การออกแบบร่วมกันหลายเสาอากาศสำหรับ UAV ของ Quadcopter
UAV ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายทั้งในภาคทหารและภาคพลเรือน
นอกเหนือจากระบบควบคุมการบินแล้ว การทำงานของ UAV ที่เสถียรยังต้องอาศัยระบบเสาอากาศหลายเสาสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลภายนอกแบบเรียลไทม์ เอกสารนี้นำเสนอการออกแบบเสาอากาศหลายตัวที่ปรับแต่งสำหรับ UAV แบบ quadcopter โดยมีรายละเอียดว่าเสาอากาศ 8 เสาที่ทำงานบนคลื่นความถี่ 6 คลื่นถูกรวมเข้าด้วยกันภายในพื้นที่จำกัดเพื่อรองรับการสื่อสารของระบบที่แข็งแกร่งได้อย่างไร
ข้อกำหนดการออกแบบ: ระบบต้องใช้เสาอากาศ 8 เสาครอบคลุม 6 ย่านความถี่:
แบนด์ 5G: รวมถึง
700MHz (มาตรฐานสากล: 703-743MHz, DL: 758-798MHz)
900เมกะเฮิรตซ์ (UL: 889-915 เมกะเฮิรตซ์, DL: 934-960 เมกะเฮิรตซ์)
ย่านความถี่ 1.4GHz: 1412-1497 MHz
ย่านความถี่ 2.4GHz: 2412-2472 MHz
ข้อจำกัดเชิงพื้นที่: พื้นที่ว่างมีจำกัดมาก: ตัวเรือนโรเตอร์มีขนาด frustum (160 มม. x 180 มม. x 40 มม.) โดยมีเส้นรอบวงใช้งานได้ 320 มม. ลำตัวด้านบนมีพื้นที่ขนาด 20 มม. x 44 มม. เพียงสองพื้นที่สำหรับวางเสาอากาศ ความท้าทายหลักอยู่ที่การติดตั้งเสาอากาศทั้งหมดโดยยังคงรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณในระดับสูง
คุณสมบัติการออกแบบที่สำคัญ:
การออกแบบเสาอากาศโรเตอร์แบบ Conformal: เพื่อลดความผันผวนของสัญญาณที่เกิดจากการหมุนของโรเตอร์ในเสาอากาศภายนอกแบบเดิม จึงมีการใช้การออกแบบที่สอดคล้อง เสาอากาศ 5G สี่เสาและเสาอากาศ 1.4G สองเสาถูกนำไปใช้กับพื้นผิวฟรัสตัมของโรเตอร์โดยตรง ด้วยการชดเชยสายป้อนที่ได้รับการปรับปรุง เสาอากาศ 5G ครอบคลุมคลื่น 690MHz-972MHz และเสาอากาศ 1.4GHz ครอบคลุมคลื่น 1324MHz-1592MHz
แบบจำลอง
ภาพเสาอากาศ
การออกแบบเสาอากาศโรเตอร์แบบ Conformal: เพื่อลดความผันผวนของสัญญาณที่เกิดจากการหมุนของโรเตอร์ในเสาอากาศภายนอกแบบเดิม จึงมีการใช้การออกแบบที่สอดคล้อง เสาอากาศ 5G สี่เสาและเสาอากาศ 1.4G สองเสาถูกนำไปใช้กับพื้นผิวฟรัสตัมของโรเตอร์โดยตรง ด้วยการชดเชยฟีดไลน์ที่ได้รับการปรับปรุง เสาอากาศ 5G ครอบคลุมคลื่น 690MHz-972MHz และ เสาอากาศ 1.4GHz ครอบคลุมช่วง 1324MHz-1592MHz
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของพอร์ตเสาอากาศ 5G
ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนของพอร์ตเสาอากาศ 1.4G
การออกแบบเสาอากาศลำตัวขนาดเล็ก:
แบบจำลอง
ภาพเสาอากาศ
เสาอากาศ 2.4GHz สองตัววางอยู่บนลำตัวอย่างสมมาตรภายในขนาด 44 มม. x 20 มม. สิ่งเหล่านี้ใช้ซับสเตรต FR4 ขนาด 3 มม. พร้อมการชดเชยแบบคาปาซิทีฟและแพตช์ปรสิตเพื่อขยายแบนด์วิดท์ เสาอากาศบรรลุค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อน (S11) < -10dB ภายใน 2.35GHz-2.54GHz และรักษาการแยกตัวมากกว่า 20dB
พารามิเตอร์ S เสาอากาศ 2.4GHz
สรุป: ด้วยการรวมการออกแบบโค้งบนโรเตอร์เข้ากับเสาอากาศลำตัวขนาดเล็ก ความท้าทายในการเชื่อมต่อของระบบเสาอากาศหลายตัวแบบควอดคอปเตอร์ได้รับการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพ การทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่าระบบรักษาการสื่อสารที่ราบรื่นแม้ในระหว่างการบินด้วยความเร็วสูงหรือการหลบหลีกที่คมชัด
