Et multi-antenne co-design til Quadcopter UAV'er

Et multi-antenne co-design til Quadcopter UAV'er

UAV'er bruges i vid udstrækning på tværs af militære og civile sektorer.

Ud over flyvekontrolsystemet er en stabil UAV-drift stærkt afhængig af et multi-antennesystem til ekstern dataudveksling i realtid. Dette dokument præsenterer et tilpasset multi-antenne design til quadcopter UAV'er, der beskriver hvordan 8 antenner, der opererer på tværs af 6 frekvensbånd, er integreret i et begrænset rum for at understøtte robust systemkommunikation.

Designkrav:  Systemet kræver 8 antenner, der dækker 6 frekvensbånd:

5G-bånd:  Inklusiv

700 MHz (UL: 703-743 MHz, DL: 758-798 MHz)

900 MHz (UL: 889-915 MHz, DL: 934-960 MHz).

1,4 GHz bånd:  1412-1497 MHz.

2,4 GHz bånd:  2412-2472 MHz.

Rumlige begrænsninger:  Tilgængelig plads er ekstremt begrænset: Rotorhuset er en afskæring (160 mm x 180 mm x 40 mm) med en brugbar omkreds på 320 mm. Den øverste skrog giver kun to 20 mm x 44 mm områder til antenneplacering. Den primære udfordring ligger i at montere alle antenner og samtidig opretholde høj signalintegritet.

Nøgledesignfunktioner:

Konformt rotorantennedesign:  For at afbøde signaludsving forårsaget af rotorrotation i traditionelle eksterne antenner anvendes et konformt design. Fire 5G-antenner og to 1,4G-antenner sættes direkte på rotorens afstødningsflade. Med optimeret feedline-kompensation dækker 5G-antennerne 690MHz-972MHz, og 1,4GHz-antennerne dækker 1324MHz-1592MHz.

Simuleringsmodel

Antenne billede

Konformt rotorantennedesign:  For at afbøde signaludsving forårsaget af rotorrotation i traditionelle eksterne antenner anvendes et konformt design. Fire 5G-antenner og to 1,4G-antenner sættes direkte på rotorens afstødningsflade. Med optimeret feedline-kompensation dækker 5G-antennerne 690MHz-972MHz, og 1,4GHz antenner dækker 1324MHz-1592MHz.

Refleksionskoefficient for 5G-antenneporte

Refleksionskoefficient for 1,4G-antenneporte

Miniaturiseret fuselage antenne design: 

Simuleringsmodel

Antenne billede

To 2,4 GHz-antenner er placeret symmetrisk på skroget inden for et 44 mm x 20 mm fodaftryk. Disse bruger 3 mm FR4-substrater med kapacitiv kompensation og parasitære patches for at udvide båndbredden. Antennerne opnår en refleksionskoefficient (S11) < -10dB inden for 2,35GHz-2,54GHz og opretholder en isolation på mere end 20dB.

2,4GHz antenne S-parametre

Konklusion:  Ved at kombinere buede konforme designs på rotorer med miniaturiserede flykroppsantenner, løses tilslutningsudfordringerne ved quadcopter multi-antennesystemer effektivt. Feltforsøg viser, at systemet opretholder problemfri kommunikation selv under højhastighedsflyvning eller skarpe manøvrer.