天線及應用該天線的無人機的製作方法

2023-09-10 03:39:05

本實用新型涉及無人機通信領域，尤其涉及一種整合指南針的天線及應用該天線的無人機。

背景技術：

目前無人機與遙控端的通信均基於無人機上的天線。同時，要了解無人機飛行時的位置信息、航行信息，電子指南針是無人機必須配置的硬體設備。無人機上通信天線、提供升力的馬達等涉及電磁轉化的設備在工作中均會產生一定強度的磁場，因此，為了保證電子指南針的精確性，同時，也考慮到電子指南針對天線信號的影響，現有技術中多採用將二者分開設置的技術方案，且電子指南針應儘量遠離無人機上的所有馬達。

將指南針與天線分開設置的技術方案，會佔用較多的無人機空間，對無人機空間的設計有一定的不利影響。而目前已知的天線和指南針共存的布局方案中，天線的輻射部和指南針之間採用空間隔離的方式來降低彼此幹擾，比如將天線和指南針分別置於PCB板上距離最遠的兩個端部。以避免天線輻射場與電子指南針之間的相互影響，提高指南針的精度。但此種布局的局限在於天線的輻射部和指南針之間隔離用的空餘的PCB板空間會增加了天線總體尺寸，降低無人機的空間使用率。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本實用新型的目的在於提供一種設置有指南針且結構緊湊的天線。

為了解決上述技術問題，本實用新型所採用的技術方案為：一種天線，包括：

基板，所述基板包括第一板面和與之相對的第二板面；

天線主體；

天線接口，與所述天線主體連接，所述天線接口和所述天線主體設置在所述第一板面上；

指南針單元，設置在所述第二板面上，所述指南針單元與所述天線主體在垂直於所述基板的方向上的投影無重疊。

優選的，所述天線還包括：

傳輸單元，所述天線主體通過所述傳輸單元與所述天線接口連接，所述傳輸單元與所述指南針單元在垂直於所述基板的方向上的投影無重疊。

優選的，所述基板呈長方形，所述天線主體設置在所述基板長度方向的一端；所述天線接口設置在所述基板長度方向的另一端。

優選的，所述指南針單元設置在所述第二板面的幾何中心區域；所述傳輸單元沿所述第一板面的邊緣鋪設。

優選的，所述指南針單元設置在所述第二板面長度方向的中心區域，且位於所述基板寬度方向的一端；所述傳輸單元設置在所述基板寬度方向的另一端。

優選的，所述天線主體採用多次彎曲的形式鋪設。

優選的，所述還包括：

指南針接口，所述指南針接口設置在所述第二板面上，並與所述指南針單元連接；

指南針饋線，所述指南針饋線設置在所述第二板面上，連接在所述指南針接口與所述指南針單元之間。

為了解決上述問題，本實用新型還提供一種無人機，包括：

機身；

機臂，所述機臂與所述機身連接，所述機臂數量至少為兩個；

馬達，所述馬達設置在所述機臂端部；

該無人機還包括：

支架，所述支架與所述機身的下端連接，所述支架設置有如上所述的天線。

優選的，所述支架包括：

升降臂，所述升降臂與所述機身連接；

支撐臂，所述支撐臂與所述升降臂連接。

優選的，所述支架位於兩個相鄰的所述機臂之間，所述天線設置在所述支撐臂上。

與現有技術相比，本實用新型的天線，採用將指南針單元與天線主體設置在基板的不同板面上，且指南針單元與天線主體在垂直於基板的方向上的投影無重疊。有效的降低了天線輻射場與指南針單元自身磁場的相互影響，且使得二者可以較緊湊的安裝在同一基板上，減小了天線體積。本實用新型提供的採用上述天線的無人機，也具有同樣的技術效果。

同時，本實用新型還採用在作為輻射源的天線主體和作為信號輸入輸出端的天線接口之間加入僅用於傳遞信號的傳輸單元，進一步降低了天線輻射場與指南針單元自身磁場的相互影響。本實用新型提供的採用上述天線的無人機，也具有同樣的技術效果。

附圖說明

圖1為一種天線的天線基板正視結構示意圖；

圖2為一種天線的天線基板後視結構示意圖；

圖3為一種天線的採用900MHz為工作頻率時的輻射方向圖；

圖4為採用了本實用新型天線的無人機側視圖；

圖5為採用了本實用新型天線的無人機其機架升降狀態示意圖；

圖6為採用了本實用新型天線的無人機機架升起後的俯視圖。

具體實施方式

以下參考附圖1至附圖6，對本實用新型的各實施例予以進一步地詳盡闡述。

如附圖1-3所示，一種天線，包括：

基板1，基板1用以裝設天線的各功能元件；基板1包括第一板面12和與之相對的第二板面11。

天線主體2，該天線主體2作為天線的輻射源，用以接收和發射無線信號。

天線接口3，天線接口3與天線主體2連接，用以將天線主體2與信號處理設備相連並作為二者之間信號傳遞的埠。天線接口3和天線主體2設置在第一板面12上。

指南針單元5，設置在第二板面11上，指南針單元5與天線主體2在垂直於基板1的方向上的投影無重疊。

在具體實施中，天線主體2主要用於作為天線的輻射源，是天線接收和發送信號的硬體基礎。一般採用在PCB板的板面架構微帶線來實現。天線之所以會干擾電子指南針的準確性，其實質就是天線主體2發送或者接收無線信號時產生的磁場與自然磁場重合，如果電子指南針正好在天線主體2所產生的磁場中，則測量到的數據與實際自然磁場的數據必然存在偏差，導致指南針功能失效。同時，電子指南針工作時自帶的磁場也有可能影響到天線發射信號和接收信號的精度。

如附圖1、附圖2所示，指南針單元5與天線主體2在垂直於基板1的方向的投影不重疊，避免指南針單元5的磁場與天線主體2輻射形成的電磁場在空間上重合導致的互相干擾，有效提升指南針單元5的精確性。

在其他實施例中，天線主體2也可以採用鋪設金屬矩陣的形式實現。

在其他實施例中，天線主體2與指南針單元5也可以設置在基板1的同一個板面上。

在其他實施例中，上述基板1的布局結構也適用於任何其他元器件與天線共存的布局，不僅限於指南針單元5與天線主體2共存的形式。採用上述結構實現在天線基板上結合其他元器件時，其他元器件的電磁場對天線不會造成的顯著影響。

在本實施例中，本實用新型的天線還包括：

傳輸單元4，天線主體2通過傳輸單元4與天線接口3連接，傳輸單元4與指南針單元5在垂直於基板1的方向上的投影無重疊。

在本申請中，為了在天線中設置指南針單元5且儘量減小天線的體積，無法採用將指南針單元5與天線主體2各處天線一端的布局，為了避免天線主體2對指南針單元5的影響，在天線主體2與指南針單元5之間設置不具有信號發射和接收功能的傳輸單元，可以有效的降低天線主體2與指南針單元5之間磁場的幹擾，使二者都可以正常工作。

在實際操作中，一般採用在經過指南針單元5臨近區域的天線主體2替換為傳輸單元4的方式來降低二者磁場之間的幹擾。具體的，傳輸單元4一般採用天線饋線來實現。因為天線饋線通常具有良好的屏蔽層，有效的降低其傳輸介質被外界信號幹擾，具有良好的傳輸性能。用天線饋線來進行電信號傳輸，其材質和結構與微帶線的差異導致了其對外的電磁輻射量很低。因此，傳輸單元4對其臨近的指南針單元5的幹擾相當微弱，基本不會影響指南針單元5的測量精度。進一步避免了指南針單元5的磁場受到天線主體2磁場的影響。

在其他實施例中，傳輸單元4也可以採用在天線主體2上覆蓋屏蔽層的方式實現。

在本實用新型所提供的天線中，採用傳輸單元4來隔離天線主體2與指南針單元5的方式替換採用空間來隔離的方式，僅需要將天線主體2中與指南針單元5臨近的部分替換為傳輸單元4，即可避免需要空出大量區域來隔絕天線主體2和指南針單元5。即解決了二者之間的幹擾，又可以使得天線的布局緊湊，體積減小。

如附圖1所示，在本實施例中，基板1外形呈長方形，天線主體2設置在基板1長度方向的一端；天線接口3設置在基板1長度方向的另一端。

在具體實施中，天線主體2的長度與其輻射強度成正比。同時天線接口3作為天線的與信號處理設備的接口，較大的面積可以減小接觸的電阻，保證天線與信號處理設備之間的電信號衰減儘量減小。因此天線主體2和天線接口3均需要佔用基板1（PCB板）的較大的鋪設面積，將二者分別設置在基板1兩端，便於天線接口3與信號處理設備連接。也有利於空出中間區域設置指南針單元5。該布局結構能夠有效的利用基板1的空間，減小天線的體積。

如附圖2所示，在本實施例中，指南針單元5設置在第二板面11的幾何中心區域；傳輸單元4沿第一板面12的邊緣鋪設，用以避開指南針單元5的裝設區域；傳輸單元4沿邊緣鋪設的部分與正常鋪設的部分通過彎折部41進行銜接。傳輸單元4中的電信號或多或少會產生相應的磁場，為了避免與指南針單元5的相互幹擾，採用彎折部41銜接的方式將臨近指南針單元5的傳輸單元4鋪設在基板1的邊緣，可以降低幹擾的同時，儘量為指南針單元5預留設置的空間。

在其他實施例中，基板1的布局形式還可以採用寬度方向均分的布局形式，即指南針單元5設置在第二板面11長度方向的中心區域，且位於基板1寬度方向的一端；傳輸單元4鋪設在基板1寬度方向的另一端。有助於提高傳輸單元4的寬度，避免橫截面積太小而導致信號衰減大、傳輸不良。

在其他實施例中，基板1的布局形式還可以採用傳輸單元4鋪設在其寬度方向上的中心位置，指南針單元5布設在基板1寬度方向上的兩側的布局形式。

如附圖1-2所示，指南針單元5設置第二板面11上，天線主體2與傳輸單元4鋪設在第一板面12上。有利於進一步避免二者之間的相互幹擾，提高天線中指南針單元5的精度。

如附圖1所示，天線接口3設置在第一板面12上，與天線主體2同一側便於天線主體2的連接和布線。

如附圖1所示，在本實施例中，天線主體2採用多次彎折的形式鋪設。多次彎折的天線主體2可以彌補被替換成傳輸單元4的那一部分天線主體2的長度，從而保證天線主體2的輻射強度不會減弱，進而保證天線的信號的覆蓋範圍。

如附圖2所示，第二板面11還設置有與指南針單元5連接的指南針接口6；該指南針接口6與指南針單元5之間連接有指南針饋線7。使得指南針單元5可以方便的將其檢測信號輸出給相應的功能電路或者處理單元。

如附圖4-6所示，為了解決上述問題，本實用新型還提供一種無人機，包括用於裝載各功能模塊（如飛行控制、通信處理、導航、拍攝等電路模塊或實體模塊）的機身8和與該機身8連接的機臂9，機臂9的數量至少為二根；優選的為三根以上，更有利於保持無人機飛行時的平衡。機臂9端部設置有馬達91。

無人機還包括與機身8下端連接的支架10，該支架10設置有如上所述的天線。採用該結構的支架10可以有效的節省機身8內的布局空間，同時也增加天線與馬達91之間的距離，降低馬達91工作時其磁場對天線的幹擾。

如附圖5所示，在本實施例中,支架10為可相對於機身8進行升降動作的可動支架；支架10包括：一端與機身8連接的升降臂101；該升降臂101與機身8通過銷軸連接並在機身8中配置相應的傳動組件，使升降臂101可繞銷軸進行軸向轉動，以達到升降臂101相對機身8上下翻轉的技術效果。支架10還包括：與升降臂101的另一端連接的支撐臂102。在機身8上裝設可升降的支架10使得無人機升空後，該升降臂101向上翻轉避免支架10遮擋機身8下掛載的攝像頭。當無人機需要降落時，該升降臂101向下翻轉，支架10恢復原狀，完成對機身8的支撐，使無人機可以平穩著陸。

具體的，如附圖6所示，當無人機升空後，其支架10升起時，有利於掛設在無人機飛行時，其掛載的攝像設備進行360度攝像或拍照（附圖6為俯視圖，掛載在機身8下端的攝像設備未示出），進一步增大了無人機的攝像範圍。

如附圖6所示，在本實施例中, 支架10位於兩個相鄰的機臂9之間，即支撐臂102位於兩個相鄰的機臂9之間，天線設置在支撐臂102上。當支撐臂102上升時，天線與相鄰的兩個馬達91之間的相對距離均能保持最大。同樣的，在天線的中心設置的指南針單元5，也可以使指南針儘量遠離兩個馬達91，降低馬達91工作磁場對指南針的幹擾，以提升在支架10可升降的無人機中，其指南針單元5的精確性。

如附圖3所示，附圖3為本實用新型的天線的輻射方向圖。在設置了指南針後其天線信號並沒有被指南針幹擾，同樣實現了其工作在900MHz時360度的信號輻射，即附圖3中標識為xz-plane的圓圈輻射範圍。

在其他優選的實施例中，天線頻率不限於900MHz，也可以採用2.4GHz或者其他的頻率。

與現有技術相比，本實用新型的天線，採用將指南針單元5設置在基板1的不同板面上，且指南針單元5與天線主體2在垂直於基板1的方向上的投影無重疊。避免了指南針與天線間磁場的相互影響，使得二者可以緊湊的安裝在同一PCB板上。

其次，在天線主體2和天線接口3的天線接口3之間加入僅用於傳輸信號的傳輸單元4作為隔離器件，進一步降低了天線輻射場與指南針單元5之間磁場的相互影響。本實用新型提供的採用上述天線的無人機，也具有同樣的技術效果。

上述內容，僅為本實用新型的較佳實施例，並非用於限制本實用新型的實施方案，本領域普通技術人員根據本實用新型的主要構思和精神，可以十分方便地進行相應的變通或修改，故本實用新型的保護範圍應以權利要求書所要求的保護範圍為準。