[發明專利]具有超材料反射器的緊湊WiFi天線

在審

• 申請號: 201710447525.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107508042A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: A·阿里亞斯
• 申請（專利權）人: 鸚鵡無人機股份有限公司
• 主分類號: H01Q5/10
• 分類號: H01Q5/10;H01Q5/20;H01Q9/26;H01Q15/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陳小剛,顧嘉運

技術領域

本發明涉及機動化設備(此后一般稱為“無人機”)的遠程操縱，且更確切地涉及由這樣的設備用于其遠程操縱的無線電通信天線。

背景技術

它們具體地是飛行無人機，具有旋翼或固定翼。然而，本發明不限于飛行設備的操縱以及與飛行設備的數據交換，并且也可適用于在遠程操作者的控制下在地面上移動的滾動設備，術語“無人機”必須以其最普遍含義來理解。

飛行無人機的典型示例是法國巴黎Parrot SA的Bebop(它是四螺旋槳直升機類型的旋翼無人機)或者也是Parrot SA的Disco(它是“飛翼”類型的固定翼無人機)。本發明可適用的另一類型的無人機是也來自Parrot SA的Jumping Sumo，它是遙控滾動和跳躍玩具。

WO2010/061099A2、EP2364757A1、EP2450862A1以及EP2613213A1(Parrot)描述了通過執行特定遙控應用軟件程序(諸如在上述示例中，Parrot SA的移動應用FreeFlight)的具有集成加速度計的觸摸屏多媒體電話或平板(例如蘋果公司的iPhone型智能電話或iPad型平板)來操縱無人機的原理。

這一電話或平板可能由特定遙控設備(諸如Parrot SA的Skycontroller)來中繼，這是與電話或平板對接的箱形式的控制臺，它提供有帶操縱桿的兩個把手以及用于由用戶以與專用遙控控制臺相同的方式進行人體工學操縱的各種按鈕。該設備進一步包括充當電話、平板與無人機之間的中繼的發射器/接收器，發射器提供有用于增加輻射到在遙控器與無人機之間使用的無線電信道的功率的放大器。控制器與無人機之間的無線地通信的這些方面具體地在EP3020460A1(Parrot)中描述。

一般而言，無人機遙控設備包括用于經由與無人機直接建立的WiFi(IEEE802.11)或藍牙無線局域網類型的無線電鏈路來檢測無人機操縱命令以及雙向數據交換所需要的各種控制元件。這一雙向無線電鏈路包括用于傳送包含來自無人機機載相機的視頻流以及無人機的飛行數據或狀態指示符的數據幀的下行鏈路(從無人機到遙控器)以及用于傳送操縱命令的上行鏈路(從遙控器到無人機)。

可以明白，遙控器與無人機之間的無線電鏈路的質量是關鍵參數，尤其是對確保令人滿意的射程而言。的確，所傳送的數據量是很大的，尤其是由于下行鏈路的視頻比特率中的非常高的需求(通常是2.5到3Mbps的量級)，使得無線電鏈路質量的任何降級都將對傳輸質量并且因此對無線電射程有影響，還有所交換的數據和命令的零星損失的風險。

在無人機處，無線電鏈路使用合并到無人機的一個或若干個天線，這些天線在接收時拾取由遙控設備發射的信號并且在發射時輻射支持下行鏈路的HF發射器電路的功率，尤其是用于傳輸視頻流和飛行數據信號。

本發明確切地涉及由無人機使用的這一類型的天線。

當今，無人機一般使用偶極型天線作為WiFi天線，尤其是由耦合到WiFi無線電芯片的兩個相應天線終端的兩個偶極子形成的偶極型天線。

然而，天線的這一基于偶極子的結構具有如下缺陷：相當不規則的輻射圖，尤其在偶極子軸上具有增益下降。

此外，如果反射器與偶極子相關聯以優化其輻射圖，以獲得最大效率，則這一反射器必須被放置在輻射元件的λ/2的距離處(即，對定位在2.4GHz左右的頻率而言，約60mm)并且具有約λ(即，約120mm)的大小，這使得該單元龐大且難以整合到非常緊湊的設備中，諸如無人機。

發明內容

本發明的目標是提出一種通常被適配成厘米頻帶(諸如WiFi頻帶)的天線器件的新結構，它具體地通過提供在半球形半空間的非常寬的扇形區中延伸且均勻的輻射圖來補償迄今使用的天線的上文所曝光的缺陷。

具體而言，重要的事項是設計一種天線，該天線的輻射屬性較不可能受潛在位于該天線背部上(即在與天線在其中進行輻射的空間相對的半球形半空間中)的金屬元件影響。

本發明的另一目標是設計如下天線結構：其經減小的大小允許它容易地集成到無人機，而沒有將增加無人機的空氣阻力的凸出元件，并且該天線不表示易于不必要地使無人機更重的很大質量。

本發明的基本概念包括使用所謂的“超材料”類型的結構來作為天線的無源元件(反射器)，超材料是一個術語，它指定諧振單元的周期性結構或陣列，該周期性結構或陣列在功能上實際上充當均勻材料但具有不能在自然材料中找到的原始電磁屬性。具體而言，從電磁學的觀點來看，超材料傾向于具有負介電常數(ε)和負磁導率(μ)。