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 op maat gemaakt 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.