条21，则该双频定向天线中，第一带条11的数量为四条，第二带条21的数量也为四条，使之形成一对第一偶极子天线1和一对第二偶极子天线2。在同一个第一偶极子天线1中，对称线设于两个第一带条11之间；在同一个第二偶极子天线2中，对称线设于两个第二带条21之间，使第一偶极子天线1和第二偶极子天线2均以对称线为中心线对称设置。
请参阅图1，在其中一个实施例中，双频定向天线还包括两个馈电条5，其中一个馈电条5连接位于对称线同一侧的第一带条11和第二带条21，使对称线该侧的第一带条11和第二带条21串联连接，另一个馈电条5连接位于对称线另一侧的第一带条11和第二带条21，使对称线另一侧的第一带条11和第二带条21串联连接。两个馈电条5之间且靠近介质板3与X方向平行的边缘处即为馈电点4，其中一个馈电条5连接电源正极，另外一个馈电条5连接电源负极，向第一偶极子天线1和第二偶极子天线2馈电。
如图2所示，图2为双频定向天线在馈电时的电流分布图。图2(a)为该双频定向天线在第一谐振频率谐振时，第一偶极子天线1的电流分布示意图；图2(b)为该双频定向天线在第二谐振频率谐振时，第二偶极子天线2的电流分布示意图。其中，箭头的方向代表电流的方向，箭头的长度代表电流的大小。如此可以说明该双频定向天线能够分别在第一谐振频率和第二谐振频率下正常工作。
更进一步地，两个馈电条5的长度方向均与Y方向平行，馈电条5连接于第一带条11及第二带条21的端部，即位于对称线同一侧的第一带条11和第二带条21的靠近对称线一端的连线沿Y方向设置，使第一带条11和第二带条21的电流分布呈图2所示。
请参阅图1，在其中一个实施例中，其中一个第一偶极子天线1、其中一个第二偶极子天线2、另一个第一偶极子天线1及另一个第二偶极子天线2沿Y方向依次设置；或者，其中一个第一偶极子天线1、另一个第一偶极子天线1、其中一个第二偶极子天线2及另一个第二偶极子天线2沿Y方向依次设置。第一偶极子天线1和第二偶极子之间的影响较小。在第一偶极子天线1谐振时，第二偶极子天线2呈高阻状态。在第二偶极子天线2谐振时，第一偶极子天线1呈高阻状态。
更具体地，当其中一个第一偶极子天线1、其中一个第二偶极子天线2、另一个第一偶极子天线1及另一个第二偶极子天线2沿Y方向依次设置时，该双频定向天线在Y方向上的尺寸更小，能够进一步缩小双频定向天线的体积。
在其中一个实施例中，两个第一偶极子天线1的距离在0.25λ1和0.8λ1之间，两个第二偶极子天线2的距离在0.25λ2和0.8λ2之间，使第一偶极子天线1及第二偶极子天线2馈入的能量幅值较大。其中，两个第一偶极子天线1之间的距离是指两个第一偶极子天线1在Y方向上的距离，两个第二偶极子天线2之间的距离是指两个第一偶极子天线1在Y方向上的距离。
更具体地，当其中一个第一偶极子天线1、其中一个第二偶极子天线2、另一个第一偶极子天线1及另一个第二偶极子天线2沿Y方向依次设置，且第一偶极子天线1的长度大于第二偶极子天线2的长度时，第一谐振频率小于第二谐振频率，两个第一偶极子天线1的距离大于两个第二偶极子天线2的距离，且设于两个第二偶极子天线2之间的第一偶极子天线1与该两个第二偶极子天线2之间的距离相等，使该双频定向天线既能在Y方向上保证较小的尺寸，又能尽可能地减小第一偶极子天线1和第二偶极子天线2之间的干扰。
请参阅图3，图3为图1中的双频定向天线的S参数性能曲线仿真图，图1中的尺寸单位均为毫米，第一带条11和第二带条21的宽度相同，图3中横坐标为频率，纵坐标为反射系数S11。由图3可以得出，当第一谐振频率为2.4GHz，第二谐振频率为5.8GHz时，该双频定向天线的增益均大于5dBi。
请参阅图4，图4为图1中的双频定向天线的反射系数的仿真结果和实验结果的对比图，图4中的横坐标为频率，纵坐标为反射系数(dB)。由图4可知，仿真结果与实验结果的曲线趋势相同，反射系数数值相近，实验结果验证了仿真结果，因此可证明该双频定向天线在2.4GHz和5.8GHz时均具有较高的增益。
请参阅图5及图6，图5为图1的双频定向天线在2.4GHz下且于YOZ平面的方向图，图6为图1的双频定向天线在5.8GHz下且与YOZ平面的方向图。由图5和图6可以得出，图1中的双频定向天线具有双频定向辐射特性。
本发明还提供一种无人机遥控器，该无人机遥控器包括上述任一实施例中的双频定向天线，双频定向天线设于无人机遥控器的内部。
无人机遥控器，采用了上述的双频定向天线，双频定向天线包括介质板3、两个第一偶极子天线1和两个第二偶极子天线2，第一偶极子天线1的长度为第一谐振频率的半波长，第二偶极子天线2的长度为第二谐振频率的半波长，通过设置两种不同长度的偶极子天线，使该天线具有双频谐振。该天线的馈电点4设于介质板3与X方向平行的边缘处，使各个偶极子天线与馈电点4的距离不同，靠近馈电点4的偶极子天线的相位超前于远离馈电点4的偶极子天线的相位，从而使同频率的两个第一偶极子天线1、同频率的两个第二偶极子天线2分别形成定向辐射对。在该天线结构中，第一偶极子天线1和第二偶极子天线2均设于介质板3的同一侧，无需使用反射板，天线的厚度较小，保证低剖面特性，减小双频定向天线所占用的体积，从而可以缩小无人机遥控器的体积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.双频定向天线，具有第一谐振频率和第二谐振频率，第一谐振频率的波长为λ1，第一谐振频率的波长为λ2，其特征在于：包括介质板、两个第一偶极子天线以及两个第二偶极子天线，所述第一偶极子天线和所述第二偶极子天线均设于所述介质板的同一侧，所述第一偶极子天线的长度方向、所述第二偶极子天线的长度方向均与X方向平行，所述第一偶极子天线的长度为0.5λ1，所述第二偶极子天线的长度为0.5λ2，所述介质板具有沿Y方向设置的对称线，所述第一偶极子天线、所述第二偶极子天线均以所述对称线为中心线对称设置，且所述双频定向天线的馈电点设于所述介质板与X方向平行的边缘处；所述第一偶极子天线包括两个在X方向上间隔排列的第一带条，所述第二偶极子天线包括两个在X方向上间隔排列的第二带条，所述第一带条及所述第二带条的长度方向均沿X方向设置。
2.如权利要求1所述的双频定向天线，其特征在于：所述双频定向天线还包括两个馈电条，其中一个所述馈电条连接位于所述对称线同一侧的所述第一带条和所述第二带条，另一个所述馈电条连接位于所述对称线另一侧的所述第一带条和所述第二带条。
3.如权利要求2所述的双频定向天线，其特征在于：两个所述馈电条的长度方向均与Y方向平行。
4.如权利要求1所述的双频定向天线，其特征在于：位于所述对称线同一侧的所述第一带条和所述第二带条的靠近所述对称线一端的连线沿Y方向设置。
5.如权利要求1所述的双频定向天线，其特征在于：其中一个所述第一偶极子天线、其中一个所述第二偶极子天线、另一个所述第一偶极子天线及另一个所述第二偶极子天线沿Y方向依次设置；或者，
其中一个所述第一偶极子天线、另一个所述第一偶极子天线、其中一个所述第二偶极子天线及另一个所述第二偶极子天线沿Y方向依次设置。
6.如权利要求5所述的双频定向天线，其特征在于：两个所述第一偶极子天线的距离在0.25λ1和0.8λ1之间，两个所述第二偶极子天线的距离在0.25λ2和0.8λ2之间。
7.如权利要求6所述的双频定向天线，其特征在于：所述第一偶极子天线的长度大于所述第二偶极子天线的长度，两个所述第一偶极子天线的距离大于两个所述第二偶极子天线的距离，且设于两个所述第二偶极子天线之间的第一偶极子天线与该两个第二偶极子天线之间的距离相等。
8.如权利要求1-7任一项所述的双频定向天线，其特征在于：所述第一谐振频率为2.4GHz，所述第二谐振频率为5.8GHz。
9.无人机遥控器，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的双频定向天线。
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