Συν-σχεδιασμός πολλαπλών κεραιών για τετρακόπτερα UAV

Συν-σχεδιασμός πολλαπλών κεραιών για τετρακόπτερα UAV

Τα UAV χρησιμοποιούνται εκτενώς σε στρατιωτικούς και πολιτικούς τομείς.

Πέρα από το σύστημα ελέγχου πτήσης, μια σταθερή λειτουργία UAV βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε ένα σύστημα πολλαπλών κεραιών για εξωτερική ανταλλαγή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό το έγγραφο παρουσιάζει μια προσαρμοσμένη σχεδίαση πολλαπλών κεραιών για UAV τετρακόπτερα, περιγράφοντας λεπτομερώς τον τρόπο με τον οποίο 8 κεραίες που λειτουργούν σε 6 ζώνες συχνοτήτων ενσωματώνονται σε έναν περιορισμένο χώρο για να υποστηρίζουν ισχυρή επικοινωνία του συστήματος.

Απαιτήσεις σχεδίασης:  Το σύστημα απαιτεί 8 κεραίες που καλύπτουν 6 ζώνες συχνοτήτων:

Ζώνες 5G:  Συμπεριλαμβανομένων

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

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

Ζώνη 1,4 GHz:  1412-1497 MHz.

Ζώνη 2,4 GHz:  2412-2472 MHz.

Χωρικοί περιορισμοί:  Ο διαθέσιμος χώρος είναι εξαιρετικά περιορισμένος: το περίβλημα του ρότορα είναι κόλουρο (160mm x 180mm x 40mm) με χρησιμοποιήσιμη περιφέρεια 320mm. Η επάνω άτρακτος παρέχει μόνο δύο περιοχές 20mm x 44mm για τοποθέτηση κεραίας. Η κύρια πρόκληση έγκειται στην τοποθέτηση όλων των κεραιών διατηρώντας παράλληλα υψηλή ακεραιότητα σήματος.

Βασικά χαρακτηριστικά σχεδιασμού:

Σχεδιασμός Κεραίας Συμμορφούμενου Ρότορα:  Για τον μετριασμό των διακυμάνσεων του σήματος που προκαλούνται από την περιστροφή του ρότορα στις παραδοσιακές εξωτερικές κεραίες, χρησιμοποιείται ένας σύμμορφος σχεδιασμός. Τέσσερις κεραίες 5G και δύο κεραίες 1,4G εφαρμόζονται απευθείας στην επιφάνεια του ρότορα. Με βελτιστοποιημένη αντιστάθμιση γραμμής τροφοδοσίας, οι κεραίες 5G καλύπτουν 690MHz-972MHz και οι κεραίες 1,4GHz καλύπτουν 1324MHz-1592MHz.

Μοντέλο προσομοίωσης

Εικόνα κεραίας

Σχεδιασμός Κεραίας Συμμορφούμενου Ρότορα:  Για τον μετριασμό των διακυμάνσεων του σήματος που προκαλούνται από την περιστροφή του ρότορα στις παραδοσιακές εξωτερικές κεραίες, χρησιμοποιείται ένας σύμμορφος σχεδιασμός. Τέσσερις κεραίες 5G και δύο κεραίες 1,4G εφαρμόζονται απευθείας στην επιφάνεια του ρότορα. Με βελτιστοποιημένη αντιστάθμιση γραμμής τροφοδοσίας, οι κεραίες 5G καλύπτουν 690MHz-972MHz και Κεραίες 1,4 GHz καλύπτουν 1324 MHz-1592 MHz.

Συντελεστής ανάκλασης θυρών κεραίας 5G

Συντελεστής ανάκλασης θυρών κεραίας 1,4G

Σχεδιασμός μινιατούρας κεραίας ατράκτου: 

Μοντέλο προσομοίωσης

Εικόνα κεραίας

Δύο κεραίες 2,4 GHz τοποθετούνται συμμετρικά στην άτρακτο μέσα σε ένα αποτύπωμα 44 mm x 20 mm. Αυτά χρησιμοποιούν υποστρώματα FR4 3 mm με χωρητική αντιστάθμιση και παρασιτικά μπαλώματα για να διευρύνουν το εύρος ζώνης. Οι κεραίες επιτυγχάνουν συντελεστή ανάκλασης (S11) < -10dB εντός 2,35GHz-2,54GHz και διατηρούν απομόνωση μεγαλύτερη από 20dB.

Παράμετροι S κεραίας 2,4 GHz

Συμπέρασμα:  Συνδυάζοντας καμπύλα σύμμορφα σχέδια σε ρότορες με μικροσκοπικές κεραίες ατράκτου, επιλύονται αποτελεσματικά οι προκλήσεις συνδεσιμότητας των συστημάτων πολλαπλών κεραιών quadcopter. Οι επιτόπιες δοκιμές δείχνουν ότι το σύστημα διατηρεί απρόσκοπτη επικοινωνία ακόμη και κατά τη διάρκεια πτήσης υψηλής ταχύτητας ή απότομους ελιγμούς.