En multi-antenne co-design for Quadcopter UAVer

En multi-antenne co-design for Quadcopter UAVer

UAV- er brukes mye på tvers av militære og sivile sektorer.

Utover flykontrollsystemet er en stabil UAV-operasjon avhengig av et multi-antennesystem for ekstern datautveksling i sanntid. Dette dokumentet presenterer et tilpasset multi-antennedesign for quadcopter UAV-er, som beskriver hvordan 8 antenner som opererer over 6 frekvensbånd er integrert i et begrenset rom for å støtte robust systemkommunikasjon.

Designkrav:  Systemet krever 8 antenner som dekker 6 frekvensbånd:

5G-bånd:  Inkludert

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

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

1,4 GHz-bånd:  1412-1497 MHz.

2,4 GHz-bånd:  2412-2472 MHz.

Romlige begrensninger:  Den tilgjengelige plassen er ekstremt begrenset: rotorhuset er en avkortet (160 mm x 180 mm x 40 mm) med en bruksomkrets på 320 mm. Den øvre flykroppen gir kun to 20 mm x 44 mm områder for antenneplassering. Den primære utfordringen ligger i å montere alle antenner og samtidig opprettholde høy signalintegritet.

Nøkkeldesignfunksjoner:

Konform rotorantennedesign:  For å dempe signalsvingninger forårsaket av rotorrotasjon i tradisjonelle eksterne antenner, brukes en konform design. Fire 5G-antenner og to 1,4G-antenner påføres direkte på rotorens overflate. Med optimert feedline-kompensasjon dekker 5G-antennene 690MHz-972MHz, og 1,4GHz-antennene dekker 1324MHz-1592MHz.

Simuleringsmodell

Antennebilde

Konform rotorantennedesign:  For å dempe signalsvingninger forårsaket av rotorrotasjon i tradisjonelle eksterne antenner, brukes en konform design. Fire 5G-antenner og to 1,4G-antenner påføres direkte på rotorens overflate. Med optimert feedline-kompensasjon dekker 5G-antennene 690MHz-972MHz, og 1,4GHz antenner dekker 1324MHz-1592MHz.

Refleksjonskoeffisient for 5G-antenneporter

Refleksjonskoeffisient for 1,4G-antenneporter

Miniatyrisert flykroppsantennedesign: 

Simuleringsmodell

Antennebilde

To 2,4 GHz-antenner er plassert symmetrisk på flykroppen innenfor et fotavtrykk på 44 mm x 20 mm. Disse bruker 3 mm FR4-substrater med kapasitiv kompensasjon og parasittiske patcher for å utvide båndbredden. Antennene oppnår en refleksjonskoeffisient (S11) < -10dB innenfor 2,35GHz-2,54GHz og opprettholder isolasjon større enn 20dB.

2,4 GHz antenne S-parametre

Konklusjon:  Ved å kombinere buede konforme design på rotorer med miniatyriserte flykroppsantenner, løses tilkoblingsutfordringene til quadcopter multi-antennesystemer effektivt. Feltetester viser at systemet opprettholder sømløs kommunikasjon selv under høyhastighetsflyging eller skarpe manøvrer.