Um co-projeto de múltiplas antenas para UAVs quadricópteros

Um co-projeto de múltiplas antenas para UAVs quadricópteros

Os UAVs são amplamente utilizados nos setores militar e civil.

Além do sistema de controle de voo, uma operação estável do UAV depende fortemente de um sistema multiantenas para troca de dados externos em tempo real. Este documento apresenta um projeto personalizado de múltiplas antenas para UAVs quadricópteros, detalhando como 8 antenas operando em 6 bandas de frequência são integradas em um espaço confinado para suportar comunicação robusta do sistema.

Requisitos de projeto:  O sistema requer 8 antenas cobrindo 6 bandas de frequência:

Bandas 5G:  Incluindo

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

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

Banda de 1,4 GHz:  1412-1497 MHz.

Banda de 2,4 GHz:  2.412-2.472 MHz.

Restrições espaciais:  O espaço disponível é extremamente limitado: a carcaça do rotor é um tronco (160 mm x 180 mm x 40 mm) com uma circunferência útil de 320 mm. A fuselagem superior oferece apenas duas áreas de 20 mm x 44 mm para colocação da antena. O principal desafio reside na adaptação de todas as antenas, mantendo ao mesmo tempo a alta integridade do sinal.

Principais recursos de design:

Projeto de antena de rotor conforme:  Para mitigar as flutuações de sinal causadas pela rotação do rotor em antenas externas tradicionais, um projeto conforme é empregado. Quatro antenas 5G e duas antenas 1,4G são aplicadas diretamente na superfície do tronco do rotor. Com compensação de linha de alimentação otimizada, as antenas 5G cobrem 690 MHz-972 MHz e as antenas de 1,4 GHz cobrem 1324 MHz-1592 MHz.

Modelo de simulação

Imagem da antena

Projeto de antena de rotor conforme:  Para mitigar as flutuações de sinal causadas pela rotação do rotor em antenas externas tradicionais, um projeto conforme é empregado. Quatro antenas 5G e duas antenas 1,4G são aplicadas diretamente na superfície do tronco do rotor. Com compensação de linha de alimentação otimizada, as antenas 5G cobrem 690MHz-972MHz, e o de 1,4 GHz cobrem 1324 MHz-1592 MHz. Antenas

Coeficiente de reflexão das portas de antena 5G

Coeficiente de reflexão das portas de antena 1.4G

Projeto de antena de fuselagem miniaturizada: 

Modelo de simulação

Imagem da antena

Duas antenas de 2,4 GHz são colocadas simetricamente na fuselagem em uma área de 44 mm x 20 mm. Eles utilizam substratos FR4 de 3 mm com compensação capacitiva e patches parasitas para ampliar a largura de banda. As antenas atingem um coeficiente de reflexão (S11) < -10dB entre 2,35 GHz e 2,54 GHz e mantêm isolamento superior a 20 dB.

Parâmetros S da antena de 2,4 GHz

Conclusão:  Ao combinar designs conformados curvos em rotores com antenas de fuselagem miniaturizadas, os desafios de conectividade dos sistemas multiantenas quadcopter são efetivamente resolvidos. Os testes de campo demonstram que o sistema mantém uma comunicação contínua mesmo durante voos em alta velocidade ou manobras bruscas.