[发明专利]一种无人机地面站定向天线阵列及其扫描方法

说明书

本发明公开了一种无人机地面站定向天线阵列及其扫描方法，其在天线支架上设有多个不同仰角的第一斜面和第二斜面，斜面上固定有对应的圆极化天线和四臂共轴线性极化天线，通过配置振子的馈电网络，介入功分网络和开关网络进行统一控制。利用该装置扫描无人机时，先以低增益搜索高仰角周向空域，再以高增益分别搜索垂直振子和水平振子的低仰角空域。本发明所述的天线阵列采用电扫描方式，扫描速度快，设备结构磨损小；实现全空域覆盖，能容忍无人机的各种飞行姿态。

技术领域

本发明涉及无人机航空通信设备和无线通信领域，具体地说涉及一种无人机地面站定向天线阵列及其扫描方法。

背景技术

随着无人机的快速发展，无人机与地面之间快速、准确、远距离的通信已成为无人机测控系统的一个关键问题，这就对天线技术提出了很高的要求。

在现有的天线技术中，天线分为定向和全向两种，定向天线比全向天线方向性更好，在地面跟踪无人机这种远距离的应用中，一般选用定向天线。定向天线跟踪扫描传统使用机械式扫描方式，扫描速度收到机械惯性限制，不能实现快速扫描，且机械结构庞大，磨损也大。随着无人机技术的发展，无人机的飞行姿态越来越千变万化，亟需一种电控扫描、多极化全空域覆盖的定向天线。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于电控扫描方式的多极化无人机地面站定向天线阵列及其扫描方法，扫描速度快，能够容忍无人机各种飞行姿态，实现全空域覆盖扫描。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种无人机地面站定向天线阵列，包括支架和固定于支架上的若干天线，所述支架的横截面为N边形，支架包括N个第一斜面和N 个第二斜面，每个第一斜面上固定有一个圆极化天线，每个第二斜面上固定有两个四臂共轴线性极化天线，形成两对水平振子和两对垂直振子；

所述圆极化天线射频的N个第一射频电缆、2×N对水平振子形成的N个第二射频电缆、以及2×N对垂直振子形成的N个第三射频电缆共同连接至所述支架底部的控制线板，并封装于一个1分3×N开关网络中；其中，所述N＝4～6。

本发明所述的天线阵列形状为正多边形，包括但不限于正四边形、正五边形和正六边形。N的数值越小，对天线扫描覆盖范围要求越高，六边形框架设计是本发明的优选方案，六边形框架不仅结构简单、对天线单元的覆盖空域要求低，而且可以有效提高全面覆盖率。

为了实现全方位全周向的扫描，对于圆极化天线，因其覆盖仰角最大为50～60°，其安装于第一斜面，且第一斜面的仰角为20～45°从而能实现20～80°的仰角覆盖；优选地，所述第一斜面仰角为35°，实现30～80°的仰角覆盖，30°以下的由四臂共轴线性极化天线覆盖。为此，所述四臂共轴线性极化天线安装于第二斜面上，第二斜面的仰角为75-90°，优选地，第二斜面的仰角为80°。

本发明所述的圆极化天线包括但不限于四臂共轴天线、微带天线、喇叭天线等类型的天线。天线振子为抗氧化表面处理的金属材料制成。

本发明所述的四臂共轴线性极化天线由四个振子组成，振子呈50度角与基部圆环连接，均使用镀银的铝金属材料。每个振子中间部分为信号端口，端口的两臂分别与电缆的内外导体相连，电缆沿着天线单元的支架往下行走，连接至功分网络。

功分网络是一种实现将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量，也可反过来将多路信号能量合成一路输出的功能集合，在本发明中是为了将四个垂直振子、四个水平振子以及圆极化天线中的四个振子进行合路和移相处理。其设于天线阵列支架的底板背面。每个圆极化天线的一对水平振子与一对垂直振子分别连接一个功分器，再经移相器合路后连接至开关网络。每个四臂共轴线性极化天线的两对水平振子连接至同一个功分器，再连接至开关网络，两对垂直振子连接至另一个功分器，再连接至开关网络。

所述开关网络包括5根控制线、一级开关群、二级开关群和三级开关群；其中高两位的控制线连接一级开关群，中间两位的控制线连接二级开关群，低一位的控制线连接三级开关群。