Una co-progettazione multi-antenna per UAV quadricotteri

Una co-progettazione multi-antenna per UAV quadricotteri

Gli UAV sono ampiamente utilizzati nei settori militare e civile.

Oltre al sistema di controllo del volo, un’operazione stabile dell’UAV fa molto affidamento su un sistema multi-antenna per lo scambio di dati esterni in tempo reale. Questo documento presenta un design multi-antenna personalizzato per UAV quadricotteri, descrivendo in dettaglio come 8 antenne che operano su 6 bande di frequenza sono integrate all'interno di uno spazio ristretto per supportare una solida comunicazione del sistema.

Requisiti di progettazione:  il sistema richiede 8 antenne che coprono 6 bande di frequenza:

Bande 5G:  Incluse

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

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

Banda 1,4 GHz:  1412-1497 MHz.

Banda da 2,4 GHz:  2412-2472 MHz.

Vincoli spaziali:  lo spazio disponibile è estremamente limitato: l'alloggiamento del rotore è un tronco d'albero (160 mm x 180 mm x 40 mm) con una circonferenza utile di 320 mm. La fusoliera superiore fornisce solo due aree da 20 mm x 44 mm per il posizionamento dell'antenna. La sfida principale consiste nel montare tutte le antenne mantenendo un'elevata integrità del segnale.

Caratteristiche principali del progetto:

Design conforme dell'antenna con rotore:  per mitigare le fluttuazioni del segnale causate dalla rotazione del rotore nelle tradizionali antenne esterne, viene utilizzato un design conforme. Quattro antenne 5G e due antenne 1.4G sono applicate direttamente sulla superficie del tronco del rotore. Con una compensazione ottimizzata della linea di alimentazione, le antenne 5G coprono 690 MHz-972 MHz e le antenne 1,4 GHz coprono 1324 MHz-1592 MHz.

Modello di simulazione

Immagine dell'antenna

Design conforme dell'antenna con rotore:  per mitigare le fluttuazioni del segnale causate dalla rotazione del rotore nelle tradizionali antenne esterne, viene utilizzato un design conforme. Quattro antenne 5G e due antenne 1.4G sono applicate direttamente sulla superficie del tronco del rotore. Con una compensazione ottimizzata della linea di alimentazione, le antenne 5G coprono 690 MHz-972 MHz e il Le antenne da 1,4 GHz coprono 1324 MHz-1592 MHz.

Coefficiente di riflessione delle porte dell'antenna 5G

Coefficiente di riflessione delle porte dell'antenna 1.4G

Design miniaturizzato dell'antenna della fusoliera: 

Modello di simulazione

Immagine dell'antenna

Due antenne da 2,4 GHz sono posizionate simmetricamente sulla fusoliera con un ingombro di 44 x 20 mm. Questi utilizzano substrati FR4 da 3 mm con compensazione capacitiva e patch parassite per ampliare la larghezza di banda. Le antenne raggiungono un coefficiente di riflessione (S11) < -10 dB entro 2,35 GHz-2,54 GHz e mantengono un isolamento superiore a 20 dB.

Parametri S dell'antenna da 2,4 GHz

Conclusione:  combinando design conformati curvi sui rotori con antenne miniaturizzate della fusoliera, le sfide di connettività dei sistemi multi-antenna quadricotteri vengono risolte in modo efficace. I test sul campo dimostrano che il sistema mantiene una comunicazione continua anche durante il volo ad alta velocità o manovre brusche.