一种无人机机载基站天线吊舱及无人机机载基站

摘要

本申请实施例公开了一种无人机机载基站天线吊舱及无人机机载基站，涉及无人机通信领域，使得无人机机载基站天线吊舱在工作频率内天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度同时达到90度以上，减少两个波束之间的影响，提高波束的覆盖效果，增大了波束的覆盖范围。该无人机机载基站天线吊舱包括舱体和天线辐射组件，其中，舱体内形成有空腔，天线辐射组件为两个，两个天线辐射组件设置在空腔内，且固定在舱体的内壁上，天线辐射组件包括天线振子，两个天线辐射组件的两个天线振子间隔设置且辐射面互相垂直。该无人机机载基站天线吊舱用于发射和接受信号。

说明书

技术领域

本申请涉及但不限于无人机通信领域，尤其涉及一种无人机机载基站天线吊舱及无人机机载基站

背景技术

天线是一种可将传输线中的高频电磁能转成为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能的装置。在无线通信基站系统中，天线起着非常重要的作用，基站的辐射能量都要从天线发射出去而终端的信号也要通过天线进行接收。

相关技术中，由于无人机的飞行姿态的时刻变化，无人机机载天线与地面接收终端的相对方向和位置不固定，如设置单极化天线，会造成信号极化的损失，且需要对应单极化天线的数量设置多个定向基站，为了降低信号极化损失，通常采用双极化天线，以实现天线与接收终端的信号匹配，常见的双极化天线通常是组合了﹢45度和﹣45度两幅极化方向相互正交的天线，其优点是节省单个定向基站的天线数量。但理想的极化在现实中并不存在，即使相互正交的天线仍然存在一定程度的耦合，导致少量的功率损失。

为此，本申请提供了一种无人机机载基站天线吊舱及无人机机载基站。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种无人机机载基站天线吊舱及无人机机载基站，涉及无人机通信领域，使得天线吊舱在工作频率内天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度同时达到90度以上，减少两个波束之间的影响，提高波束的覆盖效果，增大了波束的覆盖范围。

为了达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种无人机机载基站天线吊舱，包括舱体和天线辐射组件，其中，舱体内形成有空腔；天线辐射组件为两个，天线辐射组件设置在空腔内，且固定在舱体的内壁上，天线辐射组件包括天线振子，两个天线辐射组件的两个天线振子间隔设置且辐射面互相垂直。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，包括舱体和天线其中，舱体内形成有空腔；天线辐射组件为两个，天线辐射组件设置在空腔内，且固定在舱体的内壁上，天线辐射组件包括天线振子，两个天线辐射组件的两个天线振子间隔设置且辐射面互相垂直。两个天线振子互相垂直，即一个天线振子的辐射面与另一个天线振子的辐射面互相垂直，使得无人机机载基站天线吊舱的辐射范围增大，在工作频率内，天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度达到90度以上，且两个天线振子间隔设置，避免了两个天线振子各自发出的波束之间互相干涉，降低两个天线振子波束的相关性，提高了波束的覆盖效果。相比于相关技术中的单极化天线和双极化天线，本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，天线辐射组件设置为两个，且两个天线振子的辐射面互相垂直，降低了信号的极化损失且无需设置多个定向基站，且两个天线振子间隔设置，避免两个天线振子产生的波束之间互相影响，减少无人机机载基站天线吊舱少量功率的损失，即，本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，使得天线吊舱在工作频率内天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度同时达到90度以上，减少两个波束之间的影响，提高波束的覆盖效果，增大了波束的覆盖范围。

在本申请提供的一种可实现方式中，两个天线振子之间的距离大于等于0.5个天线辐射组件的工作频段波长。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，两个天线振子之间的距离大于等于0.5个天线工作频段波长，可减少两个天线振子之间互相干涉，降低两个天线振子的相关性，提高天线波束的覆盖性能。

在本申请提供的一种可实现方式中，天线辐射组件包括天线反射板，天线反射板的一侧与舱体的内壁连接，天线反射板的另一侧与天线振子的上端固定。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，将天线反射板的一侧与舱体的内壁链接，天线反射板的另一侧与天线振子的上端固定，将天线振子固定安装在舱体内，天线反射板还用于反射信号，将天线振子的信号反射回地面，增加信号的强度。

在本申请提供的一种可实现方式中，天线反射板的覆盖范围大于天线振子辐射臂的总长度。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，天线反射板的覆盖范围大于天线振子的辐射臂的总长度，避免信号沿吊舱内壁辐射，可进一步增强天线振子辐射地面的信号。

在本申请提供的一种可实现方式中，天线振子上设置有引向片，引向片设置在天线振子的下端，天线振子的下端为远离天线反射板的一侧，用于对波束的宽度进行收窄。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，在天线振子上设置有引向片，引向片设置在天线振子的下端，可以在不影响天线振子尺寸的条件下对天线波束宽度进行收窄。

在本申请提供的一种可实现方式中，舱体包括基座，基座与天线反射板通过角度调节器固定连接，角度调节器用于对天线反射板进行角度调节。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，为了覆盖制定区域，无人机通常采用盘旋飞行方式，此时，机身会有一定程度的侧倾，为了使得天线振子的辐射面的辐射方向能够始终对准目标区域的中心，需要不断调节天线振子辐射面的角度，因此，在基座和天线反射板之间设置有角度调节器，角度调节器用于对天线反射板进行角度调节。

在本申请提供的一种可实现方式中，舱体包括挂架和天线罩，挂架和天线罩形成空腔，挂架上设置有多个挂接点和馈线口，挂接点与无人机的基站连接，馈线口用于将无人机基站内的信号导入天线振子中。

本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，舱体包括挂架和天线罩，天线罩和挂架形成空腔，空腔内用于放置天线辐射组件，在挂架上设置有多个挂接点和馈线口，挂接点与无人机的基站连接，馈线口用于将无人机基站内的信号导入到天线振子中。

在本申请提供的一种可实现方式中，挂架朝向天线罩的内壁设置有桁架结构。

在本申请提供的一种可实现方式中，挂架与天线罩可拆卸连接。

在本申请提供的一种可实现方式中，舱体的外轮廓为圆柱。

在本申请提供的一种可实现方式中，天线辐射组件的工作频段为700MHz～900MHz。

第二方面，本申请实施例提供一种无人机机载基站，包括无人机、基站和第一方面任一实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，基站设置在无人机的内部，无人机机载基站天线吊舱中的天线振子与基站电联接，用于实现无人机与地面的信息传输。

本申请实施例提供了一种无人机机载基站，由于包括了第一方面的任一实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，因此，具有同样的技术效果，即，减少了两个波束之间的互相影响，降低了无人机机载基站天线吊舱的功率损失，使得波束的覆盖效果更好。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱立体结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的无人机机载基站天线吊舱平面结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的无人机机载基站天线吊舱中天线辐射组件结构示意图；

图4为本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱中能够无人机波束相对于机身法线方向夹角示意图；

图5为本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱中基座、角度调节器和天线辐射组件的连接示意图。

附图标记

1-舱体；11-基座；12-挂架；121-挂接点；122-馈线口；13-天线罩；2-天线辐射组件；21-天线振子；22-天线反射板；23-PCB板；24-引向片；3-角度调节器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在本申请实施例中，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一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

基站即公用移动通信基站，是移动设备接入互联网的接口设备，是指在一定无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话中端进行信息传递的无线电收发信电台，简单来说，基站是用来保证我们在移动过程中可以随时随地保持有信号，可以保证通话及收发信息等需求，基站的主要功能是提供无线覆盖，即实现有线通信网络和无线终端之间的无线信号传输。首先，核心网侧的控制指令，语音呼叫或数据业务信息通过传输网络发送到基站，信号在基站进行处理，然后通过馈线发送到天线上进行发射，终端通过无线信号接收所发射的无线电波，然后调解出对应的信号，反向相同，此为地面基站的工作原理。

其中，天线是一种可将传输线的高频电磁能转换为自由空间的电磁波，或反之将自由空间中的电磁波转化为传输线中的高频电磁能的装置，在无线通信基站中，天线振子起着非常重要的作用，基站的辐射能量都要从天线振子发射出去而终端的信号也要通过天线振子接收。

根据辐射波瓣范围的不同，常见的移动通信基站天线振子分为全向天线和定向天线，全向天线是指在水平方向图上表现为360度均匀辐射，在垂直方向表现为一定宽度的波束，定向天线是指在水平方向上表现为一定角度范围辐射，在垂直方向上表现为一定宽度的波束。

当发生自然灾害导致地面基站损坏时，此时，当地的信号完全中断，无法和外界完成信息传输，为此，本申请实施例提供一种无人机机载基站，包括无人机、基站和无人机机载基站天线吊舱，基站设置在无人机的内部，无人机机载基站天线吊舱中的天线振子与基站电联接，用于实现无人机与地面的信息传输，如此，当地面基站损坏时，无人机可飞到指定位置区域，在空中盘旋，此时，移动电话的信号通过传输网络发送到基站，信号通过传输网络发送到基站，基站通过馈线将信号传递到无人机机载基站天线吊舱的天线振子上，天线振子发射的波束覆盖指定位置区域，指定位置区域即可完成与外界信息的传输。

本申请实施例提供一种无人机机载基站天线吊舱，如图1所示，包括舱体1和天线辐射组件2，其中，舱体1内形成有空腔；天线辐射组件2为两个，天线辐射组件2设置在空腔内，且固定在舱体1的内壁上，天线辐射组件2包括天线振子21，两个天线辐射组件2的两个天线振子21间隔设置且辐射面互相垂直。其中，两个天线振子21互相垂直，即一个天线振子21的辐射面与另一个天线振子21的辐射面互相垂直，使得无人机机载基站天线吊舱的辐射范围增大，在工作频率内，天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度达到90度以上，且两个天线振子21间隔设置，避免了两个天线振子21各自发出的波束之间互相干涉，降低两个天线振子21波束的相关性，提高了波束的覆盖效果。相比于相关技术中的单极化天线和双极化天线，本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，天线辐射组件2设置为两个，且两个天线振子21的辐射面互相垂直，降低了信号的极化损失且无需设置多个定向基站，且两个天线振子21间隔设置，避免两个天线振子21产生的波束之间互相影响，减少无人机机载基站天线吊舱少量功率的损失，即，本申请实施例提供的无人机机载基站天线吊舱，使得天线吊舱在工作频率内天线方位面的水平波束宽度和垂直波束宽度同时达到90度以上，减少两个波束之间的影响，提高波束的覆盖效果，增大了波束的覆盖范围。

需要具体说明的是，参照图1和图2，舱体1既可以一体成型设计，也可设置为两体或者多体拼接成型，如将舱体1设置为一体，天线辐射单元设置在舱体1内，当天线辐射单元内天线振子21出现损坏或失效，无法对天线振子21进行维修或更换，为此，本申请提供一种可参考方案，舱体1包括挂架12和天线罩13，挂架12和天线罩13形成舱体1，舱体1的外轮廓可以设置为圆柱型，也可以设置为胶囊形状以及其它无人机空气动力学要求的外形形状，挂架12位于天线吊舱的上半部分，作为整个天线吊舱的结构支撑，因此，挂架12选用金属材料制作，金属挂架12的结构坚固，以支撑整个天线吊舱的重量，以适应无人机飞行中的振动，为了增强金属挂架12的刚性程度，在金属挂架12的内侧可以增加桁架结构，桁架结构固定在金属挂架12上，桁架结构中的桁架为桁架梁，是格构化的一种梁式结构，由于无人机机载天线吊舱需要挂在无人机上，为了减轻无人机承载在重量，桁架结构的选择以轻量化为准，如桁架结构选用的材料的重量较轻，结构较为简单等要求。

参照图1，进一步地，金属挂架12上设置有天线吊舱与无人机的挂接点121和天线辐射组件2与舱体1的连接点，金属挂架12处还设置有馈线口122，馈线口122采用常用的馈线接头，由于无人机在飞行过程中可能会出现雨雪，因此，馈线接头与金属挂架12的固定处需要进行防水处理，避免水分从馈线口122进入舱体1内，影响天线振子21信号的传输，需要补充说明的是，为了不影响天线振子21的信号辐射，金属挂架12的覆盖范围不能超过天线反射板22的平面。

更进一步地，参照图1和图2，天线罩13位于无人机机载基站天线吊舱的下半部分，由于天线振子21发射的波束为电磁波，为了避免天线罩13对于天线发射的波束的影响，天线罩13采用低介电常数小于3的材料制作。波束所携带的信号经过物质会发生一定的信号衰减，为了减小天线罩13导致的天线信号的衰减，天线罩13的透波率应该大于百分之85，除过透波率外，无人机机载场景还考虑天线罩13自身的机械强度，天线罩13可以采用Acrylonitrile Butadiene Styrene，简称ABS，或其他符合天线透波率及无人机设计要求的材质。其中，ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，是一种强度高、韧性好，易于加工成型的热塑型高分子结构材料，又称ABS树脂。

天线罩13与金属挂架12之间可以选用不可拆卸的连接方式，如粘合剂等，也可以选用可拆卸的连接方式，如铆钉连接、卡接等，为了方便后期对于舱体1内的天线振子21或其他东西进行维修，优选地，天线罩13与金属挂架12采用可拆卸的连接方式，需要补充说明的是，天线罩13与金属挂架12如选用可拆卸的连接方式的前提是需要符合无人机飞行设计要求。

在本申请提供的一些实施例中，如图1所示，天线辐射组件2工作频段为700MHz～900MHz，根据电磁波频率与波长的关系，全频段的波长范围为333.3mm～428.6mm，两个天线振子21之间的距离大于等于0.5个天线辐射组件2工作频段波长，0.5个天线辐射组件的工作频段波长为166.65mm～214.3mm，两个天线振子21之间的距离可以大于等于0.5个天线辐射组件工作频段波长中的最大值，即214.3mm，两个天线振子21之间的距离也可以大于等于0.5个天线波长中的最小值，即166.65mm，两个天线振子21之间的距离大于等于0.5个天线辐射组件工作频段波长，可减少两个天线振子21之间互相干涉，降低两个天线振子21的相关性，提高天线波束的覆盖性能。

需要补充说明的是，如图1和图3所示，天线振子21一般设置在PCB板23上，PCB板23又称印刷电路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，也算是电子元器件电气连接的载体，为了保证无人机机载基站天线吊舱中天线振子21能够在工作频率内正常工作，则天线振子21辐射臂的总长度应为最小波长的一半至最大波长的一半的范围内，由上述可知，全频段的波长范围为333.3mm～428.6mm，其最小波长的一半至最大波长的一半的范围为166.7mm～214.3mm，即固定天线振子21的PCB板23的宽度设置在166.7mm～214.3mm，当然，PCB板23的宽度还需要根据无人机机载基站天线吊舱的设计要求以及天线振子21的设计特性进行具体选择。

参照图1和图3，天线辐射组件2中的天线振子21用于发射波束接收或发射信号，为了增强信号的辐射效果。天线辐射组件2还包括天线反射板22，天线反射板22的一侧与舱体1的内壁连接，天线反射板22的另一侧与天线振子21的上端固定，如此，即可将天线振子21固定在舱体1内，避免无人机在飞行的过程中，天线振子21在舱体1内的位置发生变化，导致天线振子21发射的波束无法覆盖到指定位置区域。需要具体说明的是，天线反射板22的作用是用于反射信号，将天线反射板22固定在天线振子21的上端，可以将天线振子21朝向其上端产生的信号通过天线反射板22反射回地面，增加天线阵朝向地面的发射的信号强度，提升了天线振子21的辐射效果。

在此基础上，如图3所示，天线反射板22的作用是用于反射信号，如天线振子21的辐射臂的总长度大于或等于天线反射板22的覆盖范围，此时，天线振子21上发射波束接收或发射的信号中一部分还是会沿着天线反射板22未覆盖的区域辐射，使得天线振子21上的部分信号缺失或者导致天线振子21覆盖地面的信号减弱，如天线反射板22的覆盖范围大于天线振子21的辐射臂长度，此时，天线振子21上朝向天线反射板22发射波束携带的信号完全反射为朝向地面指定区域的信号，增强了天线振子21朝向地面发射的信号强度，提升了天线振子21的辐射效果。

示例地，参照图3，天线反射板22的覆盖范围大于天线振子21的辐射臂总长度，由上述可知，天线振子21辐射臂的总长度应为最小波长的一半至最大波长的一半范围内，其中，全频段的波长范围为333.3mm～428.6mm，其最小波长的一半至最大波长的一半范围为166.7mm～214.3mm，因此，天线反射板22的覆盖范围应大于166.7mm～214.3mm，需要补充说明的是，天线反射板22用于反射信号，其形状可以裁剪成圆形，如将其裁剪为圆形，则其直径应大于等于天线振子21辐射臂的总长度，当然，天线反射板22也可以裁剪为矩形，矩形的长和宽均大于天线振子21辐射臂的总长度即可。天线反射板22一般采用具有天线反射信号的材质制作，例如铝板等金属板材，或者表面导电的复合材料板材。其中，天线反射板22与天线振子21的连接部位设置有绝缘材料，用于将天线振子21与天线反射板22隔绝。

如图3所示，传统的天线是通过拉开天线振子21之间的距离实现的，但如果拉开天线振子21之间的距离，可能会影响天线吊舱的尺寸，增加无人机的承重，为了不影响天线吊舱的尺寸并且对天线振子21的波束宽度进行收窄，在设置有天线振子21的PCB板23上设置有引向片24，引向片24设置在天线振子21的下端，其中，天线振子21的下端为远离天线反射板22的一侧，引向片24可以采用金属或者其他导电材质制作，其形状可以为圆弧形、条形或者其他可以实现对波束宽度进行收窄的形状，本申请实施例中引向片24为长条形，且长条形中较长的一端与天线反射板22平行设置。

在本申请提供的其他的一些实施例中，如图1和图4所示，无人机机载基站天线吊舱中的天线辐射组件2搭设在无人机上，从空中对地面进行信号覆盖，为了覆盖指定区域，无人机通常会采用盘旋飞行的方式，此时，机身会有一定程度的侧倾，即滚转角。为了保证天线振子21的主辐射方向能够始终对准目标区域的中心，无人机机载基站天线吊舱中的天线辐射组件2需要设置初始的倾斜角度，无人机盘旋半径为r，滚转角为γ，飞行高度为H，为了使天线振子21的波束只想指向覆盖区域中心，天线波束相对于机身法向方向的夹角的计算公式为：

A为滚转角γ和指向角β之和，在制作无人机机载基站天线吊舱内用于安装天线辐射组件2的基座11时，天线安装平面与水平面的初始夹角设置为角度A，由于不同无人机在执行应急通信任务时最佳的飞行高度H、盘旋半径r和滚转角γ各有差异，所以在实际飞行过程中，天线辐射组件2安装平面初始倾斜角度A根据实际无人机的性能参数确定。

由上述可知，参照图1、图4和图5所示，为了使无人机机载基站天线吊舱适应无人机不同的飞行姿态，如飞行高度H、盘旋半径r、滚转角γ等，无人机机载基站天线吊舱内的天线辐射组件2需要具备倾斜角度微调的能力，为此，无人机机载基站天线吊舱包括角度调节器3，角度调节器3设置在基座11和天线反射板22之间，角度调节器3可以实现一定范围的角度调节，如本申请实施例中提供的角度调节器3可以实现±20°范围内的角度调节。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。