クアッドコプター UAV のためのマルチアンテナの共同設計

クアッドコプター UAV のためのマルチアンテナの共同設計

UAV は 軍事部門と民間部門にわたって広く利用されています。

飛行制御システム以外にも、UAV の安定した動作は、リアルタイムの外部データ交換のためのマルチアンテナ システムに大きく依存しています。このドキュメントでは、クアッドコプター UAV 用にカスタマイズされたマルチアンテナ設計を紹介し、6 つの周波数帯域で動作する 8 つのアンテナが限られた空間内でどのように統合され、堅牢なシステム通信をサポートするかを詳しく説明します。

設計要件: システムには、6 つの周波数帯域をカバーする 8 つのアンテナが必要です。

5G バンド: 含む

700MHz（UL：703～743MHz、DL：758～798MHz）

900MHz（UL：889～915MHz、DL：934～960MHz）。

1.4GHz帯：  1412～1497MHz。

2.4GHz帯：  2412～2472MHz。

空間的制約: 利用可能なスペースは非常に限られています。ローター ハウジングは、使用可能な外周が 320 mm の円錐台 (160 mm x 180 mm x 40 mm) です。胴体上部には、アンテナを配置するための 20mm x 44mm の領域が 2 つだけあります。主な課題は、高い信号整合性を維持しながらすべてのアンテナを取り付けることにあります。

主な設計上の特徴:

コンフォーマル ローター アンテナ設計: 従来の外部アンテナのローターの回転によって引き起こされる信号の変動を軽減するために、コンフォーマル デザインが採用されています。 4 つの 5G アンテナと 2 つの 1.4G アンテナがローターの錐台表面に直接適用されます。最適化された給電線補償により、5G アンテナは 690MHz ～ 972MHz をカバーし、1.4GHz アンテナは 1324MHz ～ 1592MHz をカバーします。

シミュレーションモデル

アンテナ画像

コンフォーマル ローター アンテナ設計: 従来の外部アンテナのローターの回転によって引き起こされる信号の変動を軽減するために、コンフォーマル デザインが採用されています。 4 つの 5G アンテナと 2 つの 1.4G アンテナがローターの錐台表面に直接適用されます。最適化された給電線補償により、5G アンテナは 690MHz ～ 972MHz をカバーし、 1.4GHz アンテナは 1324MHz ～ 1592MHz をカバーします。

5Gアンテナポートの反射係数

1.4Gアンテナポートの反射係数

小型化された機体アンテナ設計: 

シミュレーションモデル

アンテナ画像

2 つの 2.4GHz アンテナが、44mm x 20mm の設置面積内で機体上に対称的に配置されています。これらは、容量補償と寄生パッチを備えた 3mm FR4 基板を利用して帯域幅を広げます。このアンテナは、2.35GHz ～ 2.54GHz 内で反射係数 (S11) < -10dB を達成し、20dB 以上の分離を維持します。

2.4GHzアンテナのSパラメータ

結論: ローターの湾曲したコンフォーマル設計と小型胴体アンテナを組み合わせることで、クアッドコプター マルチアンテナ システムの接続性の課題は効果的に解決されます。フィールドテストでは、システムが高速飛行や急な操縦中でもシームレスな通信を維持できることが実証されています。