天线、其调试方法、外置式天线结构及无人机

【技术领域】

本发明涉及天线结构技术领域，尤其涉及一种天线、其调试方法、外置式天线结构及无人机。

【背景技术】

天线是用于实现电磁波无线信号收发的关键部件。其性能对于无人机等需要远程无线数据传输的设备具有重大影响。随着社会的不断发展，无线传输中使用到的频段也越来越多，对于多频段天线的需求越来越大。

在多个天线频段的频率较为接近的情况下，往往需要使用复杂的结构设计的天线才能满足使用的需要。

但是，这些具有复杂结构设计的天线难以应用到无人机、遥控器等对于尺寸、结构敏感的小型产品中。而且，也增加了天线调试过程的难度和调试所需要的时间。

【发明内容】

本发明实施例旨在提供一种天线、其调试方法、外置式天线结构及无人机，能够解决现有多频天线所存在的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：一种天线。该天线包括：

基板，所述基板具有至少一个平坦的基板表面；

设置在所述基板表面的第一辐射部，所述第一辐射部包括：朝向相反的第一振子和第二振子；

所述第一振子和第二振子包括：若干个围合结构组成的振子主体；

其中，相邻的所述围合结构中的至少一部分重叠，形成连通的振子主体；组成所述振子主体的所述围合结构中的一个或者多个设置有开口，以使所述振子主体形成弯曲的蛇形结构。

可选地，所述围合结构是由一对长边和一对宽边组成的矩形，相邻的两个所述围合结构的长边重叠。

可选地，所述第一振子和所述第二振子还包括：

连通所述振子主体和馈线的连接部；以及所述振子主体在与所述连接部相离的末端收拢形成的振子尾端。

可选地，所述第一振子和第二振子的振子主体对称分布；所述第一振子的振子尾端为圆弧形；所述第二振子的振子尾端为方形。

可选地，所述第一振子与尾端邻接的围合结构设置有朝向所述基板内侧的开口。

可选地，所述天线还包括：设置在所述基板表面的第二辐射部；

所述第二辐射部包括：朝向相反的第三振子和第四振子；

所述第三振子和所述第四振子包括：在两个末端设置有弯折部的振体以及由所述弯折部延伸预定长度形成的一对振臂；所述振臂的末端具有在宽度方向上延伸的扩展部，与所述振臂组成旗形结构。

可选地，所述天线还包括：设置在所述基板表面的第三辐射部；所述第三辐射部包括：朝向相反的第五振子和第六振子；所述第五振子和第六振子包括：在两个末端设置有弯折部的振体以及由所述弯折部延伸预定长度形成的一对振臂。

可选地，所述第三振子的振体为所述第五振子的振体中的一部分；所述第四振子的振体为所述第六振子的振体中的一部分。

可选地，所述第一振子的总长度在低频谐振波长的1/8至3/4之间；所述第三振子的振体和振臂的总长度在中频谐振波长的1/8至3/4之间；所述第五振子的振体和振臂的总长度在高频谐振波长的1/8至3/4之间。

可选地，所述第一振子、第三振子以及第五振子为朝向与馈线延伸方向相反的前振子，所述第二振子、第四振子以及第六振子为朝向与所述馈线延伸方向相同的后振子；

所述前振子与同轴线的内导体连接，所述后振子与同轴线的外导体连接。

可选地，所述第一辐射部对应的频段为900MHz，所述第二辐射部对应的频段为2.4GHz，所述第三辐射部对应的频段为5.8GHz。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：一种天线调试方法。该天线调试方法应用于如上所述的天线。该方法包括：

通过调整组成所述振子主体的若干个围合结构中，设置开口的围合结构的数量来改变第一振子和/或第二振子的总长度。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：一种外置式天线结构。该外置式天线结构包括：

如上所述的天线；包裹在所述天线外的天线壳体；设置在所述天线壳体一端的销轴；以及作为所述销轴的固定座的连接器，所述天线壳体可相对于所述连接器绕所述销轴旋转。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供以下技术方案：一种无人机。该无人机包括：机身，所述机身上设置有若干螺旋桨；电机，安装于所述机身上，用于驱动所述螺旋桨旋转，为所述无人机提供飞行动力；如上所述的天线，安装于所述机身上。

本发明实施例的天线采用合理的布线和结构设计，可以在体积较小的基板上满足多频段天线的使用需求。而且，通过独特的布线方式，令天线调试的过程更加简单和快捷，有效的节约了天线调试的时间。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本发明实施例提供的天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第三振子和第五振子的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第二振子的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的天线的S参数示意图；

图5为本发明实施例提供的天线在低频段的方向图；

图6为本发明实施例提供的天线在中频段的方向图；

图7为本发明实施例提供的天线在高频段的方向图；

图8为本发明实施例提供的外置式天线结构的结构示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“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。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本发明实施例提供的天线的结构示意图。如图1所示，该天线主要包括作为天线结构基础或者基体的基板10、布置在基板表面上，由多个具有特定结构形状的振子组成的辐射部(21,22,23)以及与振子连接，形成馈点和接地点的馈线30。

其中，基板可以是采用任何类型的材质(如塑料、泡沫)制备形成，具有特定形状(如长矩形)的非导电结构。其具有相对扁平的形状，形成平坦的基板表面。

“辐射部”是指用于接收或者发射特定频段的无线信号的谐振单元，是整个天线系统的核心。其通常可以由一个或者多个相同或者不同的，具有特定形状或者结构的振子组成，对应于特定频段的无线信号。

组成辐射部的振子可以是采用任何合适的形式(如贴片式或者类似的布置在PCB板表面的铜箔)固定在基板10表面，具有特定长度的导体。其通过电磁感应原理实现对无线信号的接收或者发射。在本实施例中，该天线可以设置有第一辐射部21、第二辐射部22以及第三辐射部23一共三个辐射部，分别对应于不同频段的无线信号。

其中，第一辐射部21可以对应低频段信号，第二辐射部22对应中频段信号，而第三辐射部23可以对应高频段信号(如5G全频段)。当然，该“低频段”、“中频段”以及“高频段”仅用于表示相对的频段高低，而不用于限定具体的频段，其具体可以根据实际情况的使用需要而确定。

在一些实施例中，如图1所示，第一辐射部21包括第一振子211和第二振子212。

其中，第一振子211与第二振子212的朝向相反，沿基板对称布置。在本实施例中可以分别被称为“前振子”和“后振子”。具体的，如图1所示，第一振子211相对于第二振子212而言，更接近天线根部(即馈线的延伸方向)，位于较为靠后的位置。由此，第一振子211可以被称为“后振子”，第二振子212可以被称为“前振子”。

第一振子211和第二振子212的主体部分具有基本相同的结构形状。如图1所示，其可以被认为是由n个围合结构组成。该“围合结构”是指由完整的边缘A1(斜线填充部分)合围形成的结构。其具体可以根据实际情况的需要，选择采用任何类型的形状或者尺寸，如具有特定长宽比例的矩形等。

一方面，两个相邻的围合结构之间的一部分重叠，形成从第一个到最后一个围合结构连通的振子主体。亦即，相邻的围合结构之间的一部分边缘是重叠的，或者说是共用的。

另一方面，组成振子主体的围合结构中的一部分设置或者开设有开口A2。该“开口”是指围合结构的边缘处设置的缺口或者发生断裂的非连续部分。

基于这些开口的设置，振子主体可以在有限的区域空间内发生多次角度不一的弯折，布满以充分利用基板表面的空间，形成如图1所示的弯曲的蛇形结构或者类似的具有多次弯折的形状。

本发明实施例提供的弯曲的蛇形结构，可以在有限的空间内布置长度较长的振子，有利于减少能量传输的损耗。而且，采用围合结构的设计也可以方便的通过调整开口的数量来改变或者调整振子的有效尺寸长度，有利于提高天线调试效率，缩短调试时间。

在一些实施例中，如图1所示，第一振子211和第二振子212之间可以具有类似或者接近的结构，沿基板10的横轴线对称分布。较佳的，第一振子211和第二振子212之间的具体结构形状还可以进行一些细微的调整以修正信号覆盖率或提升天线性能，例如图1所示的，第一振子211的尾端可以采用圆弧形收尾，第二振子212的尾端则采用方形收尾，通过两者之间的相互配合起到修正信号覆盖率的作用。

其中，“圆弧形”是指振子末端的边缘由具有一定弧度的圆弧组成。而“方形”是指与圆滑的圆弧形相反的，具有凸角等的结构。如振子末端的边缘可以由相互垂直的直线组成。

请继续参阅图1，该第二辐射部22可以包括：一对朝向相反的第三振子221和第四振子222。

其中，第三振子221和第四振子222总体而言采用的是类似于半开口形状的结构，同样沿基板10的横轴线(即基板10的宽度方向)对称分布。

为陈述简便，以下以第三振子221为例，详细描述第二辐射部22所使用的振子的具体形状结构。当然，第四振子222可以采用与第三振子221基本相同或者相类似的结构，也可以以第三振子221为基准，进行相应的调整。

如图2所示，该第三振子221包括：振体221a、振臂221b以及扩展部221c。其中，该振体221a可以是沿基体的横轴线方向延伸一定长度的结构。其两个末端为具有一定弯折角度(如90°或者更大更小的角度)的弯折部。

振臂221b由弯折部沿直线或者以其他形式(如蛇形)延伸预定的长度形成，由此形成半开口形状。该预定的长度是根据辐射部或者天线的信号需求所决定的，可以由技术人员根据实际情况而进行设置。

扩展部221c位于振臂221b的末端，是一个在宽度方向(即基体的横轴线方向)上延伸一定程度的扩大部分。其具体可以由技术人员根据实际情况的需要，采用任何的形状或者尺寸(如图1所示的梯形)，由振臂221b过渡至扩展部221c。

该扩展部221c具有相较于振臂221b而言，更大的宽度以占据更大面积。由此，扩展部221c与振臂221b可以组成类似于旗形结构，振臂221b作为“旗杆”而扩展部221c作为旗杆上展开的“旗帜”。

在另一些实施例中，该第三辐射部23可以包括：一对朝向相反的第五振子231和第六振子232。

其中，第五振子231和第六振子232也可以采用的半开口的振子形状。两者之间可以沿基板10的横轴线对称分布，振子开口朝向相反。

如图2所示，该第五振子231与第二辐射部相类似，均包括两个末端设置有弯折部的振体231a以及由弯折部延伸预定长度形成的一对振臂231b。但其振臂231b的末端不设置额外的扩展部而是保持相近的振臂宽度，从而形成一个类似于“U字型”的半开口振子形状。

具体的，第三振子221和第五振子231可以共用一部分振体。采用对称设计的第四振子222和第六振子232同样也共用一部分振体。为陈述简便，以第三振子221和第五振子231为例进行描述：

如图2所示，第五振子231的振体231a在距离弯曲部一定距离的位置可以向上延伸形成第三振子221的振臂221b以及位于振臂221b末端的扩展部221c。而在振体231a的末端的弯曲部则向上延伸形成振臂231b。换言之，振体231a可以在不同的位置向上延伸出两对振臂(221b、231b)，分别形成第三振子221和第五振子231。

由此，第三振子221的振体221a实际上是与第五振子231的振体的一部分(即两者有一部分是重合的)。相类似地，第四振子222的振体也是第五振子的振体的一部分。

馈线30是连接“辐射部”与其他信号处理系统的信号传输通路。其通常具有良好的屏蔽和信号传输性能，用以避免“辐射部”接收或者发射的无线信号在传输过程中受到不利的干扰。其具体可以使用任何合适类型的线材，例如同轴线。

具体的，在使用同轴线作为馈线时，第一振子211、第三振子221以及第五振子231作为后振子，可以与同轴线的外导体电性连接。第二振子212、第四振子222以及第六振子232则作为前振子，与同轴线的内导体电性连接，形成相应的馈点和接地点。

在另一些实施例中，基于不同辐射部所对应的信号频段的不同，也需要控制振子的尺寸长度以确保满足天线的使用需求。

具体的，采用蛇形线的第一振子211的总长度(即有效尺寸长度)需要控制低频谐振波长的1/8至3/4之间。而采用旗形振子形状的第三振子231的总长度(振体和振臂的总长度或者有效尺寸长度)则需要控制在中频谐振波长的1/8至3/4之间。而采用“U”字型振子形状的第五振子231的总长度(振体和振臂的总长度或者有效尺寸长度)需要控制在高频谐振波长的1/8至3/4之间。

应当说明的是，图1所示的天线仅用于示例性说明，本领域技术人员可以根据实际情况的需要，添加、调整、替换或者减省其中的一个或者多个功能部件，而不限于图1所示。图1所示的天线的实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合，并且只要彼此之间未构成依赖就可以独立在不同的实施例中应用。

图3为本发明实施例提供的第二振子212(后振子)的结构示意图。如图3所示，该第二振子所使用的围合结构可以是具有预定长宽尺寸的矩形。

其中，矩形的边或者边缘为具有一定宽度的导体，被矩形围合结构合围形成的内部则不导电。具体可以通过任何合适的方式实现这样的围合结构。例如，可以在不导电的基板上，通过布置图3所示的矩形边缘的铜箔走线来实现。

相邻两个矩形的围合结构之间共用一条长边(即长边重叠)，使得整个振子主体呈连通状态。在本实施例中，为陈述简便，将矩形围合结构中，矩形的长所在的边称为“长边”，而将矩形的宽所在的边称为“宽边”。

矩形围合结构的开口则设置在矩形宽所在的边上，相邻的矩形围合结构的开口可以交错设置。例如，第n个矩形围合结构的开口开设在位于靠近基板内侧的宽边上，而第n+1个矩形围合结构的开口则位于靠近基板外侧的宽边上。这样的交错设置方式，可以形成多次弯折的蛇形结构。

在实际的实现过程中，可以采用“蛇形线”或者类似的走线方式，在基板的表面设置与以上矩形围合结构的边相应的微带线，形成该振子主体。

请继续参阅图3，在一些实施例中，该第二振子212除振子主体212a之外，还可以包括：连接部212b以及振子尾端212c。

其中，连接部212b连接在振子主体212b的头部，用于连通振子主体211a和馈线30，形成相应的馈点。其具体可以采用任何形式的连接线或者其他导电结构。

振子尾端212c是振子主体在与连接部相离的末端收拢形成的尾部。基于不同的实际情况需要，振子尾端212c可以具有相应的形状、结构或者尺寸。例如图1所示的，其中一个振子采用圆弧形的尾端，另一个振子采用方形的尾端。

较佳的是，第二振子212还可以额外增设有不同的结构以提升天线所具有的性能。在实现本申请的过程中，令人惊喜的发现，可以通过在第一振子212接近振子尾端的部分设置特定的开口的方式来提升和修正第一辐射部的信号覆盖率。

如图3所示，该特定的开口212d具体是设置在振子尾端邻接的围合结构上的开口，其朝向基板的内侧开设。

相对于没有设置该特定的开口211d的天线而言，设置该开口211d可以增加3到4dB左右的信号，具有更好的天线性能。

本发明实施例提供了可以工作在900MHz、2.4GHz以及5.8GHz三个频段的外置三频天线的具体实例。

如图1所示，该外置三频天线包括：基板10、第一振子211、第二振子212、第三振子221、第四振子222、第五振子231、第六振子232、馈线(同轴线)30以及馈电耦合线40。

其中，第一振子211和第二振子212均采用蛇形线的振子形状，第一振子的振子尾端为方形，第二振子的振子尾端为圆弧形。而且，第一振子211的总长度为低频(900MHz)谐振波长的1/8至3/4。

第一振子211作为后振子，第二振子212作为前振子，组成第一辐射部21。前振子与同轴线的内导体相连，后振子与同轴线的外导体相连，由此与馈线30连通，形成馈点。另外，第二振子212靠近振子尾端的部分还设置有特定的开口212d。

第三振子221和第四振子222是采用旗形振子形状的一对对称设置的振子。其中，第三振子221作为后振子，第四振子222作为前振子，组成第二辐射部。前振子与同轴线的内导体相连，后振子与同轴线的外导体相连，由此与馈线30连通，形成馈点。而且，第三振子221的尺寸长度控制在中频(2.4GHz)谐振波长的1/8至3/4。

第五振子231和第六振子232均采用“U”字型振子形状，组成第三辐射部23。其中，第五振子231的振体包含了第三振子221的振体。第六振子232的振体包含了第四振子222的振体。

第五振子231的尺寸长度需要控制在高频(5.8GHz)谐振波长的1/8至3/4。第五振子231为后振子，第六振子232为前振子。前振子与同轴线的内导体相连，后振子与同轴线的外导体相连，形成一个馈点。

本领域技术人员可以理解，振子的总长度(也可以称为有效尺寸长度、尺寸长度或者有效长度)以及振子的形状是天线中重要的尺寸参数，与无线信号接收或者发送的频段密切相关，是在对天线进行调试过程中非常重要的调整手段。

基于以上实施例提供的一个或者多个天线，本发明实施例还进一步提供了一种天线调试方法。该天线调试方法可以包括如下步骤：

首先，调整组成振子主体的若干个围合结构中，设置有开口的围合结构的数量。如图3所示，将矩形围合结构的宽边破开后(即设置成开口)，就可以令第一振子或第二振子的有效长度增加。因此，可以方便的通过调整开口的数量来改变第一振子或第二振子的有效长度。

然后，确定第一振子和/或第二振子是否满足调试要求。若是，结束调试，若否，则重新调整设置开口的数量。

本发明实施例提供的天线调试方法，基于第一振子或第二振子特别的布线形式，可以方便的调整振子的有效长度，实现开线调试的目的，具有调试周期短，调试操作方便等的优势。

图4为本发明实施例提供的天线的S参数示意图。如图4所示，上述实施例提供的天线可以工作在870MHz～950MHz(低频段)、2.36GHz～2.54GHz(中频段)和4GHz～6GHz(高频段)。因此，可以实现对900MHz、2.4GHz以及5.8GHz三个频段的覆盖。

图5至图7分别为本发明实施例提供的天线在低频段、中频段以及高频段的天线方向图。如图5至7所示，本发明实施例提供的天线在低频段、中频段以及高频段三个频段上都具有良好的方向性，全向性好，没有特定方向上的缺陷。

基于以上实施例提供的天线，本发明实施例还进一步提供了一种外置式天线结构。本实施例并不对该外置式天线结构的具体应用场景进行限定，其可以作为无线信号的收发器件，应用于任何类型或者种类的，具有无线信号收发功能的电子设备，例如遥控器、智能终端、可穿戴设备或者移动载具的信号收发器。

图8为本发明实施例提供的外置式天线结构的结构示意图。如图8所示，该外置式天线结构包括：天线100、天线壳体200、销轴300以及连接器400。

其中，天线100具体可以是以上一个或者多个实施例所述的天线，由具体实现或者应用场景所决定。例如，天线100可以是覆盖三个频段的全向天线。

天线壳体200是包裹在天线100外，用以起到保护等作用的外壳。该天线壳体200可以采用任何类型的非导电材质(如塑料)制成，具有与天线100相适配的形状，例如图8所示的长条形。

销轴300是设置在天线壳体300一端的转轴，用以使天线壳体300具有一定的旋转自由度。当然，本领域技术人员可以理解，还可以替换使用其他任何合适类型的铰接结构或者其他类似的结构(如可摆动的弹性部件)以使天线壳体300具有相对于连接器400旋转自由度。

连接器400是建立外置式天线结构与其他电子设备之间连接的部件，其具体可以采用任何类型的连接形式(如螺纹连接、卡扣连接或者粘接)，并采用任何合适的材质制成。如图8所示，该连接器400可以认为是销轴300形成的铰接结构的固定座或者固定部分，天线壳体200根据实际情况的需要相对转动以摆动至合适的角度。另外，天线100中引出的馈线也通过连接器400，连接到相应的电子器件(如射频单元或者解码单元)，以实现对无线信号的收发。

随着无人机技术的发展，总是期望能够尽可能地减小无人机的机身体积，以使得无人机可以适用于执行更多场景下的飞行任务。但在无人机机身体积缩小的情况下，对于天线的尺寸和结构提出了更高的要求，期望能够在有限的体积和尽可能简单的结构中实现。

由此，应用本发明实施例提供的天线，可以很好的满足具有较小机身的无人机关于天线体积和结构的需求。该无人机可以包括：机身，电机以及外置式天线结构。

其中，机身作为无人机的主体结构，可以采用任何合适的材料制成并具有符合使用需要的结构及尺寸。机身上可以设置有脚架和螺旋桨等多种不同的功能部件。

电机安装于机身，用于为无人机提供飞行动力(如通过驱动螺旋桨旋转)。

外置式天线结构可以通过其自身的连接器安装到机身特定的位置上，作为无线信号收发设备的其中一部分，用以接收来自遥控器的遥控操作指令或者向遥控器或者其他的智能终端反馈相关的数据信息(如拍摄的图像、无人机自身的运行状态参数)。

当然，基于以上实施例提供的无人机应用场景，本领域技术人员还可以将以上实施例提供的天线应用于其他类似的具有较小结构体积要求的设备(如遥控器)而不限于无人机。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。