Une co-conception multi-antennes pour les drones quadricoptères

Une co-conception multi-antennes pour les drones quadricoptères

Les drones sont largement utilisés dans les secteurs militaire et civil.

Au-delà du système de commandes de vol, le fonctionnement stable du drone repose en grande partie sur un système multi-antennes pour l'échange de données externes en temps réel. Ce document présente une conception multi-antennes personnalisée pour les drones quadricoptères, détaillant comment 8 antennes fonctionnant sur 6 bandes de fréquences sont intégrées dans un espace confiné pour prendre en charge une communication système robuste.

Exigences de conception :  Le système nécessite 8 antennes couvrant 6 bandes de fréquences :

Bandes 5G :  y compris

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

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

Bande 1,4 GHz : 1  412-1 497 MHz.

Bande 2,4 GHz : 2  412-2 472 MHz.

Contraintes spatiales :  L'espace disponible est extrêmement limité : le boîtier du rotor est un tronc de cône (160 mm x 180 mm x 40 mm) avec une circonférence utilisable de 320 mm. La partie supérieure du fuselage ne fournit que deux zones de 20 mm x 44 mm pour le placement de l'antenne. Le principal défi consiste à installer toutes les antennes tout en maintenant une intégrité élevée du signal.

Principales caractéristiques de conception :

Conception d'antenne à rotor conforme :  pour atténuer les fluctuations du signal causées par la rotation du rotor dans les antennes externes traditionnelles, une conception conforme est utilisée. Quatre antennes 5G et deux antennes 1,4G sont appliquées directement sur la surface du tronc du rotor. Avec une compensation de ligne d'alimentation optimisée, les antennes 5G couvrent 690 MHz-972 MHz et les antennes 1,4 GHz couvrent 1 324 MHz-1 592 MHz.

Modèle de simulation

Image de l'antenne

Conception d'antenne à rotor conforme :  pour atténuer les fluctuations du signal causées par la rotation du rotor dans les antennes externes traditionnelles, une conception conforme est utilisée. Quatre antennes 5G et deux antennes 1,4G sont appliquées directement sur la surface du tronc du rotor. Avec une compensation de ligne d'alimentation optimisée, les antennes 5G couvrent 690 MHz-972 MHz, et le Les antennes 1,4 GHz couvrent 1 324 MHz-1 592 MHz.

Coefficient de réflexion des ports d'antenne 5G

Coefficient de réflexion des ports d'antenne 1,4G

Conception d'antenne de fuselage miniaturisée : 

Modèle de simulation

Image de l'antenne

Deux antennes 2,4 GHz sont placées symétriquement sur le fuselage dans un espace de 44 mm x 20 mm. Ceux-ci utilisent des substrats FR4 de 3 mm avec compensation capacitive et des correctifs parasites pour élargir la bande passante. Les antennes atteignent un coefficient de réflexion (S11) < -10 dB entre 2,35 GHz et 2,54 GHz et maintiennent une isolation supérieure à 20 dB.

Paramètres S de l'antenne 2,4 GHz

Conclusion :  En combinant des conceptions conformes incurvées sur les rotors avec des antennes de fuselage miniaturisées, les défis de connectivité des systèmes multi-antennes quadricoptères sont efficacement résolus. Les tests sur le terrain démontrent que le système maintient une communication transparente même pendant un vol à grande vitesse ou des manœuvres brusques.