用于无人机的全向WLAN天线

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无人机(UAV,Unmanned Aerial Vehicle)是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。其中四旋翼无人机是无人机家族中最为普遍的一种,它具有体积小、造价低、垂直起降、结构简单、操作灵活等特点,并同时具有重要的军事和民用价值。但是四旋翼无人机天线对于全向性和不圆度的要求是无人机研究中的一个难点。为了解决这一难题,本文在总结四旋翼无人机的研究现状与应用前景的基础之上,提出了三种能够覆盖无线局域网WLAN (2.4-2.484 GHz、5.15-5.35 GHz、5.75-5.825 GHz)频段的天线设计方案。首先,本文根据设计方案自行制作无人机模型,为后续无人机天线的实物测试提供了基础。由于四旋翼无人机在飞行状态下时刻受到来自地面的无线电遥控并与操作者进行信息传递,这就要求无人机天线要具有很好的全向性以及不圆度。方案一是一款放置在无人机机身侧面,工作在2.45 GHz的四个矩形环贴片天线。四个天线通过一分四T型微带功分器进行馈电,并最终实现了水平面内的全向性和不圆度。其次,本论文提出了一种用于无人机的垂直交叉偶极子贴片天线的方案。该方案利用相互垂直的两个偶极子贴片天线使得辐射方向图发生45°的偏移。通过放置在无人机顶部的一分四功分器对四个相同的天线进行等幅同相馈电。适当调整天线的摆放位置可以较好的全向性和不圆度。但是上述方案的一个缺点就是交叉偶极子贴片天线在2.4-2.484 GHz频段内尺寸较大。为了解决这一问题,在上述方案的基础上弯折贴片天线臂,并将弯折部分紧贴在2mm厚的微带天线基板边沿,这样就使得天线尺寸大大减小。最终设计出的天线能够覆盖WLAN (2.4-2.484 GHz)的单个频段,并具有较好的全向性和效率。最后,本文提出了一种尺寸小、结构简单、便于加工的矩形波导缝隙天线。单个天线尺寸为22×22×6mm3。四个天线通过一分四功分器馈电并分别放置在无人机的各侧面中心。该天线通过旋转摆放角度和位置可以得到不同效果的辐射方向图。通过优化扫参找到最佳放置角度和位置,最终实现了在WLAN(2.4-2.484 GHz、5.75-5.825 GHz)双频段的覆盖。
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