Een co-ontwerp met meerdere antennes voor quadcopter UAV's

Een co-ontwerp met meerdere antennes voor quadcopter UAV's

UAV's worden op grote schaal gebruikt in de militaire en civiele sectoren.

Naast het vluchtcontrolesysteem is een stabiele UAV-operatie sterk afhankelijk van een systeem met meerdere antennes voor realtime externe gegevensuitwisseling. Dit document presenteert een aangepast ontwerp met meerdere antennes voor quadcopter UAV's, waarin gedetailleerd wordt beschreven hoe 8 antennes die over 6 frequentiebanden werken, in een beperkte ruimte zijn geïntegreerd om robuuste systeemcommunicatie te ondersteunen.

Ontwerpvereisten:  Het systeem vereist 8 antennes die 6 frequentiebanden bestrijken:

5G-banden:  inclusief

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

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

1,4 GHz-band:  1412-1497 MHz.

2,4GHz-band:  2412-2472 MHz.

Ruimtelijke beperkingen:  De beschikbare ruimte is uiterst beperkt: het rotorhuis is een afgeknotte kegel (160 mm x 180 mm x 40 mm) met een bruikbare omtrek van 320 mm. De bovenste romp biedt slechts twee gebieden van 20 mm x 44 mm voor plaatsing van de antenne. De voornaamste uitdaging ligt in het plaatsen van alle antennes met behoud van een hoge signaalintegriteit.

Belangrijkste ontwerpkenmerken:

Conformeel rotorantenneontwerp:  Om signaalfluctuaties veroorzaakt door rotorrotatie in traditionele externe antennes te verminderen, wordt een conform ontwerp gebruikt. Vier 5G-antennes en twee 1,4G-antennes worden rechtstreeks op het afgeknotte oppervlak van de rotor aangebracht. Met geoptimaliseerde voedingslijncompensatie bestrijken de 5G-antennes 690 MHz-972 MHz en de 1,4 GHz-antennes 1324 MHz-1592 MHz.

Simulatiemodel

Antenne foto

Conformeel rotorantenneontwerp:  Om signaalfluctuaties veroorzaakt door rotorrotatie in traditionele externe antennes te verminderen, wordt een conform ontwerp gebruikt. Vier 5G-antennes en twee 1,4G-antennes worden rechtstreeks op het afgeknotte oppervlak van de rotor aangebracht. Met geoptimaliseerde voedingslijncompensatie bestrijken de 5G-antennes 690 MHz-972 MHz, en de 1,4GHz- antennes bestrijken 1324MHz-1592MHz.

Reflectiecoëfficiënt van 5G-antennepoorten

Reflectiecoëfficiënt van 1,4G-antennepoorten

Geminiaturiseerd ontwerp van de rompantenne: 

Simulatiemodel

Antenne foto

Twee 2,4GHz-antennes zijn symmetrisch op de romp geplaatst binnen een voetafdruk van 44 mm x 20 mm. Deze maken gebruik van 3 mm FR4-substraten met capacitieve compensatie en parasitaire patches om de bandbreedte te verbreden. De antennes bereiken een reflectiecoëfficiënt (S11) < -10 dB binnen 2,35 GHz-2,54 GHz en behouden een isolatie van meer dan 20 dB.

2,4GHz antenne S-parameters

Conclusie:  Door gebogen, conforme ontwerpen op rotors te combineren met geminiaturiseerde rompantennes, worden de connectiviteitsproblemen van quadcopter-systemen met meerdere antennes effectief opgelost. Veldtesten tonen aan dat het systeem een ​​naadloze communicatie handhaaft, zelfs tijdens snelle vluchten of scherpe manoeuvres.