信号传输装置、无人机及无人机系统的制作方法

本申请涉及通信设备技术领域，更具体而言，涉及一种信号传输装置、无人机及无人机系统。

背景技术：

随着无线图传技术和无人机技术的发展，将两种技术结合起来在航拍、电力巡检、测绘、fpv飞行以及植保等专业领域得到了极大应用。无人机图传模块要求具有小型化，低功耗，图传距离远等特点。小型化是为了使无人机能够携带更多的有效载荷，低功耗是为了使无人机续航时间更长，图传距离远是为了适应更多应用场景。当前无人机在近场(操作者调试无人机或者开机静置)的时候通常和远场发射功率相同，导致近场功耗过高。

技术实现要素：

本申请实施方式提供一种信号传输装置、无人机及无人机系统。

本申请实施方式的信号传输装置包括天线、射频芯片、功率放大器及开关。所述天线用于发射或接收射频信号。所述射频芯片包括第一端子及第二端子，所述第一端子及所述第二端子均能够输出射频信号。所述功率放大器与所述第一端子连接，所述功率放大器用于处理所述第一端子输出的射频信号。所述开关与所述天线连接，所述开关能够在第一状态及第二状态之间切换；在所述第一状态下，所述开关连接所述功率放大器及所述天线，所述天线发射经所述功率放大器处理后的射频信号；在所述第二状态下，所述开关连接所述第二端子及所述天线，所述天线发射所述第二端子输出的射频信号。

在某些实施方式中，所述信号传输装置还包括处理芯片，所述处理芯片与所述射频芯片连接，所述处理芯片用于控制所述射频芯片输出射频信号；所述处理芯片与所述功率放大器连接，所述处理芯片用于控制所述功率放大器处理所述射频信号；所述处理芯片与所述开关连接，所述处理芯片用于控制所述开关保持在所述第一状态或所述第二状态。

在某些实施方式中，所述功率放大器能够以多个增益中的任意一个放大所述第一端子输出的射频信号，所述处理芯片用于依据外部输入控制所述功率放大器的增益，所述外部输入包括所述无人机与远程通讯设备的距离，所述远程通讯设备与所述无人机通过射频信号通信连接。

在某些实施方式中，所述信号传输装置还包括电源，所述电源与所述处理芯片、所述射频芯片及所述功率放大器均连接，所述电源为所述处理芯片、所述射频芯片及所述功率放大器提供电能。

本申请实施方式的无人机包括机体及上述任一实施方式所述的信号传输装置，所述信号传输装置安装在所述机体上。

在某些实施方式中，所述无人机还包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述机体的温度；所述信号传输装置与所述温度传感器连接；所述信号传输装置在所述温度传感器检测到所述机体的温度大于温度阈值预定时长后，控制所述开关保持在所述第二状态。

本申请实施方式的无人机系统包括上述任一实施方式所述的无人机及远程通讯设备，所述远程通讯设备与所述信号传输装置通信连接。

在某些实施方式中，所述信号传输装置响应第一指令以使所述开关保持在所述第一状态，所述第一指令是响应于以下任意事件生成的：接收到进入高功率模式的用户指令且所述机体的温度小于温度阈值；所述远程通讯设备与所述无人机的距离大于距离阈值。

在某些实施方式中，所述信号传输装置响应第二指令以使所述开关保持在所述第二状态，所述第二指令是响应于以下任意事件生成的：接收到进入低功率模式的用户指令；或所述机体的温度大于温度阈值预定时长；或所述远程通讯设备与所述无人机的距离小于距离阈值。

本申请实施方式的信号传输装置、无人机及无人机系统，射频芯片包括第一端子及第二端子，第一端子与第二端子均能够输出射频信号。开关能够在第一状态及第二状态之间切换，在第一状态下开关连接功率放大器及天线，天线发射经功率放大器处理后的射频信号；在第二状态下，开关连接第二端子及天线，天线发射第二端子输出的射频信号。信号传输装置既能够在第一状态下实现远距离、高质量的传输，又能在第二状态下使得功率放大器不用工作，可以减少信号输出装置的功耗。另外，功率放大器与开关之间不构成环路，开关的隔离度不会影响功率放大器的工作状态。

本申请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，或通过本申请的实施方式的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/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是本申请实施方式的无人机系统的结构示意图；

图2是本申请实施方式的一种远程通讯设备的平面示意图；

图3是本申请实施方式的信号传输装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

无人机系统1000、无人机100、信号传输装置10、天线11、射频芯片12、第一端子121、第二端子122、功率放大器13、开关14、处理芯片15、电源16、机体20、成像装置30、云台40、温度传感器50、远程通讯设备200、触摸屏210。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

另外，下面结合附图描述的本申请的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请的实施方式，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1，无人机系统1000包括无人机100及远程通讯设备200，无人机100包括信号传输装置10，远程通讯设备200与无人机100通信连接，具体地，远程通讯设备200与信号传输装置10通信连接。其中，远程通讯设备200可以是遥控器、手机、平板、头显设备、智能手表、补给站等，在此不做限制。在图1所示的实施例中，远程通讯设备200是遥控器，在图2所示的实施例中，远程通讯设备200是手机或平板。远程通讯设备200可以遥控控制无人机100，具体地，远程通讯设备200可以察看无人机100的工作参数，远程通讯设备200还可以控制无人机100的工作状态，远程通讯设备200还可以控制无人机100上搭载的负载的工作状态。

无人机100包括机体20及信号传输装置10，信号传输装置10安装在机体20上。无人机100可以是无人飞行器、无人车、无人船等可移动平台，本申请实施例以无人机100为无人飞行器为例进行示例性说明，可以理解，无人机100的类型还可以是其他，不能理解为本申请的限制。无人机100可以是多旋翼无人飞行器，例如四旋翼无人飞行器、六旋翼无人飞行器、八旋翼无人飞行器、十二旋翼无人飞行器等，无人机100可以用于搭载负载以完成预定的任务，例如搭载成像装置30以进行拍摄，搭载农药、营养液及喷洒装置以进行植保任务等。

具体地，机体20为无人机100的主体部分，机体20包括机架、机臂及脚架，机架可作为飞控系统、处理器、摄像机、照相机、云台等安装载体，机臂可用于搭载动力系统、旋翼、螺旋桨等以为无人机100提供飞行动力，脚架可以为无人机100降落时提供支撑。信号传输装置10可以安装在机身上，也可以安装在机臂上，还可以安装在机架上，在此不做限制。

请参阅图1，远程通讯设备200与信号传输装置10通信连接，远程通讯设备200可以向无人机100发射射频信号，也可以接收无人机100发射的射频信号。远程通讯设备200通过向无人机100发射射频信号来控制无人机100，例如控制信号传输装置10。在一个例子中，远程通讯设备200是手机，用户可以通过手机上的app控制无人机100，进一步地控制信号传输装置10。在另一个例子中，远程通讯设备200是遥控器，用户可以通过遥控器上的按键、摇杆、触控屏等控制无人机100，进一步地控制信号传输装置10。

请参阅图3，信号传输装置10包括天线11、射频芯片12、功率放大器13及开关14。天线11用于发射或接收射频信号，射频芯片12包括第一端子121及第二端子122，第一端子121及第二端子122均能输出射频信号。功率放大器13与第一端子121连接，功率放大器13用于处理第一端子121输出的射频信号。开关14与天线11连接，开关14能够在第一状态及第二状态之间切换。在第一状态下，开关14连接功率放大器13及天线11，天线11发射经功率放大器13处理后的射频信号，在第二状态下，开关14连接第二端子122及天线11，天线11发射第二端子122输出的射频信号。

本申请实施方式的信号传输装置10，射频芯片12的第一端子121与第二端子122均能够输出射频信号。开关14与天线11连接，开关14能够在第一状态及第二状态之间切换，在第一状态下开关14连接功率放大器13及天线11，天线11发射经功率放大器13处理后的射频信号；在第二状态下，开关14连接第二端子122及天线11，天线11发射第二端子122输出的射频信号。信号传输装置10既能够在第一状态下实现远距离、高质量的传输，又能够在第二状态下使功率放大器13不用工作，可以减少信号输出装置10的功耗，另外，功率放大器13与开关14之间不构成环路，开关14的隔离度不会影响功率放大器13的工作状态。

天线11可以向远程通讯设备200发射射频信号，天线11还可以从远程通讯设备200接收射频信号。射频芯片12用于将基带信号转换成射频信号并且输出射频信号，射频芯片12可以包括多个输出端子，输出端子的数量在此不做限制，例如两个、三个、四个、五个、十个等。本实施例的射频芯片12的输出端子至少包括第一端子121及第二端子122，第一端子121及第二端子122均能够输出射频信号，第一端子121输出的射频信号与第二端子122输出的射频信号可以完全相同。

功率放大器13与第一端子121连接，功率放大器13用于处理第一端子121输出的射频信号。具体地，功率放大器13能够放大第一端子121输出的射频信号。在一个例子中，功率放大器13能够以一个固定的增益放大第一端子121输出的射频信号。在另一个例子中，功率放大器13能够以多个增益中的任意一个放大第一端子121输出的射频信号。可以理解，功率放大器13内有多个增益，功率放大器13可以选择其中一个增益放大第一端子121输出的射频信号。

开关14与天线11连接，开关14可用于选择传输到天线11的射频信号。具体地，开关14的一端与天线11连接，开关14的另一端可以选择性地连接第功率放大器13或第二端子122。开关14能够在第一状态及第二状态之间切换。在第一状态下，开关14连接功率放大器13及天线11，天线11发射经功率放大器13处理后的射频信号；在第二状态下，开关14连接第二端子122及天线11，天线11发射第二端子122输出的射频信号。进一步地，开关14是具有选择功能的元器件，开关14可以有多种工作状态，能够在多种状态之间切换，例如开关14可以是单刀双掷开关、单刀三掷开关、选择器开关等，在此不做限制，开关14能够切换连接的接口以实现切换工作状态。利用一个开关14即可实现工作状态的切换，减小了信号传输装置10的体积及质量，降低无人机100的整体负荷。

请参阅图3，信号传输装置10还包括处理芯片15，其中处理芯片15可以是单独设置在信号传输装置10中，只用于控制信号传输装置10；处理芯片15也可以是设置在无人机100中，不仅可以控制信号传输装置10还可以控制无人机100内其他功能模块，在此不做限制。处理芯片15与射频芯片12连接，处理芯片15用于控制射频芯片12输出射频信号。处理芯片15与功率放大器13连接，处理芯片15用于控制功率放大器13处理由射频芯片12输出的射频信号。

具体地，在功率放大器13能够以多个增益中的任意一个放大第一端子121输出的射频信号时，处理芯片15能够依据外部输入控制功率放大器13的增益。其中，外部输入包括无人机100与远程通讯设备200的距离，远程通讯设备200与无人机100通过射频信号通信。进一步地，无人机100内设置有gps，远程通讯设备200内设置有gps，外部输入为无人机100内的gps与远程通讯设备200中的gps之间的距离，在距离较近时，处理芯片15控制功率放大器13选择比较小的增益处理第一端子121输出的射频信号；在距离较远时，处理芯片15控制功率放大器13选择较大的增益处理第一端子121输出的射频信号；在距离很远时，处理芯片15控制功率放大器13选择更大的增益处理第一端子121输出的射频信号。由此，功率放大器13的增益及功率能够被处理芯片15调节，能够依据外部输入进行适应性调节，不会一直处于高功率状态，信号传输装置10的功耗能够得到控制，使无人机100能够节省能源，提高续航时长。

处理芯片15还与开关14连接，处理芯片15用于控制开关14保持在第一状态或第二状态。可以理解，处理芯片15能够切换开关14的工作状态，使开关14处于第一状态或第二状态。其中，开关14处于第一状态，开关14连接功率放大器13及天线11，功率放大器13工作会产生较大的功耗，信号传输装置10处于高功耗模式，以满足远距离传输的需求。开关14处于第二状态，开关14连接第二端子122及天线11，由于功率放大器13不工作，此时产生的功耗较低。处理芯片15能够控制开关14的状态，使功率放大器13不用一直工作，能够有效的降低信号传输装置10的功耗，由此降低无人机100的功耗，提高续航时长。

请参阅图3，信号传输装置10还包括电源16，电源16与处理芯片15、射频芯片12及功率放大器13均连接，电源16为处理芯片15、射频芯片12及功率放大器13提供电能。电源16可以是设置在信号传输装置10中，单独为信号传输装置10的各个元器件提供电能，电源16还可以是设置在无人机100中，不仅为信号传输装置10的各个元器件提供电能，还为无人机100中的其他元器件提供电能，在此不做限制。开关14处于第二状态时，电源16可以不给功率放大器13提供电能，节约信号传输装置10的功耗。

请参阅图1，无人机100还包括成像装置30，成像装置30搭载在机体20上，成像装置30与信号传输装置10连接，信号传输装置10用于发送成像装置30获取的影像信息。具体地，成像装置30可以是直接搭载在机体20上，成像装置30也可以是通过云台40搭载在机体20上，在此不做限制。在图1所示的实施例中，成像装置30通过云台40搭载在机体20上。成像装置30能够通过拍照或者摄像以获取影像信息，信号传输装置10与成像装置30连接，成像装置30获取的影像信息能够传输至信号传输装置10中，信号传输装置10能够将成像装置30获取的影像信息发送至远程通讯设备200，以供远程通讯设备200观看、编辑或保存等。

无人机100还包括温度传感器50，温度传感器50用于检测机体20的温度，信号传输装置10与温度传感器50连接，信号传输装置10在温度传感器50检测到机体20的温度大于温度阈值预定时长后，控制开关14保持在第二状态。具体地，温度阈值可以是无人机100能够长时间工作的最大温度，或者温度阈值也可以是由用户自主设定一个温度值。预定时长可以是用户设定或者出厂设定好的时长，例如5分钟、10分钟、20分钟等。机体20的温度大于温度阈值预定时长时，无人机100的运行状态容易被影响，甚至停止运行。如果温度传感器50检测到机体20的温度大于温度阈值预定时长后，开关14保持在第一状态，功率放大器13工作将会产生更高的温度，使机体20的温度继续上升，容易使无人机100的运行状态失常。如果机体20的温度大于温度阈值预定时长后，信号传输装置10控制开关14处于第二状态，信号传输装置10产生的功耗较低，由此信号传输装置10产生的温度较低，可以避免机体20的温度继续升高，使无人机100保持良好的工作状态。设置温度传感器50能够以实时检测机体20的温度，以更好的监控无人机100的运行状态。

请参阅图1及图3，信号传输装置10能够响应第一指令以使开关14保持在第一状态，其中，第一指令可以是响应于接收到进入到高功率模式的用户指令且机体20的温度小于温度阈值；或，远程通讯设备200与无人机100的距离大于距离阈值等事件中的任意事件生成的。

信号传输装置10响应第二指令以使开关14保持在第二状态，其中，第二指令是响应接收到进入低功耗模式的用户指令；或，信号传输装置10的温度大于温度阈值预定时长；或，远程通讯设备200与无人机100的距离小于距离阈值等事件中的任意事件生成的。

具体地，当用户在远程通讯设备200上的按键或触摸屏210上进行第一预定操作，可视为接收到进入高功率模式的用户指令，远程通讯设备200将该进入高功率模式的用户指令发送至无人机100，例如，遥控器或手机等远程通讯设备200的ui界面上弹出窗口询问用户是否进入高功率模式，如果用户在触摸屏210上选择是，远程通讯设备200将进入高功率模式的用户指令发送至无人机100。无人机100接收到远程通讯设备200发送的进入到高功率模式的用户指令后，将温度传感器50检测到机体20的温度发送至信号传输装置10的处理芯片15，处理芯片15判断机体20的温度，如果机体20的温度小于温度阈值，则第一指令生成，处理芯片15控制开关14保持第一状态，信号传输装置10进入高功率模式运行。如果机体20的温度大于温度阈值，则第一指令未生成。

当用户在远程通讯设备200上的按键或触摸屏210上进行第二预定操作，可视为接收到进入低功率模式的用户指令，远程通讯设备200将该进入低功率模式的用户指令发送至无人机100，无人机100接收到进入低功耗模式的指令，生成第二指令发送至信号传输装置10。例如，用户在遥控器或手机等远程通讯设备200上的ui界面上弹出窗口询问用户是否进入高功率模式，用户在触摸屏210上选择否，远程通讯设备200将进入低功耗模式的指令发送至无人机100，无人机100生成第二指令发送至信号传输装置10。信号传输装置10响应第二指令使开关14保持在第二状态，开关14连接第二端子122及天线11。

机体20温度大于温度阈值预定时长后，为了避免无人机100的温度继续升高导致信号传输装置10甚至无人机100损坏，无人机100生成第二指令，信号传输装置10响应第二指令使开关14保持在第二状态，以使机体20温度降低，确保信号传输装置10及无人机100正常运行。

进一步地，远程通讯设备200与无人机100之间的距离时刻在发生变化，若远程通讯设备200与无人机100之间的距离大于设定的距离阈值，则无人机100自动生成第一指令。可以理解，无人机100与远程通讯设备200之间的距离较远时，无人机100与远程通讯设备200之间的信号传输不稳定，容易受到干扰，为了使无人机100更好的传输信号以及传输高清影像信息至远程通讯设备200，需要功率放大器13放大射频信号，因此生成第一指令，信号传输装置10响应第一指令使开关14保持在第一状态，开关14连接功率放大器13及天线11，功率放大器13连接第一端子121，功率放大器13对射频芯片12输出的射频信号进行放大，经过功率放大器13的处理后传送至天线11后传输至远程通讯设备200。

远程通讯设备200与无人机100之间的距离小于设定的距离阈值，远程通讯设备200与无人机100之间的距离较近时，无人机100与远程通讯设备200之间的信号传输稳定，不易受到干扰，信号传输装置10只需要保持低功耗模式即可实现信号的稳定传输，如果信号传输装置10保持高功率模式将会产生较大的功耗，故无人机100生成第二指令，信号传输装置10响应第二指令使开关14保持在第二状态，开关14连接第二端子122及天线11，射频信号直接由射频芯片12传输至天线11后发送至远程通讯设备200，此时功率放大器13不工作，使信号传输装置10产生的的功耗较小，能够有效减少信号传输装置10在近距离时的功耗。

通常解决近场发射功率过高的两种办法：一种是发射功率控制技术(tpc，transmitpowercontrol)：根据距离来动态调整发射功率，近距离降低发射功率，远距离增加发射功率，该技术实现复杂度较高，在无人机图传模块中实现难度较大，而且由于功率放大器即使不输出功率，处在静态工作点，功耗依旧很大，近场功耗下降有限。另一种在发射链路上增加开关将功率放大器旁路：近距离关闭功率放大器，通过开关组成发射链路，远距离打开功率放大器，开关处于隔离状态，这种办法由于至少增加两个开关会使信号传输装置体积变大，而且由于开关和功率放大器构成环路，在打开功率放大器时如果开关隔离度不好会引起正反馈导致功率放大器自激，信号传输装置无法正常工作。

综上，本申请实施方式的信号传输装置10相对于使用发射功率控制技术的方法，在近距离传输时，天线11直接发送由第二端子122输出的射频信号，功率放大器13不工作，功率放大器13不会产生功耗，由此可以减小信号传输装置10的功耗。本申请实施方式的信号传输装置10相对于另一种在发射链路上增加开关将功率放大器旁路的方法，由于只设置一个开关14，信号传输装置10的体积更小，且开关14与功率放大器13不会构成环路，功率放大器13不会因开关14隔离度不好而引起正反馈，不会使导致功率放大器13自激。

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申请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。在本申请的描述中，“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申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。