天线及无人机的制作方法

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种天线及无人机。

背景技术：

天线是空间信号传输的重要器件。随着智能设备的普及以及智能设备尺寸小型化的需求，对天线尺寸的小型化的要求也越来越高。目前天线小型化设计的方式会增加天线的物理重量，或导致天线的性能的损失。以偶极子天线为例，目前偶极子天线通常通过弯折或增加介质基板的介电常数以及板材的厚度来实现小型化，但这种小型化方式会减小天线的带宽或增加天线的重量。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种天线及无人机。

本发明实施方式的天线包括馈电点、高频辐射单元和低频辐射单元。所述高频辐射单元的一端连接所述馈电点。所述低频辐射单元包括第一低频连接段、电感及第二低频连接段，所述第一低频连接段的一端连接所述馈电点，所述第一低频连接段、所述电感、所述第二低频连接段依次连接，所述第二低频连接段的宽度自与所述电感连接的起始端至所述第二低频连接段的末端逐渐变宽。

本发明实施方式的无人机包括无人机本体及天线。所述天线设置在所述无人机本体上。所述天线包括馈电点、高频辐射单元和低频辐射单元。所述高频辐射单元的一端连接所述馈电点。所述低频辐射单元包括第一低频连接段、电感及第二低频连接段，所述第一低频连接段的一端连接所述馈电点，所述第一低频连接段、所述电感、所述第二低频连接段依次连接，所述第二低频连接段的宽度自与所述电感连接的起始端至所述第二低频连接段的末端逐渐变宽。

本发明实施方式的天线及无人机，通过在低频辐射单元中增加电感，并将低频辐射单元的宽度设计成宽度渐变的形式，使得天线能够小型化，且能够增加天线的带宽，改善天线的性能。

本发明的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施方式的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明某些实施方式的天线的结构示意图。

图2是本发明某些实施方式的天线的阻抗图。

图3是本发明某些实施方式的天线的驻波比图。

图4是本发明某些实施方式的天线的低频辐射单元的方向图。

图5是本发明某些实施方式的天线的高频辐射单元的方向图。

图6是本发明某些实施方式的无人机的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提供一种天线100。天线100包括馈电点10、高频辐射单元20和低频辐射单元30。高频辐射单元20的一端连接馈电点10。低频辐射单元30包括第一低频连接段31、电感33及第二低频连接段35。第一低频连接段31的一端连接馈电点10。第一低频连接段31、电感33、第二低频连接段35依次连接。第二低频连接段35的宽度自与电感33连接的起始端a至第二低频连接段35的末端b逐渐变宽。

具体地，天线100为偶极子天线，高频辐射单元20的数量为两个，低频辐射单元32的数量也为两个。

馈电点10包括馈入点11和接地点13。如图1所示，馈入点11位于天线100的左半部分，接地点13位于天线100的右半部分。馈电点10是天线100与馈线的接口，用于连接天线100和馈线。馈线连接天线100和收发系统。天线100作为发射天线时，收发系统中的发射机输出高频电流能量(或导波能量)，高频电流能量经馈线传送至天线100，天线100将高频电流能量转换成电磁波能量辐射到空间中。天线100作为接收天线时，天线100将空间传来的电磁波信号转换成高频电流能量(或导波能量)，高频电流能量经馈线传送给接收机。

每个高频辐射单元20都包括两个高频辐射部21。每个辐射单元20中的两个高频辐射部21均关于低频辐射单元30对称。其中，每个高频辐射部21均包括第一高频连接段211和第二高频连接段213，第一高频连接段211的一端与馈电点10连接，第一高频连接段211的另一端与第二高频连接段213连接。每个第一高频连接段211均与低频辐射单元30的延伸方向垂直，每个第二高频连接段213均与低频连接段30的延伸方向一致且平行。具体地，如图1所示的天线100中，左侧的两个高频辐射部21关于左侧的低频辐射单元30对称，右侧的两个高频辐射部21关于右侧的低频辐射单元30对称。左侧的高频辐射单元20中，两个第一高频连接段211的一端均连接到馈入点11；右侧的高频辐射单元20中，两个第一高频连接段211的一端均连接到接地点13。

如此，将第一高频连接段211设计成与低频辐射单元30的延伸方向垂直，且将第二高频连接段213设计成与低频辐射单元30的延伸方向一致且平行，一方面可以增大高频辐射单元20与低频辐射单元30之间的间隔，对应地可以减小高频辐射单元20与低频辐射单元30之间的相互影响，保证高频辐射单元20和低频辐射单元30均具有良好的辐射性能。另外，通过在每个高频辐射单元20中设置两个关于低频辐射单元30对称的高频辐射部21，可以增加天线100的结构的对称性，提升高频辐射单元20与馈线之间的阻抗匹配，减小驻波比，提升高频辐射单元20的辐射性能。

每个低频辐射单元30均由第一低频连接段31、电感33和第二低频连接段35组成，第一低频连接段31、电感33和第二低频连接段35依次相连。具体地，左侧的低频辐射单元30中，第一低频连接段31的一端与馈入点11连接，第一低频连接段31的另一端与电感33连接，电感33的与第一低频连接段31相对的一端与第二低频连接段35连接。右侧的低频辐射单元30中，第一低频连接段31的一端与接地点13连接，第一低频连接段31的另一端与电感33连接，电感33的与第一低频连接段31相对的一端与第二低频连接段35连接。

其中，第一低频连接段31的长度可调。具体地，对于天线100左侧的低频辐射单元30而言，电感33与第一低频连接段31连接的端点与馈入点11之间的距离是可调的，对于天线100右侧的低频辐射单元30而言，电感33与第一低频连接段31连接的端点与接地点13之间的距离是可调的。第一低频连接段31的长度与天线100的电感值相关。可以理解的是，天线设计中，天线的低频辐射部分的总长度为低频辐射部分辐射的电磁波的波长的四分之一时，天线呈纯电阻性，不会把高频电流能量反射回信号源，天线的辐射效率较高。但在天线的小型化设计中，若直接减小天线的低频辐射部分的总长度，使得低频辐射部分的总长度小于低频辐射部分辐射的电磁波的波长的四分之一，此时会导致天线的阻抗呈容性，经馈线传送至天线的高频电流能量会反射回信号源，从而导致天线的辐射效率大幅降低。因此，本发明实施方式的天线100的小型化设计中，可以调节第一低频连接段31的长度，从而改变天线100的电感值，例如，在减小低频辐射单元30的长度以减小天线100的尺寸时，为避免辐射效率降低的问题，可以适当增加第一低频连接段31的长度，从而增加天线的电感，使得低频辐射单元30的长度减少后，低频辐射单元30的阻抗特性还能接近纯电阻，从而能产生谐振，辐射效率不会被降低。

电感33为蛇形的弯折结构、螺旋形的弯折结构、波浪形的弯折结构中的任意一种。也即是说，电感33可为蛇形的弯折结构，也可为螺旋形的弯折结构，还可为波浪形的弯折结构，在此不做限制。以图1所示的蛇形的弯折结构的电感33为例，电感33的蛇形弯折结构增长了流入电感33的电流的路径，对应地可以增加低频辐射单元30的有效电长度，减小低频辐射单元30的谐振频率，从而可以减小低频辐射单元30的尺寸。电感33的弯折个数是可调的，具体可以根据低频辐射单元30所需覆盖的频段以及天线100应用的具体设备来确定电感33的弯折个数。例如，在天线100应用在对天线100的小型化需求相对较低的设备中时，可以适当减少电感33的弯折个数；再例如，在天线100应用在对天线100的小型化需求较高，低频辐射单元30对应的频段较低时，此时，可以适当增加电感33的弯折个数。

第二低频连接段35的宽度自与电感33连接的起始端a至第二低频连接段35的末端b逐渐变宽。具体地，第二低频连接段35的宽度可以呈指数形式渐变。第二低频连接段35的宽度逐渐变宽，一方面增加了低频辐射单元30的末端电感，增长了流入第二低频连接段35的电流的路径，对应地增加低频辐射单元30的有效电长度，从而减小低频辐射单元30的尺寸；另一方面，第二低频连接段35的宽度呈指数形式渐变时，低频辐射单元30的不同部分发射或接收不同频率的电磁波，由于各辐射部分相对应的不同频率信号的波长与实际的低频辐射单元30的比值是不变的，因此，低频辐射单元30的宽度呈指数形式渐变可以覆盖更多的频率，低频辐射单元30的带宽可以得到提升。

请再结合图1，同一个高频辐射单元20的两个高频辐射部21的第二高频连接段213之间的间距与第二低频连接段35的末端的宽度相等。如此，可以保障第二低频连接段35的末端的开口足够宽，同时又不会增加天线100的纵向尺寸。

请再结合图1，馈入点11和接地点13之间的连线具有一条中线，两个高频辐射单元20关于中线对称设置，两个低频辐射单元30页关于中线对称设置。如此，天线100具有最大的张开角度，此时，电流在流经接地点13所在侧(图1所示的右侧)的高频辐射单元20和低频辐射单元30的流向与电流在流经馈入点11所在侧的高频辐射单元20和低频辐射单元30的流向一致，连接接地点13的高频辐射单元20和低频辐射单元30组成第一辐射部分，连接馈入点11的高频辐射单元20和低频辐射单元30组成第二辐射部分，第一辐射部分与第二辐射部分产生的感应电动势的方向相同，方向相同的感应电动势叠加，使得天线100方向性更好，辐射性能更佳。

本发明实施方式的天线100的长度可达到0.28λ，也即是，两个低频辐射单元30的末端之间的距离为0.28λ。其中，λ为低频辐射单元30辐射的电磁波的波长。可以理解的是，与未做小型化设计的天线，即与既未加载电感33且低频辐射单元30的宽度又未逐渐变宽的天线相比，未做小型化设计的天线的长度通常为0.5λ，而本发明实施方式的天线100的长度缩短到0.28λ，天线100的尺寸明显减小。

本发明实施方式的天线100中，高频辐射单元20辐射的电磁波的频段与低频辐射单元30辐射的电磁波的频段可以根据天线100应用的具体设备的实际需求来进行调整。例如，将天线100应用在无人机1000(图6所示)、无人车、智能机器人等设备上时，这些设备通常使用免费的2.4ghz和5.8ghz频段进行通信，此时，低频辐射单元30辐射的电磁波的频段可为2.400ghz～2.4835ghz，高频辐射单元20辐射的电磁波的频段可为5.725ghz～5.850ghz。若是将天线100应用在使用移动网络通信(2g、3g、4g、5g等)进行通信的设备上，例如应用天线100的设备使用2g(gsm900)和4g(fdd-lte)进行通信，则低频辐射单元30辐射的电磁波的频段可为909mhz～960mhz，高频辐射单元20辐射的电磁波的频段可为1755mhz～1860mhz。

请结合图2，图2是本发明实施方式的天线100的阻抗图，阻抗图中横轴表示天线100的辐射频率，纵轴表示天线100的阻抗值。图2是以低频辐射单元30辐射的电磁波频段为2.400ghz～2.4835ghz，高频辐射单元20辐射的电磁波的频段为5.725ghz～5.850ghz为例得到的阻抗图。从图2可以看出，在2.4g频段中，低频辐射单元30的电阻值为37.6272欧姆(ω)，电抗值为-0.9900ω，与理想的阻抗匹配值(即电阻为50ω，电抗为0ω)较为相近，说明天线100的低频辐射单元30与馈线之间的阻抗匹配较佳，馈线馈入低频辐射单元30的能量能够被低频辐射单元30有效地吸收并辐射出去。在5.8g频段中，高频辐射单元20的电阻值为65.9729ω，电抗值为-16.4965ω，与理想的阻抗匹配值(即电阻为50ω，电抗为0ω)也较为相近，说明天线100的高频辐射单元20与馈线之间的阻抗匹配较佳，馈线馈入高频辐射单元20的能量能够被高频辐射单元20有效地吸收并辐射出去。

请结合图3，图3是本发明实施方式的天线100的驻波比图，驻波比图中横轴表示天线100的辐射频率，纵轴表示天线100的驻波比。图3是以低频辐射单元30辐射的电磁波频段为2.400ghz～2.4835ghz，高频辐射单元20辐射的电磁波的频段为5.725ghz～5.850ghz为例得到的驻波比图。从图3可以看出，在2.4g频段中，低频辐射单元30的驻波比小于2，在5.8g频段中，高频辐射单元20的驻波比也小于2，这说明天线100的低频辐射单元30与馈线之间的阻抗匹配较佳，馈线馈入低频辐射单元30的能量被反射回馈线的部分较少，同样地，天线100的高频辐射单元20与馈线之间的阻抗匹配也较佳，馈线馈入高频辐射单元20的能量被反射回馈线的部分也较少，满足天线100的对驻波比的要求。

请参阅图4，图4是本发明实施方式的天线100的低频辐射单元30的方向图，其中，实线是水平方向图，虚线是俯仰面方向图。由图4可以看出，天线100的低频辐射单元30的全向性较佳。因此，天线100可以使用在例如无人机1000(图6所示)、无人车等非固定点通信的、对天线全向性要求较高的设备中。

请参阅图5，图5是本发明实施方式的天线100的高频辐射单元20的方向图，其中，实线是水平方向图，虚线是俯仰面方向图。由图5可以看出，天线100的高频辐射单元20的全向性也较佳。天线100可以使用在例如无人机1000(图6所示)、无人车等非固定点通信的、对天线全向性要求较高的设备中。

综上，本发明实施方式的天线100通过在低频辐射单元30中增加电感33，并将低频辐射单元30的宽度设计成宽度渐变的形式，使得天线100能够小型化，且能够增加天线100的带宽，改善天线100的性能。

当然，在某些实施方式中，若天线100应用的设备对天线的全向性要求不高，则此时，两个高频辐射单元20可以不关于中线对称设置，两个低频辐射单元30也可以不关于中线对称设置。也即是说，第一辐射部分与第二辐射部分之间张开的角度可以小于180度，此时，天线100形成定向天线，定向天线100具有较高的增益。

请参阅图6，本发明还提供一种无人机1000。无人机1000包括上述任意一项实施方式的天线100以及无人机本体200。天线100设置无人机本体200上。在一些实施例中，所述无人机本体可以包括脚架(或起落架)，天线100可以设置在所述脚架中。

如此，由于天线200被小型化，可以集成在无人机1000中且不会占用无人机1000较多的空间，进一步地有利于无人机1000的小型化设计。另外，天线100覆盖的频段较宽，全向性较好，可以保障无人机1000这种非固定通信形式下的通信的稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。