组合型螺旋天线及无人机

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种组合型螺旋天线及无人机。

背景技术

随着全球导航卫星系统的快速发展，传统单一的GPS时代已经逐步转变为多个导航系统兼容并存的全球卫星系统时代。单独使用一个卫星导航系统的可靠性、稳定性以及定位精度都难以得到保证，融合多系统的卫星导航系统将可以得到比单独使用任何一个定位系统更好的定位性能。因此开发能够同时兼容多个导航系统的多频段天线成为趋势。

天线作为卫星导航接收机的重要组成部分，它的性能如何，直接关系到卫星导航接收机的测量精度大小。螺旋天线具有良好的轴比特性、半球覆盖的心型方向图以及低仰角性能，被广泛运用于卫星导航定位领域。

螺旋天线实现多频段有多种方式：

一种是在螺旋臂基础上，每条螺旋臂再寄生出一条负责另外一个频段的螺旋臂，或者是采用臂上开槽、臂宽渐变等方式实现多频段兼容，其最终方式都是多个频段集中合在一起后进入后端的信号处理。此方式天线体积小，但不利于每个独立频段的抗干扰处理，对于电磁干扰比较复杂的场景，设备容易受到其它干扰频段信号的干扰而无法应用；

另外一种是组合螺旋，将负责不同频段的螺旋天线叠层组合在一起实现多频段兼容，抗干扰能力较强。对于组合型螺旋天线，其高度方向的尺寸较大，直接导致整个天线体积较大，在运用于高精度无人机导航定位领域，天线高度过高会导致飞机飞行风阻大，重心高，飞行不稳定，同时天线外壳变大，重量也有所提高，缩短了无人机的飞行续航时间，另外，在应用于手持定位设备以及测绘等领域时，天线体积过大则不利于装配、携带。

发明内容

本发明实施例提供一种组合型螺旋天线及无人机，以解决螺旋天线无法兼顾体积和抗干扰能力的问题。

一方面，本发明实施例提出了一种组合型螺旋天线，包括辐射部，所述辐射部包括基体和辐射体，所述辐射体沿所述基体的周向环绕设置在所述基体上，所述辐射体的数量为多个，多个所述辐射体在所述基体的周向上间隔设置，其中，所述辐射体包括依次连接的至少两个延伸段，相邻所述延伸段成夹角设置，所述辐射部的数量为多个，多个所述辐射部沿第一方向依次排布。

根据本发明实施例的一个方面，所述辐射体由所述基体轴向上的一端向另一端延伸。

根据本发明实施例的一个方面，相邻的两个所述延伸段中，其中一个所述延伸段在所述基体轴向切面上的投影垂直于所述基体的轴向，其中一个所述延伸段在所述基体轴向切面上的投影与所述基体的轴向成夹角。

根据本发明实施例的一个方面，相邻的两个所述延伸段中，其中一个所述延伸段在所述基体轴向切面上的投影平行于所述基体的轴向，其中一个所述延伸段在所述基体轴向切面上的投影与所述基体的轴向成夹角。

根据本发明实施例的一个方面，多个所述辐射部同轴设置。

根据本发明实施例的一个方面，相邻所述辐射部沿第一方向层叠设置。

根据本发明实施例的一个方面，相邻所述辐射部在第一方向上具有重叠区域。

根据本发明实施例的一个方面，所述基体的一端设置有电路板，相邻所述辐射部的电路板通过支撑件连接。

根据本发明实施例的一个方面，所述基体采用柔性电路板制作成型。

另一方面，本发明实施例提出了一种无人机，包括如前述的组合型螺旋天线。

本发明实施例提供的组合型螺旋天线，相邻延伸段成夹角设置，辐射体整体弯折设置，相对缩小了辐射体在基体轴向方向上的尺寸，使得基体的轴向尺寸得到减小，辐射部的体积得到减小，重量随之减小，天线整体重心降低，有利于应用在无人机、测绘设备等对天线体积及重量要求较高的领域，同时，多个辐射部沿第一方向依次排布，任一辐射部皆可单独做抗干扰滤波处理，不易受到干扰频段信号的干扰，整机的抗干扰能力及天线增益等性能指标优越，能够适应电磁干扰比较复杂的场景，解决了螺旋天线无法兼顾体积和抗干扰能力的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的组合型螺旋天线的结构示意图；

图2为本发明实施例的组合型螺旋天线在另一视角下的结构示意图；

图3为本发明实施例的组合型螺旋天线的辐射体的结构示意图；

图4为本发明实施例的组合型螺旋天线的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例的组合型螺旋天线的俯视结构示意图；

图6为本发明实施例的组合型螺旋天线在高频段的天线增益效果图；

图7为本发明实施例的组合型螺旋天线在低频段的天线增益效果图。

附图标记：

100-辐射部，200-电路板，300-支撑件，400-馈电点；

110-基体，120-辐射体；

121-延伸段。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

无人机上的天线是其卫星导航接收机的重要组成部分，天线的性能关系到卫星导航接收机的测量精度大小。现有的螺旋天线，无法兼顾体积和性能指标，尤其是抗干扰能力，以及天线增益。

请参阅图1、图2及图3，本发明实施例的组合型螺旋天线，包括辐射部100，辐射部100包括基体110和辐射体120，辐射体120沿基体110的周向环绕设置在基体110上，辐射体120的数量为多个，多个辐射体120在基体110的周向上间隔设置，其中，辐射体120包括依次连接的至少两个延伸段121，相邻延伸段121成夹角设置，辐射部100的数量为多个，多个辐射部100沿第一方向依次排布。在本实施例中，辐射体120包括依次连接的至少两个延伸段121，相邻延伸段121成夹角设置，辐射体120整体弯折设置，相对缩小了辐射体120在基体110轴向方向上的尺寸，使得基体110的轴向尺寸得到减小，辐射部100的体积得到减小，重量随之减小，天线整体重心降低，有利于应用在无人机、测绘设备等对天线体积及重量要求较高的领域，同时，多个辐射部100沿第一方向依次排布，任一辐射部100皆可单独做抗干扰滤波处理，不易受到干扰频段信号的干扰，整机的抗干扰能力及天线增益等性能指标优越，能够适应电磁干扰比较复杂的场景。

其中，第一方向可为任意一个辐射部100的基体110的轴向。在具体实施中，单个辐射部100的基体110的轴向可与竖直方向同向，多个辐射部100沿竖直方向依次向上排布，或依次向下排布。位于上层的辐射部100可负责高频段，位于下层的辐射部100可负责低频段。

进一步，每个频段可相互独立进入后端信号处理，每个频段可在电路前端单独增加滤波器来滤除干扰信号，从而有效提高整机的抗干扰能力，适应电磁干扰较为复杂的使用场景。

本实施例的基体110可为空心圆柱状，辐射体120可设置在基体110的外壁或内壁上。弯折设置的辐射体120，使得辐射部100的高度可减小到20mm，相较于现有的高度为40mm的天线，高度缩小到了二分之一。多个辐射部100的基体110的径向尺寸可相同，也可不同，基体110的直径可选为18mm、28mm等。

作为一个可选实施例，辐射体120由基体110轴向上的一端向另一端延伸设置。

本实施例的辐射体120沿基体110的周向环绕基体110，且由基体110的底端向顶端延伸，也就是说，辐射体120由基体110的底端向顶端盘旋，或者辐射体120由基体110的顶端向底端盘旋。同时，相连的辐射体120在基体110的周向上间隔设置。

辐射体120可自基体110的底端开始延伸至基体110的顶端，也可自基体110的底端附近开始延伸至基体110的顶端附近，也可自基体110的中部开始延伸至基体110的顶端附近，重点在于辐射体120的由一端向另一端延伸的方向性，辐射体120端部的起始、终点所在位置可灵活变化，可根据实际使用需求而适应性调整。

作为一个可选实施例，相邻的两个延伸段121中，其中一个延伸段121在基体110轴向切面上的投影垂直于基体110的轴向，其中一个延伸段121在基体110轴向切面上的投影与基体110的轴向成夹角。

本实施例的相邻的两个延伸段121，相对于基体110的轴向，一个垂直设置、一个倾斜设置。其中，倾斜设置的延伸段121可向上延伸，也可向下延伸。可选地，辐射体120包括三个依次连接的延伸段121，位于中间的延伸段121垂直设置，其余两个延伸段121均向下倾斜设置，能够较大程度地缩小辐射体120整体在高度方向上的尺寸。

作为一个可选实施例，相邻的两个延伸段121中，其中一个延伸段121在基体110轴向切面上的投影平行于基体110的轴向，其中一个延伸段121在基体110轴向切面上的投影与基体110的轴向成夹角。

可以理解，本实施例的相邻的两个延伸段121，相对于基体110的轴向，一个平行设置、一个倾斜设置。其中，倾斜设置的延伸段121可向上延伸，也可向下延伸。可选地，辐射体120包括三个依次连接的延伸段121，位于中间的延伸段121平行设置，其余两个延伸段121均向下倾斜设置，同样能够较大程度地缩小辐射体120整体在高度方向上的尺寸。

作为一个可选实施例，多个辐射部100同轴设置。即多个辐射部100的基体110的轴线可共线设置，便于多个辐射部100的装配，利于提高多个辐射部100的相对位置的精确程度。

作为一个可选实施例，相邻辐射部100沿第一方向层叠设置。

在本实施例中，具体实施时，多个辐射部100沿第一方向可依次首尾对齐，即前一辐射部100的底端与后一辐射部100的顶端平齐，实现依次层叠布置的效果。

作为一个可选实施例，相邻辐射部100在第一方向上具有重叠区域。

在本实施例中，除了多个辐射部100沿第一方向依次首尾对齐的设置方式以外，相邻的两个辐射部100中，其中一个辐射部100在第一方向上还可延伸进入另一个辐射部100的内部。当然地，此种设置方式适用于相邻的上下两层辐射部100的径向尺寸不同的情况，即相邻的上下两层辐射部100的基体110的径向尺寸不同，尺寸小的辐射部100可部分嵌入到尺寸大的辐射部100的内部。

以辐射部100的数量为两个，辐射部100的高度均为20mm，上层的辐射部100嵌入下层的辐射部100内部8mm，即两个辐射部100的整体高度为32mm，上层的辐射部100负责高频段(1575MHz)，下层的辐射部100负责低频段(1227MHz)为例，如图6所示，整机在1575MHz的顶点增益达到了3.2dbi，如图7所示，在1227MHz的顶点增益达到了4.6dbi。

作为比较，当上层的辐射部100嵌入下层的辐射部100内部20mm，即上层的辐射部100完全嵌入下层的辐射部100，两个辐射部100的整体高度为20mm时，整机在1575MHz和1227MHz的顶点增益分别为0.25dbi和4.1dbi。当上层的辐射部100不嵌入下层的辐射部100，即两个辐射部100的整体高度为40mm时，整机在1575MHz和1227MHz的顶点增益分别为4.1dbi和4.6dbi。

由此可见，本实施例的组合型螺旋天线，整机高度为32mm时，相较于整机高度为20mm，在1575MHz的顶点增益由0.25dbi提高到了3.2dbi，高频段性能大幅提升；相较于整机高度为40mm，高度降低的同时在1575MHz和1227MHz的顶点增益仍然可以达到3.2dbi和4.6dbi，天线增益优越，能够充分满足无人机以及测绘等领域的使用需求。

进一步，相邻的辐射部100的嵌入深度可根据整机体积及天线性能要求进行适当调整，承接上述，同样以辐射部100的数量为两个为例，比较结果参考下表：

结合图4，作为一个可选实施例，基体110的一端设置有电路板200，相邻辐射部100的电路板200通过支撑件300连接。

在本实施例中，电路板200可设置在基体110的底端。多个辐射部100可共用一个支撑件300，实现多个辐射部100的相对位置的固定。支撑件300可为柱状，可与基体110同轴设置。

在具体实施中，以基体110上具有四个辐射体120为例，四个辐射体120可沿基体110的周向均匀分布，如图5所示，四个辐射体120下方分别对应设置四个馈电点400，依次产生0°、-90°、-180°、-270°的相位差，每个辐射体120与一个馈电点400电性连接，四个辐射体120可均由基体110的顶部向右螺旋延伸至基体110的底部，从而形成右旋圆极化的四臂螺旋天线。

其中，馈电点400可设置在电路板200上，辐射体120通过馈电点400实现与电路板200的电性连接。

作为一个可选实施例，基体110采用柔性电路板(Flexible Printed Circuit,FPC)制作成型。

本实施例的基体110可由柔性电路板制作成型，具体可由柔性电路板围成空心圆柱状。辐射体120可为条状，印制在基体110上。

其中，基体110采用绝缘材质，除由柔性电路板制作成型以外，具体实施时还可采用陶瓷、PC板等。辐射体120采用金属材质，具体实施时可采用铜箔。

本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。