天線組件及無人飛行器的制作方法

本實用新型涉及飛行器技術領域，尤其涉及一種天線組件及無人飛行器。

背景技術：

隨著毫米波器件的發展，毫米波雷達可實現小型化、集成化，在天線口徑相同的情況下，毫米波雷達可獲得更窄的天線波束，更高的天線增益，可提高雷達的角分辨率和測角精度，并且有利于抗電子干擾、雜波干擾和多徑反射干擾。同超聲波、紅外和激光雷達等相比，毫米波穿透煙、霧、灰塵的能力更強，具有全天候全天時的特點，因而毫米波雷達廣泛應用于汽車、交通、安防、工業、無人機等各種行業和智能設備。

隨著應用場景的多樣化，單一雷達的測速、測角、測距已不能滿足在較復雜環境下工作的設備的需求，多任務、多功能化需求日益增加，除了雷達后端數據處理的復雜化，還需要雷達天線具有靈活的波束指向；現有的實現多波束的方案有：1、透鏡天線，利用透鏡把饋源所輻射的能量匯聚起來形成一個銳波束，當透鏡焦點附近設置多個饋源時，便相應形成指向不同方向的多個波束，一般饋源為喇叭天線；2、反射面天線，和透鏡天線原理類似，利用反射面把饋源的能量經反射形成一個銳波束，反射面焦點附近有多個饋源，不同位置的饋源即可形成指向不同的波束；3、相控陣天線，每個陣元下面都連接一個控制單元，通過控制每個陣元的幅度、相位，來合成指定方向的波束。

然而，在實施本技術方案的過程中，發現現有技術存在以下缺陷：對于方案1而言，天線透鏡為低損耗、高介電常數材料，加工困難，精度低，且透鏡的尺寸和重量都相當大；對于方案2而言，類似透鏡天線，反射面剖面、重量均較大，需要占據很大空間；而對于方案3而言，相控陣的每個陣元均需要T/R組件，結構復雜，造價高。

技術實現要素：

本實用新型提供一種天線組件及無人飛行器，用于解決現有技術中存在的上述或者其他潛在問題。

本實用新型的一方面提供了一種無人飛行器的天線組件，包括：電路基板和設置于所述電路基板上的多個陣元，多個所述陣元通過饋線相連接；其中，相鄰所述陣元之間的陣元間距大于所述天線組件在工作頻率下的二分之一波長，以使所述天線組件產生多個預設方向的波束。

進一步的，所述多個陣元包括：多個相連接的列陣元和設置于所述列陣元中的多個相連接的子陣元，所述饋線包括主饋線和由所述主饋線伸出的多個支饋線，多個所述列陣元通過主饋線連接，設置于每一個所述列陣元中的多個所述子陣元由對應的支饋線連接，所述陣元間距包括：各個列陣元之間的列間距和相鄰子陣元之間的子陣元間距。

進一步的，所述列陣元上設置有多個阻抗變換單元，所述阻抗變換單元用于實現多個所述陣元的幅度服從泰勒分布及將所述天線組件的電阻值匹配至預設值。

進一步的，多個所述阻抗變換單元為所述天線組件在工作頻率下的四分之一波長。

進一步的，所述主饋線上設置有多個微帶延遲線，多個所述列陣元之間通過所述微帶延遲線使多個所述陣元在所述陣元間距下具有相同的相位。

進一步的，所述電路基板上設置有過孔，所述天線組件通過所述過孔饋電，所述過孔與設置于所述電路基板另一側的射頻電路相連接。

進一步的，所述過孔通過微帶線與所述射頻電路相連接。

進一步的，所述波束包括：第一波束、第二波束和第三波束；在同一平面內，所述第一波束與所述第二波束形成第一預設夾角，所述第三波束與所述第二波束形成第二預設夾角。

進一步的，所述第一預設夾角和所述第二預設夾角均為45°，所述第三波束與所述第一波束相垂直。

本實用新型的另一方面提供了一種無人飛行器，包括：機體和天線組件，所述天線組件安裝于所述機體上，所述天線組件包括：電路基板和設置于所述電路基板上的多個陣元，多個所述陣元通過饋線相連接；其中，相鄰所述陣元之間的陣元間距大于所述天線組件在工作頻率下的二分之一波長，以使所述天線組件產生多個預設方向的波束。

進一步的，所述多個陣元包括：多個相連接的列陣元和設置于所述列陣元中的多個相連接的子陣元，所述饋線包括主饋線和由所述主饋線伸出的多個支饋線，多個所述列陣元通過主饋線連接，設置于每一個所述列陣元中的多個所述子陣元由對應的支饋線連接，所述陣元間距包括：各個列陣元之間的列間距和相鄰子陣元之間的子陣元間距。

進一步的，所述列陣元上設置有多個阻抗變換單元，所述阻抗變換單元用于實現多個所述陣元的幅度服從泰勒分布及將所述天線組件的電阻值匹配至預設值。

進一步的，多個所述阻抗變換單元為所述天線組件在工作頻率下的四分之一波長。

進一步的，所述主饋線上設置有多個微帶延遲線，多個所述列陣元之間通過所述微帶延遲線使多個所述陣元在所述陣元間距下具有相同的相位。

進一步的，所述電路基板上設置有過孔，所述天線組件通過所述過孔饋電，所述過孔與設置于所述電路基板另一側的射頻電路相連接。

進一步的，所述過孔通過微帶線與所述射頻電路相連接。

進一步的，所述波束包括：第一波束、第二波束和第三波束；在同一平面內，所述第一波束與所述第二波束形成第一預設夾角，所述第三波束與所述第二波束形成第二預設夾角。

進一步的，所述第一預設夾角和所述第二預設夾角均為45°，所述第三波束與所述第一波束相垂直。

本實用新型提供的天線組件及無人飛行器，通過將相鄰陣元之間的陣元間距設置為大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長，從而使得天線組件產生多個預設方向的波束，有效地實現了通過一個天線組件可以產生不同方向的波束，結構簡單，容易實現，成本低，并且占用的空間較小，有效地保證了該天線組件的實用性，有利于市場的推廣與應用。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的一種天線組件的結構示意圖；

圖2為圖1中天線的H面方向圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種無人飛行器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

在本實用新型中，術語“安裝”、“連接”、“固定”等術語均應廣義理解，例如，“連接”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本實用新型的描述中，“多個”的含義是至少兩個，例如兩個，三個等，除非另有明確具體的限定。

實施例一

圖1為本實用新型實施例提供的一種天線組件的結構示意圖；參考附圖1可知，本實施例提供了一種天線組件，該天線組件用于安裝在無人飛行器上，并且可以產生多個預設方向的波束，具體的，該天線組件包括：電路基板和設置于電路基板上的多個陣元，多個陣元通過饋線相連接；其中，相鄰陣元之間的陣元間距大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長，以使天線組件產生多個預設方向的波束。

其中，對于電路基板的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將電路基板設置為矩形板或者方形板等等，只要能夠保證陣元穩定地設置于電路基板上即可；此外，對于陣元的具體個數不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，將陣元的個數設置為5個、6個或者8個等等，只要能夠保證天線的信號發射強度和較小的占用空間即可，在此不再贅述。

另外，對于相鄰陣元之間的陣元間距的具體數值范圍不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，只要能夠使得上述相鄰陣元之間的陣元間距能夠大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長即可；并且，在具體設計時，為了進一步保證天線組件的信號發射強度，較為優選的，可以將鄰陣元之間的陣元間距設置為大于天線組件在工作頻率下的一個波長。

此外，本實施例對于天線組件的工作頻率不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將天線組件的工作頻率設置為：18GHz、24GHz、60GHz、77GHz等等，較為常見的，可以將天線組件的工作頻率設置為24-24.25GHz；另外，對于天線組件的類型不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將天線設置為縫隙天線、印刷偶極子天線、微波雷達天線等等，在此不再贅述。

具體實施時，為了使得該天線組件可以產生多個預設方向的波束，控制相鄰陣元之間的陣元間距大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長；此時，天線的波束中將產生柵瓣，為了實現天線組件產生多個預設方向的波束，可以通過調節陣元間距而實現，具體的，波束中的主瓣與副瓣的夾角角度與陣元間距的大小相關，因此，通過增大陣元間距可以實現產生特定方向且與主瓣能量相當的副瓣，從而使得天線組件可以產生多個預設方向的波束；當然的，本技術方案對于所產生的波束的具體個數不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將波束的個數設置為包括3個、4個或者5個等等。

本實施例提供的天線組件，通過將相鄰陣元之間的陣元間距設置為大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長，從而使得天線組件產生多個預設方向的波束，有效地實現了通過一個天線組件可以產生不同方向的波束，結構簡單，容易實現，成本低，并且占用的空間較小，有效地保證了該天線組件的實用性，有利于市場的推廣與應用。

實施例二

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1可知，本實施例對于陣元的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，較為優選的，將多個陣元設置為包括：多個相連接的列陣元4和設置于列陣元4中的多個相連接的子陣元5，進一步的，可以將饋線設置為包括主饋線2和由主饋線2伸出的多個支饋線3；多個列陣元4通過主饋線2連接，設置于每一個列陣元4中的多個子陣元5由對應的支饋線3連接，陣元間距包括：各個列陣元4之間的列間距和相鄰子陣元5之間的子陣元間距。

其中，本實施例對于設置的多個列陣元4的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將多個列陣元4設置為相同結構或者不同結構；較為優選的，將多個列陣元4設置為相同結構，這樣方便對天線組件進行控制；此外，本實施例對于列陣元4上設置的子陣元5個數不做限定，例如，可以將子陣元5的個數設置為4個、5個或者6個等等。

為了實現將多個列陣元4相連接，將多個列陣元4與主饋線2相連接，這樣實現了多個列陣元4通過主饋線2相連接；由于列陣元4包括多個子陣元5，為了便于對天線組件進行有效控制，較為優選的，將主饋線2設置為每個列陣元4的中間部分相連接；進一步的，子陣元5通過支饋線3相連接，而支饋線3與主饋線2相連接，進而實現了多個子陣元5通過支饋線3相連接進而構成了列陣元4，各個列陣元4通過主饋線2相連接的結構，此時，由于陣元包括列陣元4和子陣元5，因此，陣元間距也包括列間距和子陣元間距，如圖所示，列間距為圖中的B所示，子陣元間距為圖中的A所示，上述子陣元間距A和列間距B均大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長；這樣有效地保證了陣元連接的穩定可靠性，從而提高了天線組件工作的穩定可靠性。

實施例三

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1可知，為了提高天線組件產生多個預設方向的波束的工作穩定可靠性，將列陣元4上設置有多個阻抗變換單元1、7，阻抗變換單元1、7用于使多個陣元的幅度服從泰勒分布及將天線組件的電阻值匹配至預設值。

其中，阻抗變換單元1設置于列陣元4上的多個子陣元5之間，而阻抗變換單元7設置于多個列陣元4之間；此外，本實施例對于阻抗變換單元1、7的具體個數不做限定，本領域技術人員可以根據子陣元5的個數進行設置，例如，可以將阻抗變換單元1、7的個數設置為4個、5個或者6個等等，較為優選的，將每個列陣元4上設置有4個阻抗變換單元1；此外，本實施對于阻抗變換單元1、7的具體結構特點不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，可將多個阻抗變換單元1、7設計為天線組件在工作頻率下的四分之一波長、四分之三波長、四分之五波長等，較為優選的，將多個阻抗變換單元1、7設計為天線組件在工作頻率下的四分之一波長；這樣可以有效地實現了通過上述阻抗變換單元1、7使得陣元的幅度服從泰勒分布，并且可以使得天線組件的電阻值匹配至預設值，其中，預設值可以根據具體的設計需求預先設置；這樣可以有效地降低除了特定方向波束之外的副瓣，進而有效地保證了特定方向波束的能量強度，進而提高了天線組件發送信號和接收信號的強度，進一步提高了天線組件工作的穩定可靠性。

實施例四

圖2為圖1中天線的H面方向圖；在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-2可知，在使用該天線組件進行工作時，為了可以實現在同一時刻可以同時接收到該天線組件所產生的多個預設方向的波束，將主饋線2上設置有多個微帶延遲線8，相鄰兩個列陣元4之間通過微帶延遲線8使多個陣元在本實施方式中的陣元間距下具有相同的相位。

其中，對于微帶延遲線8的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以跟具體的設計需求進行設置，例如，可以將微帶延遲線8設置為方波形狀或者S型結構等等，只要能夠使得該微帶延遲線8中沒有銳角結構即可，這樣可以減少微帶延遲線8對外產生的輻射干擾，進而可以保證天線組件工作的穩定可靠性；通過設置的微帶延遲線8使得各個相鄰的列陣元4在陣元間距下具有相同的相位，從而使得在同一時刻可以檢測到該天線組件所產生的多個預設方向的波束，在附圖2中，產生了至少三個不同方向的波束，進而提高了該天線組件使用的方便可靠性。

實施例五

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-2可知，為了實現該天線組件的發送信號和接收信號功能，將電路基板上設置有過孔6，天線組件通過過孔6饋電，過孔6與設置于電路基板另一側的射頻電路相連接。

一般情況下，射頻電路設置于電路基板的表層，因此，將過孔6設置為通過微帶線與射頻電路相連接；其中，射頻電路用于接收該天線組件所接收到的信號，并可以對該信號進行分析處理；此外，射頻電路還可以用于控制天線組件向外發射信號，進而實現了天線的接收信號和發射信號功能。

本實施例對于過孔6的具體形狀和位置不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將過孔6設置為圓形，且將過孔6設置于天線組件的一側或者天線組件中部等等，較為優選的，將過孔6設置于多個列陣元4之間，這樣邊緣線路的連接和元器件的布局，進而保證了天線組件結構簡單，容易實現。

實施例六

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-2可知，本實施例對于多個預設方向的波束個數不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，較為優選的，將波束設置為包括：第一波束、第二波束和第三波束；在同一平面內，第一波束與第二波束形成第一預設夾角，第三波束與第二波束形成第二預設夾角。

其中，第一預設夾角和第二預設夾角為預先設置的，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將第一預設夾角設置為30°、45°、60°或者90°等等，同理的，可以將第二預設夾角設置為30°、45°、60°或者90°等等，較為優選的，將第一預設夾角和第二預設夾角均設置為45°，并且第三波束與第一波束相垂直。

通過將第一預設夾角和第二預設夾角均設置為45度，且第一波束與第三波束相垂直，在同一平面內，使得該天線組件可以實現0°角波束、-45°角波束和+45°角波束，此時，若將該天線組件傾斜45°角安裝在無人飛行器上時，可以使得安裝在該無人飛行器上的天線組件實現傾斜45°角波束、水平方向波束和豎直方向波束，這樣對于無人飛行器而言，通過該水平方向波束可以實現對無人飛行器的水平方向進行障礙物檢測，通過豎直方向波束可以實現對無人飛行器的豎直方向進行障礙物檢測，通過傾斜45°角波束可以實現對無人飛行器的傾斜方向上進行障礙物檢測，通過設置的一個天線組件可以實現三個不同方向的信息檢測功能，有效地提高了該天線組件的檢測范圍，進一步提高了該天線組件的實用性，有利于市場的推廣與應用。

具體應用時，繼續參考附圖1-2可知，可以將天線組件設置為覆蓋24-24.25GHz的工作頻段，并將天線組件設置為可以同時產生三個不同方向的波束，并且上述波束方向分別為0°、-45°和+45°。

為了實現產生上述三個不同方向的波束，將電路基板設置為四層板，長度為84mm、寬度為50mm、厚度為32mil；列陣元4為微帶貼片天線形式，子陣元5尺寸為3.1*4.3mm，子陣元間距A為7.4mm、列間距B為16.8mm，微帶延遲線8保證了各列陣元4的子陣元5的間距和相位，阻抗變換單元1、7均為工作頻段介質波長的四分之一，阻抗變換單元1、7實現各陣元幅度分配并將天線阻抗匹配至50歐姆，天線組件最終通過過孔6饋電，過孔6通過基板背面的50歐姆微帶線與電路基板背面的射頻電路相連，此時天線組件的最大增益15dB，3dB波束寬度14°，副瓣-15dB，此時，可以有效地保證該天線組件可以產生0°、-45°和+45°三個方向的波束。

通過將相鄰的子陣元間距A和列間距B均設置為大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長，從而以使天線組件產生0°、-45°和+45°的三個波束，有效地實現了通過一個天線組件可以產生三個不同方向的波束，并且保證了在上述三個方向上的信號發射和接收強度，提高了該天線組件使用的穩定可靠性，并且該結構簡單，容易實現，成本低，并且占用的空間較小，有效地提高了該天線組件的市場競爭力，有利于市場的推廣與應用。

實施例七

圖3為本實用新型實施例提供的一種無人飛行器的結構示意圖；參考附圖1-3可知，本實施例提供了一種無人飛行器，包括：機體100和天線組件，天線組件安裝于機體100上，天線組件包括：電路基板和設置于電路基板上的多個陣元，多個陣元通過饋線相連接；其中，相鄰陣元之間的陣元間距大于天線組件在工作頻率下的二分之一波長，以使天線組件產生多個預設方向的波束。

本實施例對于機體100的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將機體100設置為包括起落架，進而可以將天線組件安裝在起落架上。

此外，本實施例中天線組件的具體結構、連接關系、實現過程以及實現效果與上述實施例一中的天線組件的具體結構、連接關系、實現過程以及實現效果相同，具體可參考上述陳述內容，在此不再贅述。

本實施例提供的無人飛行器，通過設置于無人飛行器上的天線組件，可以產生多個預設方向的波束，有效地實現了通過一個天線組件可以產生不同方向的波束，結構簡單，容易實現，成本低，并且占用的空間較小，有效地保證了該無人飛行器的實用性，有利于市場的推廣與應用。

實施例八

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-3可知，本實施例對于天線組件中的陣元的具體形狀結構不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，較為優選的，將多個陣元設置為包括：多個相連接的列陣元4和設置于列陣元4中的多個相連接的子陣元5，進一步的，可以將饋線設置為包括主饋線2和由主饋線2伸出的多個支饋線3；多個列陣元4通過主饋線2連接，設置于每一個列陣元4中的多個子陣元5由對應的支饋線3連接，陣元間距包括：各個列陣元4之間的列間距和相鄰子陣元5之間的子陣元5間距。

本實施例中列陣元4、子陣元5的具體連接方式、實現過程和實現效果與上述實施例二中的列陣元4、子陣元5的具體連接方式、實現過程和實現效果相同，具體可參考上述陳述內容，在此不再贅述。

實施例九

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-3可知，為了提高天線組件產生多個預設方向的波束的工作穩定可靠性，將列陣元4上設置有多個阻抗變換單元1、7，阻抗變換單元1、7用于使多個陣元的幅度服從泰勒分布及將天線組件的電阻值匹配至預設值。

具體的，可以將多個阻抗變換單元1、7設置為天線組件在工作頻率下的四分之一波長。

本實施例中阻抗變換單元1、7的具體連接方式、實現過程和實現效果與上述實施例三中的阻抗變換單元1、7的具體連接方式、實現過程和實現效果相同，具體可參考上述陳述內容，在此不再贅述。

實施例十

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-3可知，在使用該天線組件進行工作時，為了可以實現在同一時刻可以同時接收到該天線組件所產生的多個預設方向的波束，將主饋線2上設置有多個微帶延遲線8，相鄰兩個列陣元4之間通過微帶延遲線8使多個陣元在陣元間距下具有相同的相位。

本實施例中微帶延遲線8的具體連接方式、實現過程和實現效果與上述實施例四中的微帶延遲線8的具體連接方式、實現過程和實現效果相同，具體可參考上述陳述內容，在此不再贅述。

實施例十一

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-3可知，為了實現該天線組件的發送信號和接收信號功能，將電路基板上設置有過孔6，天線組件通過過孔6饋電，過孔6與設置于電路基板另一側的射頻電路相連接。

一般情況下，射頻電路設置于電路基板的表層，因此，將過孔6設置為通過微帶線與射頻電路相連接。

本實施例對于過孔6的具體形狀和位置不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，例如，可以將過孔6設置為圓形，且將過孔6設置于天線組件的一側或者天線組件中部等等，較為優選的，將過孔6設置于多個陣元之間，這樣邊緣線路的連接和元器件的布局，進而保證了天線組件結構簡單，容易實現。

實施例十二

在上述實施例的基礎上，繼續參考附圖1-3可知，本實施例對于多個預設方向的波束個數不做限定，本領域技術人員可以根據具體的設計需求進行設置，較為優選的，將波束設置為包括：第一波束、第二波束和第三波束；在同一平面內，第一波束與第二波束形成第一預設夾角，第三波束與第二波束形成第二預設夾角。

進一步的，可以將第一預設夾角和第二預設夾角均設置為45°，第三波束與第一波束相垂直。

本實施例中第一波束、第二波束和第三波束的設置關系、實現過程和實現效果與上述實施例六中的第一波束、第二波束和第三波束的設置關系、實現過程和實現效果相同，具體可參考上述陳述內容，在此不再贅述。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍。