Un codiseño de antenas múltiples para vehículos aéreos no tripulados cuadricópteros

Un codiseño de antenas múltiples para vehículos aéreos no tripulados cuadricópteros

Los UAV se utilizan ampliamente en los sectores militar y civil.

Más allá del sistema de control de vuelo, una operación estable de un UAV depende en gran medida de un sistema de múltiples antenas para el intercambio de datos externos en tiempo real. Este documento presenta un diseño de múltiples antenas personalizado para UAV cuadricópteros y detalla cómo se integran 8 antenas que operan en 6 bandas de frecuencia dentro de un espacio confinado para respaldar una comunicación sólida del sistema.

Requisitos de diseño:  El sistema requiere 8 antenas que cubran 6 bandas de frecuencia:

Bandas 5G:  incluidas

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

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

Banda de 1,4 GHz:  1412-1497 MHz.

Banda de 2,4 GHz:  2412-2472 MHz.

Restricciones espaciales:  El espacio disponible es extremadamente limitado: la carcasa del rotor es un tronco (160 mm x 180 mm x 40 mm) con una circunferencia utilizable de 320 mm. La parte superior del fuselaje proporciona sólo dos áreas de 20 mm x 44 mm para la colocación de la antena. El principal desafío radica en instalar todas las antenas manteniendo una alta integridad de la señal.

Características clave del diseño:

Diseño de antena de rotor conformado:  para mitigar las fluctuaciones de la señal causadas por la rotación del rotor en antenas externas tradicionales, se emplea un diseño conformado. Cuatro antenas 5G y dos antenas 1,4G se aplican directamente a la superficie tronco del rotor. Con compensación de línea de alimentación optimizada, las antenas 5G cubren 690MHz-972MHz y las antenas de 1,4GHz cubren 1324MHz-1592MHz.

modelo de simulación

Imagen de la antena

Diseño de antena de rotor conformado:  para mitigar las fluctuaciones de la señal causadas por la rotación del rotor en antenas externas tradicionales, se emplea un diseño conformado. Cuatro antenas 5G y dos antenas 1,4G se aplican directamente a la superficie tronco del rotor. Con compensación de línea de alimentación optimizada, las antenas 5G cubren 690MHz-972MHz, y el Las antenas de 1,4 GHz cubren 1324 MHz-1592 MHz.

Coeficiente de reflexión de los puertos de antena 5G

Coeficiente de reflexión de los puertos de antena 1,4G

Diseño de antena de fuselaje miniaturizada: 

modelo de simulación

Imagen de la antena

Dos antenas de 2,4 GHz están colocadas simétricamente en el fuselaje dentro de un espacio de 44 mm x 20 mm. Estos utilizan sustratos FR4 de 3 mm con compensación capacitiva y parches parásitos para ampliar el ancho de banda. Las antenas alcanzan un coeficiente de reflexión (S11) < -10 dB entre 2,35 GHz y 2,54 GHz y mantienen un aislamiento superior a 20 dB.

Parámetros S de antena de 2,4 GHz

Conclusión:  Al combinar diseños curvos conformes en rotores con antenas de fuselaje miniaturizadas, los desafíos de conectividad de los sistemas de múltiples antenas de cuadricópteros se resuelven de manera efectiva. Las pruebas de campo demuestran que el sistema mantiene una comunicación fluida incluso durante vuelos a alta velocidad o maniobras bruscas.