쿼드콥터 UAV용 다중 안테나 공동 설계

쿼드콥터 UAV용 다중 안테나 공동 설계

UAV는 군사 및 민간 부문에서 광범위하게 활용됩니다.

비행 제어 시스템 외에도 안정적인 UAV 작동은 실시간 외부 데이터 교환을 위한 다중 안테나 시스템에 크게 의존합니다. 이 문서에서는 쿼드콥터 UAV용 맞춤형 다중 안테나 설계를 제시하며, 6개 주파수 대역에서 작동하는 8개 안테나가 제한된 공간 내에 통합되어 강력한 시스템 통신을 지원하는 방법을 자세히 설명합니다.

설계 요구 사항:  시스템에는 6개 주파수 대역을 포괄하는 8개의 안테나가 필요합니다.

5G 밴드:  포함

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

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

1.4GHz 대역:  1412~1497MHz.

2.4GHz 대역:  2412~2472MHz.

공간 제약:  사용 가능한 공간은 극히 제한되어 있습니다. 로터 하우징은 사용 가능한 둘레가 320mm인 절두체(160mm x 180mm x 40mm)입니다. 상부 동체에는 안테나 배치를 위한 20mm x 44mm 영역 2개만 제공됩니다. 주요 과제는 높은 신호 무결성을 유지하면서 모든 안테나를 장착하는 것입니다.

주요 디자인 특징:

컨포멀 로터 안테나 설계:  기존 외부 안테나의 로터 회전으로 인한 신호 변동을 완화하기 위해 컨포멀 설계가 사용되었습니다. 5G 안테나 4개와 1.4G 안테나 2개가 로터의 절두체 표면에 직접 적용됩니다. 최적화된 피드라인 보상을 통해 5G 안테나는 690MHz~972MHz를 커버하고 1.4GHz 안테나는 1324MHz~1592MHz를 커버합니다.

시뮬레이션 모델

안테나 사진

컨포멀 로터 안테나 설계:  기존 외부 안테나의 로터 회전으로 인한 신호 변동을 완화하기 위해 컨포멀 설계가 사용되었습니다. 5G 안테나 4개와 1.4G 안테나 2개가 로터의 절두체 표면에 직접 적용됩니다. 최적화된 피드라인 보상을 통해 5G 안테나는 690MHz~972MHz를 커버하며 1.4GHz 안테나는 1324MHz~1592MHz를 포괄합니다.

5G 안테나 포트의 반사계수

1.4G 안테나 포트의 반사 계수

소형화된 동체 안테나 설계: 

시뮬레이션 모델

안테나 사진

2개의 2.4GHz 안테나는 44mm x 20mm 크기의 동체에 대칭으로 배치됩니다. 이는 용량성 보상 및 기생 패치를 갖춘 3mm FR4 기판을 활용하여 대역폭을 확장합니다. 안테나는 2.35GHz~2.54GHz 내에서 반사 계수(S11) < -10dB를 달성하고 20dB보다 큰 절연을 유지합니다.

2.4GHz 안테나 S-파라미터

결론:  로터의 곡선 컨포멀 디자인과 소형 동체 안테나를 결합함으로써 쿼드콥터 다중 안테나 시스템의 연결 문제가 효과적으로 해결되었습니다. 현장 테스트를 통해 시스템이 고속 비행이나 급격한 기동 중에도 원활한 통신을 유지하는 것으로 나타났습니다.