一種平面等角螺旋天線及無人機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種平面等角螺旋天線及無人機，所述平面等角螺旋天線包括：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°。所述無人機承載有上述的平面等角螺旋天線。所述天線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，降低了天線系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線的尺寸，使天線設(shè)計簡潔，更加小巧輕便。
【專利說明】
一種平面等角螺旋天線及無人機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種平面等角螺旋天線及無人機。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，尤其消費級無人機以其體積小、重量輕、成本低等特點博得了眾多消費者的喜愛。但是，考慮到用戶體驗以及安全性等因素，基于GPS(Global Posit1n System,全球定位系統(tǒng))的導(dǎo)航系統(tǒng)已成為無人機自主飛行里不可或缺的重要組成部分;導(dǎo)航系統(tǒng)為駕駛員或自動駕駛儀提供用以實現(xiàn)對運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)航資源越來越多，現(xiàn)代導(dǎo)航不僅要滿足運載體航行的目的性，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天線則成為考驗系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。
[0003]目前，市面上的無人機領(lǐng)域的GPS天線多是常見的陶瓷patch(貼片)天線，如圖1所示，該陶瓷patch天線的規(guī)格尺寸為25(長)*25(寬)*6mm(厚度)。這種陶瓷GPS patch天線的性能比較穩(wěn)定，但其設(shè)計復(fù)雜，天線厚度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[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，在保證性能穩(wěn)定性的前提下實現(xiàn)設(shè)計簡潔、小巧、輕便，以適應(yīng)于無人機導(dǎo)航的需要。
[0006]解決方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種平面等角螺旋天線，所述平面等角螺旋天線包括: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]在一個示例中，所述第一輻射臂和所述第二輻射臂的臂長介于工作輻射波在自由空間中的波長的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對應(yīng)于所述平面等角螺旋天線的諧振頻率。
[0009]在一個示例中，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為0.19m;所述工作輻射波在襯底中的波長為90.9mm;所述第一輻射臂和所述第二福射臂的臂長為50mm?70mm。
[0010]在一個示例中，所述襯底為聚合物襯底。在一個示例中，所述襯底由介電常數(shù)ξ為4.4的聚四氟乙烯構(gòu)成。
[0011]在一個示例中，所述襯底的長為40mm，寬為40mm，厚度為1mm。
[0012]在一個示例中，所述夾角α為120°。
[0013]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種無人機，所述無人機承載有上述的平面等角螺旋天線。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明實施例的平面等角螺旋天線，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，降低了天線系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線的尺寸，同時可以利用天線的兩條輻射臂的耦合特性減少天線的橫向尺寸，在保證性能穩(wěn)定性的前提下，使天線設(shè)計簡潔，更加小巧輕便。
【附圖說明】
[0016]包含在說明書中并且構(gòu)成說明書的一部分的附圖與說明書一起示出了本發(fā)明的示例性實施例、特征和方面，并且用于解釋本發(fā)明的原理。
[0017]圖1示出常用無人機GPSpatch天線模塊；
[0018]圖2A示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的平面等角螺旋天線的結(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)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線的諧振帶寬圖；
[0021]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線的阻抗曲線圖；
[0022]圖5示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線E面輻射增益方向圖；
[0023]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線H面輻射增益方向圖。
【具體實施方式】
[0024]以下將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的各種示例性實施例、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]在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。
[0026]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實施方式】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，沒有某些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領(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]實施例1
[0028]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的平面等角螺旋天線10的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，平面等角螺旋天線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)明實施例的平面等角螺旋天線，采用兩輻射臂的夾角α為:0°〈α〈180°，或180°<α<360°，該夾角α是兩個輻射臂在各自的起始端的切線之間形成的夾角(如圖2Β所示)，這使天線諧振模式變?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，降低了天線系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度。由于省略了巴倫，可以在厚度上減少天線的尺寸，同時可以利用天線的兩條輻射臂的縫隙耦合特性減少天線的橫向尺寸，在保證性能穩(wěn)定性的前提下，使天線設(shè)計簡潔，更加小巧輕便。
[0030]本發(fā)明實施例的平面等角螺旋天線可以作為GPS天線的輻射體，規(guī)避了常規(guī)的寬帶平面等角螺旋天線的平衡對稱工作特性。本發(fā)明實施例的平面等角螺旋天線可采用單極子天線的饋電方式和縫隙天線的諧振模式，既省略了寬頻帶螺旋天線繁雜而龐大的巴倫設(shè)計過程減小了天線高度，又可通過調(diào)整兩輻射臂間的縫隙增加耦合效果，使天線諧振面積變小，縮小了橫向天線面積;優(yōu)點是減小了天線面積和重量，利于安裝到小型商用無人機使用。
[0031 ]在一個示例中，夾角α可為120°，以使得天線諧振頻率接近GPS信號頻率。
[0032]在一個示例中，平面等角螺旋天線的兩個輻射臂的外形是螺旋角度的函數(shù)，可由螺旋角度來確定。輻射臂的具體形狀可以根據(jù)設(shè)計需要來確定，本發(fā)明對此不作限制。
[0033]以圓極化GPS天線作為平面等角螺旋天線的一個例子，可利用平面等角螺旋天線的螺旋旋向(左旋或者右旋)來決定天線圓極化類型(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10為右手螺旋圓極化GPS天線。
[0034]在一個示例中，如圖2所示，平面等角螺旋天線10的襯底11可以是聚合物襯底，其相對于陶瓷襯底質(zhì)量更輕，更適于無人機搭載。在一個示例中，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，克服了常見的陶瓷GPS patch天線的以陶瓷作為襯底而產(chǎn)生的重量和體積大的缺點，更適合以小巧便攜為目標(biāo)的消費級無人機的導(dǎo)航需要。
[0035]可在襯底11的頂面鋪設(shè)銅箔線作為第一輻射臂12和第二輻射臂13，第一輻射臂12和第二輻射臂13的臂長可介于工作輻射波在自由空間中的波長的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對應(yīng)于所述平面等角螺旋天線的諧振頻率。本發(fā)明實施例的平面等角螺旋天線工作于一個波長附近，天線輻射/接收效率較高。
[0036]以GPS信號的輻射波為工作輻射波為例，其GPS信號的諧振頻率為f=1575.42Mhz，經(jīng)計算，6?3信號的輻射波在自由空間的波長為人=(:八=3.0*108/(1575.42*106)=0.19(m)，由于平面等角螺旋天線1工作在自由空間和襯底11之間，GPS信號的輻射波在襯底中的波長約為& =人/(|相1/2)=90.9臟;因此，可取每條輻射臂長L為:W2<L<X/2。每條輻射臂長L可為50mm?7 Omm，優(yōu)選地，可取L = 60mm作為天線福射臂的初始值，通過優(yōu)化，可取右手螺旋圓極化GPS天線為襯底尺寸為40(長)*40(寬)*lmm(厚度)的平面等角螺旋天線，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。同軸電纜饋電部件14的位置可以是根據(jù)設(shè)計需要的任意位置，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，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。舉例來說，如圖2Α所示，同軸電纜饋電部件14可位于襯底11的相對于第一輻射臂12與第二輻射臂13的另一側(cè)，并通過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)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線的諧振帶寬圖。如圖3所示，該天線的諧振正好落于1575.4Mhz處，駐波很好，滿足圓極化GPS天線的諧振需求。
[0039]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線的阻抗曲線圖。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型匹配電路來彌補失配損失。
[0040]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線E面輻射增益方向圖，如圖5所示，該GPS天線為定向輻射/接收，滿足無人機GPS天線的輻射/接收要求，適用于無人機導(dǎo)航。
[0041]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的右手螺旋圓極化GPS天線H面輻射增益方向圖，如圖6所示，該GPS天線沿兩條輻射臂旋轉(zhuǎn)方向輻射最強。
[0042]實施例2
[0043]本發(fā)明實施例的一種無人機(或稱為無人駕駛飛行器)，可承載實施例1中的平面等角螺旋天線，用于無人機導(dǎo)航，無人機采用實施例1中的平面等角螺旋天線，有利于減少系統(tǒng)功耗，增長無人機的電池的使用壽命。
[0044]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，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】
1.一種平面等角螺旋天線，其特征在于，所述平面等角螺旋天線包括: 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，其特征在于，所述第一輻射臂和所述第二輻射臂的臂長介于工作輻射波在自由空間中的波長的二分之一和所述工作輻射波在襯底中的波長的二分之一之間，所述工作輻射波的頻率對應(yīng)于所述平面等角螺旋天線的諧振頻率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面等角螺旋天線，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為0.19m； 所述工作福射波在襯底中的波長為90.9mm； 所述第一福射臂和所述第二福射臂的臂長為50mm?70mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面等角螺旋天線，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，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，其特征在于，所述襯底的長為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，其特征在于，所述夾角α為120°。8.—種無人機，其特征在于，所述無人機承載有根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項所述的平面等角螺旋天線。
【文檔編號】H01Q1/38GK105896069SQ201610221945
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】李彪
【申請人】北京博瑞愛飛科技發(fā)展有限公司