无人机地面测控天线的制作方法

本发明涉及一种测控天线，特别是一种水平全向加顶部圆极化辐射的无人机地面全方位测控天线。

背景技术：

无人机技术近年来发展迅速，伴随着无人机的发展，对无人机测控天线提出了越来越高的要求。

传统的全向无人机测控天线多用普通振子实现，存在带宽窄，增益低等问题。并且传统的水平全向天线，由于天线的辐射特性限制，只能覆盖上空的部分区域。天线正上方的区域为天线的辐射零点，辐射强度很低，无人机飞越天线上空时容易出现通信中断的情况。目前急需一种信号稳定的无人机地面测控天线。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无人机地面测控天线。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种无人机地面测控天线，包括十字交叉振子天线和微带振子天线，其中十字交叉振子天线位于微带振子天线的顶端，所述微带振子天线包括若干级联的微带振子天线单元，每个微带振子天线单元均包括两个微带振子，两个微带振子通过金属隔离地相连，每个微带振子均包括介质基板和金属扼流套筒，所述介质基板上印制四条辐射臂，辐射臂背后设置微带馈线，金属扼流套筒通过螺钉固定于辐射臂的中间；

所述十字交叉振子天线包括十字振子、锥形反射面和十字柱，锥形反射面上设置十字柱，十字柱的顶端设置十字振子，锥形反射面上固连十字柱的位置开有用于馈线的通孔。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的天线，具有阻抗带宽宽，水平方向增益高，天线上空波束全覆盖，同时本发明结构稳定，制作成本低；适用于无人机的遥测通信，具有广阔的应用前景；2)本发明天线中的十字交叉振子天线，通过锥形发射板的反射，其辐射方向图指向正上空，覆盖竖直放置的微带振子阵列200的辐射零点；同时十字交叉振子采用90°相位差的两条特性阻抗为100Ω的同轴线馈电，实现了圆极化辐射。对于无人机从各方向飞越天线上空的情况，本发明可以有效地实现全方位实时通信遥测。

附图说明

图1为本发明实施例的天线总体结构立体图(未包含天线罩)。

图2为本发明实施例的天线整体结构剖面图。

图3为本发明实施例的微带振子阵列天线立体图。

图4为本发明实施例微带振子单元天线的正面示图。

图5为本发明实施例微带振子单元天线的背面示图。

图6为本发明实施例的顶端十字振子天线立体图。

图7为本发明实施例的功分网络视图。

图8为本发明实施例的微带振子天线的s参数曲线图。

图9为本发明实施例的H面辐射方向图。

图10为本发明实施例的E面辐射方向图。

图中标号所代表的含义为：

100、顶端十字交叉振子天线；101、十字振子；102、锥形反射面；103、十字柱；104、通孔；200微带振子天线阵列；210微带振子天线单元；211微带振子天线；212、213、214、215振子天线辐射臂；216金属扼流套筒；217金属隔离地；220微带振子天下馈电网络；221金属过孔；230聚乙烯连接器；300整体馈电网络；301、302威尔金森功分器；311、312、313、314、315、316馈电网络端口。401第一天线罩，402第二天线罩。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种无人机地面测控天线，包括十字交叉振子天线100和微带振子天线211，其中十字交叉振子天线100位于微带振子天线211的顶端，所述微带振子天线211包括若干级联的微带振子天线单元210，每个微带振子天线单元210均包括两个微带振子，两个微带振子通过金属隔离地217相连，每个微带振子均包括介质基板和金属扼流套筒216，所述介质基板上印制四条辐射臂，辐射臂背后设置微带馈线220，金属扼流套筒216通过螺钉固定于辐射臂的中间；

所述十字交叉振子天线100包括十字振子101、锥形反射面102和十字柱103，锥形反射面102上设置十字柱103，十字柱103的顶端设置十字振子101，锥形反射面102上固连十字柱103的位置开有用于馈线的通孔104。

所述十字交叉振子天线100外部设置第一天线罩401，微带振子天线211外部设置第二天线罩402。

所述微带振子天线单元210的数量为三个。

所述微带振子天线211的末端设置等幅馈电的馈电网络，包括两个威尔金森功分器和一个1/4波长阻抗变换器，共五个馈电端口，该五个馈电端口的输入阻抗均为50欧姆，其中三个馈电端口与对应的微带振子天线单元210相连，另外两个端口与十字交叉振子天线100对应的端口连接；1/4波长阻抗变换器位于其中一个威尔金森功分器的馈电端口处。

所述相邻两个微带振子天线单元210之间通过聚乙烯连接器230连接固定。

所述第二天线罩402的下部采用金属底座将天线固定于地面。

所述十字交叉振子天线100两对馈电点采用幅度相同，相位差为90°的馈线馈电。

所述第二天线罩的上部和第一天线罩的下部开有通孔，用于穿过十字振子的馈线。

所述微带振子天线和十字交叉振子天线的馈电均采用同轴线馈电，同轴线的另一端连接馈电网络输出端。

所述天线单元的介质基板厚度为1.524mm，材料介电常数为3.3，损耗角正切0.0012；十字振子下方为锥形反射板，锥角128°，十字振子离锥形反射板的距离为82mm。

具体而言，本发明包含了竖直放置的微带振子天线阵列，顶端水平放置的带反射面的十字交叉振子，以及天线馈电网络。竖直放置的天线阵列包含了六个(可选的，个数根据增益需求而定)宽带印刷振子天线。竖直放置的天线阵列，包含3个天线单元，每个单元由两个振子天线构成。每个天线单元包含两个振子天线，这两个振子天线通过一个一分二的功分器馈电，功分器输入端的输入阻抗为50Ω。

振子天线采用印刷振子实现，在地的两边各有一个振子，两个振子等效为一个粗振子，实现较宽的带宽。每个振子天线包含一个扼流金属套筒。所述天线单元的基板厚度为1.524mm，材料介电常数为3.3，正切损耗角0.0012。振子天线敷在介质板的一边，另一边是馈电电路，馈电电路末端通过金属过孔对振子臂馈电。天线单元之间通过聚乙烯连接和位置固定。聚乙烯为空心状，以便穿过馈电的同轴线。

十字交叉反射振子的馈电采用相位正交馈电，实现圆极化辐射。十字振子下方为锥形反射板，锥角128°，锥形反射板的锥顶加工通孔。十字振子离锥形反射板的距离为82mm。馈电网络置于天线底部，为六端口网络，主要包括两个威尔金森功分器和一个1/4波长阻抗变换器。端口1为输入端，端口2、3、4分别给三个振子单元馈电，端口5、6接顶部的十字振子。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

本发明的核心在于通过竖直放置的微带振子天线阵列，实现水平全向的较高增益，同时微带振子采用左边辐射臂1和右边辐射臂2实现等效的宽带振子，实现了较宽的阻抗带宽。顶部的十字交叉振子，实现对竖直放置振子天线阵列的零点覆盖。最终实现无人机通信的全方位遥测。

结合图1，无人机测控天线，包括顶部的十字交叉振子100和中间的微带振子阵列200，以及下方的馈电网络300。参照图2，该天线还包含用于保护和支撑的第一天线罩401和第二天线罩402。

所述十字交叉振子天线100，如图6，包含一对交叉振子101和一个锥形反射面102，以及支撑十字振子的十字柱103。在锥形反射面102的锥顶处打有圆孔104。

所述微带振子阵列200，由三个微带振子单元210竖直放置组成，一个微带振子单元210包含两个微带振子天线211。微带振子天线211的介质中间为地，辐射臂212、213和214、215分别置于地的两侧。辐射臂212和214等效为一个宽振子，辐射臂213和215等效为另一个宽振子。在两个等效宽振子中间放置了一个金属扼流套筒216。两个微带振子天线211中间有金属地217，其作用在于减弱相邻微带振子天线之间的E面耦合。

所述微带振子单元210的馈电网络220置于介质板的另一面，参照图5。馈电网络和天线的接入点采用过孔221实现连接。馈电网络的接入点，输入阻抗为50Ω。

在两个微带振子单元210中间，采用聚乙烯连接器230连接和固定，聚乙烯连接器中间有孔，以便穿过馈电的同轴线。同时聚乙烯连接器两边打螺纹孔，用以固定天线在天线罩里的位置。

所述馈电网络300如图7，主要组成部分为2个威尔金森功分器301、302，以及两个T形功分器303、304。端口1(311)为输入端口，端口2(312)、3(313)、4(314)、5(315)、6(316)，为输出端口，其中端口2、3、4分别用特性阻抗为50Ω同轴线连接三个微带振子单元，其端口阻抗为50Ω。端口5、6分别通过相位差为90°的两条同轴线和顶端的十字交叉振子连接，同轴线的特性阻抗和十字振子端口阻抗均为100Ω。

本发明实施例的天线中心频率为1090MHz，进一步的，可根据系统需要，调节发明的各尺寸实现不同的中心频率。

十字交叉振子100的振子臂长度为68mm(λ₀/4)，λ₀为中心频率对应的空气中的波长。十字交叉振子离锥形反射面锥顶的距离为λ₀/4，锥形反射面锥低直径为0.6λ₀～0.8λ₀。锥形反射面的高度为0.2λ₀～0.3λ₀。

微带振子单元的辐射臂长度为60mm(0.22λ₀)，扼流套筒的长度为0.16λ₀～0.18λ₀，套筒直径为0.15λ₀～0.16λ₀，介质板的宽为38.2mm，辐射臂的宽度为6mm。

相邻的微带振子天线211间距为0.65λ₀-0.75λ₀。

本发明的两条辐射臂等效为一条宽的辐射臂，可以实现振子天线较宽的带宽。天线罩通过螺丝固定聚乙烯连接器，对天线进行支撑保护。可选用强度较高的天线罩材料，实现整体天线的良好机械性能。本发明的无人机通信的全向天线，天线波束覆盖水平全向及天线的上半空，可以实现对无人机的全方位无障碍通信，同时天线的带宽较宽。竖直放置的微带振子天线单元，可以根据水平增益需求增加天线单元的个数。本发明可根据需求，改变天线的中心频率。天线形式实用于UHF频段(300MHz-3000MHz)。

综上，本发明天线，具有阻抗带宽宽，水平方向增益高，天线上空波束全覆盖。同时本发明结构稳定，制作成本低。实用于无人机的遥测通信，具有广阔的应用前景。