本发明涉及数据传输领域，尤其涉及一种天线、无人机的地面控制系统以及无人机系统。
背景技术：
在无人机领域，一般采用全向天线实现无人机与地面控制系统之间的数据(例如控制指令、图像等)传输。其中，全向天线一般为偶极子形式或者与偶极子相近的圆极化全向天线，受限于此类天线的增益特性，数据传输的距离较短。因此，当无人机与地面控制系统之间的距离较远或者无人机与地面控制系统有障碍物时，地面控制系统的全向天线传输的数据则不能顺利到达无人机，导致地面控制系统与无人机失联。
技术实现要素：
本发明提供一种天线、无人机的地面控制系统以及无人机系统，以优化天线的性能，增大无人机与地面控制系统之间的通信距离，提升了通信质量。
根据本发明的第一方面，提供一种天线，包括基板、印刷在所述基板上的多个偶极子、馈电网络和接地板，所述偶极子包括设置在所述基板一侧的振子单元和设置在所述基板另一侧的振子单元，其中所述振子单元包括第一振子和第二振子；所述馈电网络与每个振子单元连接；所述基板与接地板间隔预设的距离平行设置。
根据本发明的第二方面，提供一种无人机的地面控制系统，包括：控制终端和如上的第一方面所述的天线，其中，所述控制终端与所述天线通过馈线连接；所述控制终端，用于生成对无人机的控制指令；所述天线，用于将所述控制指令发送给无人机。
根据本发明的第三方面，提供一种无人机系统，包括无人机和如上的第一方面所述的天线，其中，所述无人机与所述天线通过馈线连接；所述天线用于接收控制终端发送的无人机控制指令；所述无人机，用于执行所述控制指令。
由以上本发明实施例提供的技术方案可见，本发明通过在基板的一侧间隔预设的距离平行地设置的接地板，使得天线辐射的信号具有定向性，在基板的两侧分别印刷振子单元，通过设置第一振子和第二振子，可实现双频段数据的传输，增加辐射面，提高了天线的增益，且天线在带内增益稳定，数据传输距离远。通过使用本发明实施例中的天线，增大无人机与地面控制系统之间的通信距离，提升了通信质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中天线在基板一侧的立体图；
图2是本发明实施例中天线在基板另一侧的立体图；
图3是本发明实施例中天线剖面图；
图4是本发明实施例中天线的透视图；
图5是本发明实施例中天线在一频段上的端口匹配特性示意图；
图6是本发明实施例中天线在另一频段上的端口匹配特性示意图；
图7是本发明实施例中天线在一频段上的增益波动大小示意图；
图8是本发明实施例中天线在另一频段上的增益波动大小示意图；
图9是本发明实施例中天线在一频段上的辐射方向示意图；
图10是本发明实施例中天线在另一频段上的辐射方向示意图；
图11是本发明实施例中天线在一频段上的主交叉极化示意图；
图12是本发明实施例中天线在另一频段上的主交叉极化示意图；
图13是本发明实施例中天线在一频段上的增益曲线示意图；
图14是本发明实施例中天线在另一频段上的增益曲线示意图；
图15是本发明实施例中无人机的地面控制系统的结构示意图；
图16是本发明实施例中无人机系统的结构示意图。
附图标记：
100：天线；
200：无人机的地面控制系统；201：控制终端；
300：无人机系统；301：无人机；
1：基板；
2：偶极子；20：振子单元；21：第一振子；211：第一主体部；212：第一弯折部；22：第二振子；221：第二主体部；222：第二弯折部；
3：馈电网络；31：馈电点；32：第一馈线部；33：第二馈线部；34：第三馈线部；35：第四馈线部；36：连接部；
4：接地板；
5：固定部。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图，对本发明的天线100、无人机的地面控制系统以及无人机系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
结合图1至图4，本发明实施例提供一种天线100，其中，所述天线为定向天线，所述天线100包括基板1、偶极子2、馈电网络3和接地板4。其中，所述偶极子2包括设置在所述基板1一侧的振子单元20和设置在所述基板1另一侧的振子单元20，所述振子单元20包括第一振子21和第二振子22。所述偶极子2和馈电网络3印刷在所述基板1上，以实现偶极子2和馈电网络3的固定。所述馈电网络3与每个振子单元20连接，从而由馈电网络3实现每个振子单元与外部设备的通信。所述基板1与接地板间隔预设的距离h平行设置。
本发明实施例中，通过在基板1的一侧间隔预设的距离h平行地设置的接地板4，使得天线100辐射的信号具有定向性，天线100的增益大，数据传输距离远，其中基板1与接地板4之间为空气层，从而保障天线100的具有良好的辐射特性。可根据需要设置第一振子21和第二振子22的长度，从而实现双频段数据的传输。在基板1的两侧分别印刷振子单元20，增加辐射面。本发明的天线100具有良好的匹配性能和辐射性能，且天线100在带内增益稳定。又结合图1和图2，本实施例中，馈电网络3的一部分设置在所述基板1的一侧，另一部分设置在所述基板1的另一侧，其中，基板1上同侧的馈电网络3与同侧的每个振子单元20连接。
基板1两侧振子单元20的数量可根据需要设定。可选地，基板1两侧的振子单元20均为偶数个。本实施例中，设置在基板每一侧的偶数个振子单元20均呈轴对轴称分布。在某些实施例中，基板1两侧的振子单元20均为8个，则本发明实施例中的偶极子为8个。
本文中，为方便描述，将基板1远离所述接地板4的一侧称作基板1上表面，将基板1靠近所述接地板4的一侧称作基板1下表面，以下将对基板1上表面的结构进行阐述。
结合图1和图2，本实施例中，所述振子单元20包括一个第一振子21和两个第二振子22。其中，所述第一振子21的长度大于所述第二振子22的长度，使得天线100实现双频传输，且第一振子21辐射的信号频段低于第二振子辐射的信号频段。可选地，所述第一振子21传输信号的频段范围在2.4ghz上下浮动(例如：2.4ghz至2.5ghz)，所述第二振子22传输信号的频段范围在5g全频段(例如：5.1ghz至5.85ghz)，所述5g全频段包括5.8ghz。
在某些实施例中，所述两个第二振子22对称地设置在第一振子21的两边，使得第一振子21和第二振子22的辐射方向图更加对称，天线的主极化交叉隔离度高，信号传输较为均匀。又结合图1和图2，所述第一振子21包括第一主体部211和第一弯折部212，两个第二振子22对称地设置在第一主体部211的两边。通过设置第一主体部211和第一弯折部212，使得第一振子21的结构排列较为紧凑，减小天线100的整体尺寸。可选地，所述第一弯折部212设置在第一主体部211的一端，两个第二振子22对称地设置在所述第一主体部211的另一端。其中，第一弯折部212和第一主体部211的一端相连，两个第二振子22分别与第一主体部211的另一端相连。
在某些实施例中，所述第一主体部211的一端垂直地连接在第一弯折部212的中部，进一步使得第一振子21的结构排列较为紧凑，从而减小天线100的整体尺寸，并且第一振子21的结构为对称结构，也使得第一振子21自身的辐射方向图更加对称，信号传输更为均匀。本实施例中，所述第一振子21可看着一个“t”型的结构。
又结合图1和图2，所述第二振子22包括第二主体部221和第二弯折部222，其中，两个第二振子22的第二主体部221对称地连接至第一主体部211上远离第一弯折部的一端，且第一主体部211与第二主体部221垂直。
所述第二弯折部222垂直地设置在第二主体部221上远离第一主体部211的一端，其中，第二弯折部222向第一弯折部212延伸，第二振子22类似于“l”型的结构。另外需要说明的是，为实现双频特性并方便对第一振子21和第二振子22的性能参数的调节，第一弯折部212与第二弯折部222并不会相交。
本实施例中，参见图4，设置在基板1下表面的振子单元20与设置在基板上表面的振子单元呈镜像分布，从而增加辐射面，使得天线100具有更好地辐射性能、匹配性和稳定的增益。其中，呈镜像分布的基板1上表面的一个振子单元20与基板1下表面的一个振子单元形成一个偶极子2。例如，基板1的上表面设有8个振子单元20，基板1的下表面对应设有8个振子单元20，天线则包括8个偶极子2。本实施例中，每个偶极子2的形状类似于蝶形。
结合图1和图2，所述馈电网络包括馈电点31、第一馈线部32、第二馈线部33、第三馈线部34和第四馈线部35。其中，第一馈线部32用于连接两个振子单元，第二馈线部33用于连接两个第一馈线部32，第三馈线部34用于连接两个第二馈线部33，第四馈线部35用于连接第三馈线部34和馈电点31。
为与振子单元20匹配，本实施例中，第一馈线部32、第二馈线部33、第三馈线部34和第四馈线部35的线宽需要设置成与振子单元20相匹配的宽度。具体地，第二馈线部33、第三馈线部34、第四馈线部35的线宽大于第一馈线部32的线宽。第二馈线部33的两端的线宽要大于其中部的线宽，且第三馈线部34的两端的线宽要大于其中部的线宽。
又结合图1和图2，所述馈电网络还包括与振子单元连接的连接部36。可选地，所述连接部36连接在第一振子与第二振子相连接的结合部的端面，具体地，连接部36连接在第一主体部211和第二主体部221相连接的结合部的端面。
为与所述振子单元20相匹配，本实施例中，所述连接部36的线宽是沿远离振子单元的方向逐渐减小。具体地，所述连接部36的线宽是沿远离振子单元的方向呈线性地减小。
参见图4，本实施例中，基板1上表面的馈电网络3和基板1下表面的馈电网络3相重合，而设置在基板1下表面的连接部36与设置在基板上表面的连接部36是呈镜像分布的，从而与振子单元20匹配。
本发明实施例的天线100通过馈线与外部设备相连。具体地，馈线的内芯连接基板1一侧的馈电网络3，馈线的外导体连接基板另一侧的馈电网络3，连接方式简单、方便。
本实施例中，天线100是通过馈电点31与馈线相连的。可选地，基板1上表面的馈电点31和其下表面的馈电点31由同一过孔连通，所述馈线的内芯穿设所述过孔焊接在所述基板1上表面的馈电点31上，所述馈线的外导体直接焊接在所述基板1下表面的馈电点31，外部设备通过馈线与天线连接，从而利用馈电网络3将外部设备产生的信号传输到各振子单元20，由各振子单元20发射出去，实现天线100的信号发射功能；或者利用馈电网络3将各振子单元20接收到的信号传输到外部设备，实现信号接收功能。可选地，所述馈线为同轴线缆。
需要说明的是，本发明实施例中，基板1的上表面和下表面的位置可互换，即将基板1的上表面朝向接地板4设置，基板1的下表面背离接地板4设置，天线100通过馈线与外部设备相连时，馈线的内芯连接基板1下表面的馈电网络3，馈线的外导体连接基板1上表面的馈电网络3。
本实施例中，所述基板1可为陶瓷层或者塑料层。可选地，所述偶极子2和所述馈电网络3采用双面覆铜工艺印刷到所述基板1的两侧的，易于加工。
目前，定向天线的设计一般是将设有偶极子2和馈电网络3的基板1与接地板4垂直设置或者倾斜设置。本实施例中，接地板4与基板1平时设置且间隔预设的距离，接地板1与基板之间为空气层，使得天线100的性能更佳。具体地，接地板4作为天线100的反射板，其平行放置能够在各个方向上均匀地对天线100产生的辐射进行反射，使得天线100具有定向性，增大天线100的增益，信号传输距离远。可选地，所述接地板4为金属板，例如铝板、钢板或者合金板等。优选地，所述接地板4为铝板。
为使得天线100具有较好地定向性，在一些例子中，参见图3，所述接地板4的面积大于基板1的面积，通过接地板4的反射作用，使得信号朝着背离所述基板1的方向传输信号，从而实现天线100的定向性。在其他一些例子中，所述接地板4的面积等于基板1的面积，在将天线100尺寸设计得较小的同时还能保障天线100具有较好地定向性。
为实现基板1与接地板4之间的固定，从而使得接地板4能保持在距离所述接地板4预设的距离h处，以使得天线100的性能维持最优，同时保证天线100能够正常地传输信号，所述基板1与所述接地板4通过连接件连接。
在某些实施例中，所述连接件为绝缘连接件。可选地，所述绝缘连接件的材质为塑料或者其他绝缘材质，本发明实施例不对所述绝缘连接件的材质进行限定，任何绝缘材质均属于本发明的保护范围。
在某些实施例中，所述连接件可为金属连接件，本发明不对该金属连接的材质具体限定。但需要说明的是，金属连接件在基板1上的位置应当远离振子单元20和馈线网络3在基板1上的设置位置，以防止金属连接件影响天线的性能。
结合图1、图2和图4，所述基板1上设有固定部5，所述接地板4上设有与所述固定部5配合的固定端。可选地，所述固定部5和所述固定端可为固定孔、卡接槽或者其他固定结构。
在某些实施例中，所述固定部5和所述固定端均为固定孔，所述连接件的一端插接在所述固定部5中，另一端插接在所述固定端中，从而将接地板4稳定地维持在所述基板1一侧的预设的距离h处，进而维持天线100的性能最优化。
在某些实施例中，所述固定部5和所述固定端均为卡接槽，所述绝缘连接的一端卡接在所述固定部5上，另一端卡接在所述固定端上，从而将接地板4稳定地维持在所述基板1一侧的预设的距离h处，进而维持天线100的性能最优化。
为进一步使得所述接地板4能够稳定地设于所述基板1预设的距离h处，从而维持天线100的性能最优化，所述固定部5至少两个，所述固定端也至少两个，至少两个所述固定部5与至少两个所述固定端对应配合，通过增加接地板4与基板1之间的连接位置，从而保障接地板4和基板1之间连接的稳定性。可选地，至少两个所述固定部5和至少两个所述固定端分别分散分布在所述基板1和接地板4上。优选地，至少两个所述固定部5是均匀分布在所述基板1上的，例如，至少两个所述固定部5均匀分布在所述基板1中心的四周。相应地，至少两个固定端也是均匀分布在所述接地上的。
本实施例中，所述预设的距离h可调，例如，所述预设的距离h可根据工作频率(即传输信号的频率)、辐射方向图、回波损耗中的一种或多个来确定。优选地，所述预设的距离h根据信号的工作频率、辐射方向图、回波损耗这三因素来确定，从而平衡工作频率、辐射方向图、回波损耗，保证天线100性能的最优化，以满足用户的需求。可选地，所述预设的距离h为12mm(单位：毫米)，即天线100在其信号传输方向上的距离为12mm，厚度较小，天线100的剖面低。
本实施例中，所述接地板4与所述基板1是平行设置的从而保障整个天线100的性能均能够维持在最优的状态，并且，结构较为简单，基板1与接地板4之间的连接更加方便。
参见图5和图6，分别为本发明实施例的天线位于2.2ghz至2.8ghz频段、5.0ghz至6.5ghz频段的端口匹配测试结果，测试结果表明该天线在上述两个频段范围具有较好的端口匹配特性。
参见图7和图8，分别为本发明实施例的天线位于2.2ghz至2.8ghz频段、5.0ghz至6.5ghz频段的增益波动大小，表明该天线在2.4ghz频段内天线的增益波动范围不超过0.5db(单位：分贝)，在5ghz全频段内天线的增益波动不超过2db，天线在两个频段内的增益波动范围较小。
参见图9和图10，分别为本发明实施例的天线位于2.2ghz至2.8ghz频段、5.0ghz至6.5ghz频段的辐射方向，表明该天线在2.4ghz频段和5ghz全频段内主瓣指向明确，后瓣小，天线性能优良。
参见图11和图12，分别为本发明实施例的天线位于2.2ghz至2.8ghz频段、5.0ghz至6.5ghz频段的主交叉极化数据，表明该天线在2.4ghz频段和5ghz全频段内具有高主交叉极化，在主瓣方向范围大于30db。
参见图13和图14，分别为本发明实施例的天线位于2.2ghz至2.8ghz频段、5.0ghz至6.5ghz频段的增益曲线，表明该天线在2.4ghz频段和5ghz全频段内的性能与仿真结果吻合良好。
值得一提的是，本发明实施例的天线100可应用于各种需要发射信号或收信号的系统中，例如，无人机的地面控制系统、无人机系统、机器人的控制系统或者遥控汽车的控制系统等。
以下分别以无人机的地面控制系统和无人机系统为例，来说明本发明实施例的天线100的具体应用。
参见图15，本发明实施例还提供一种无人机的地面控制系统，该地面控制系统200包括控制终端201和上述天线100。可选地，所述控制终端201可以包括遥控器、智能手机、平板电脑、膝上式电脑、穿戴式设备(手表、手环等)中的一种或多种。
所述控制终端201与所述天线100通过馈线连接，以实现控制终端201与天线100的通信连接。具体地，所述馈线的内芯连接天线100的基板1一侧的馈电网络3，馈线的外导体连接基板1另一侧的馈电网络3。
在一些实施例中，所述天线100设置在所述控制终端201的外部，从而避免控制终端201自身的结构对天线100信号传输的影响，例如，所述控制终端201的外壳为金属材质，则很可能会完全屏蔽所述天线100接收或发射的信号，从而影响设备的正常工作。在一些实施例中，所述天线100设置在所述控制终端201的内部，从而方便天线100的收纳，防止天线100的丢失与损坏，延长使用寿命。
在一些实施例中，所述控制终端201用于生成对无人机的控制指令，所述天线100用于将所述控制指令发送给无人机。具体地，控制终端201生成无人机的控制指令，并由馈线传输至天线100，从而由天线100将所述控制指令发送至无人机，实现对无人机的控制。本发明实施例的天线100可适用于远距离控制无人机，且天线100的增益高，稳定性强。另外，本发明实施例的天线100可用于2.4ghz频段和5.8ghz全频段的信号的传输，适用于各种类型的无人机。
在一些实施例中，所述天线100还用于接收无人机发送的数据信息，所述控制终端201还用于显示所述数据信息，从而实时显示无人机返回的信息。可选地，所述数据信息至少包括无人机上拍摄设备拍摄的图像数据信息、无人机的位置数据信息、无人机的电量信息中的一种或多种，从而实现对无人机运动的实时监控。
参见图16，本发明实施例还提供一种无人机系统，所述无人机系统300包括无人机301和天线100。所述无人机可为旋翼无人机或者非旋翼无人机。
所述无人机301与所述天线100通过馈线连接，以实现无人机301与天线100的通信连接。具体地，所述馈线的内芯连接天线100的基板1一侧的馈电网络3，馈线的外导体连接基板1另一侧的馈电网络3。
在一些实施例中，所述天线100设置在所述无人机301的外部，从而避免无人机301自身的结构对天线100信号传输的影响，例如，若所述无人机的外壳为金属材质，则很可能会完全屏蔽所述天线100接收或发射的信号，从而影响设备的正常工作。在一些实施例中，所述天线100设置在所述无人机301的内部，从而方便天线100的收纳，防止天线100的丢失与损坏，延长使用寿命。
在一些实施例中，所述天线100用于接收控制终端发送的无人机控制指令，无人机301用于执行天线接收到的控制指令。本发明实施例的天线100可适用于远距离接收控制终端发送的控制指令，以使控制终端远距离控制无人机，且天线100的增益高，稳定性强。另外，本发明实施例的天线100可用于2.4ghz频段和5.8ghz全频段的信号的传输，适用于各种类型的无人机。
在一些实施例中，所述无人机301用于获取数据信息，所述天线100将无人机301的数据信息发送至控制终端，使得控制终端能够实时获知无人机301的数据信息。具体地，无人机301在获取数据信息后，将其数据信息发送至天线100，由天线100将无人机301的数据信息发射出去，从而由控制终端接收天线传输的无人机301的数据信息。可选地，所述数据信息至少包括无人机上拍摄设备拍摄的图像数据信息、无人机的位置数据信息、无人机的电量信息中的一种或多种，从而实现对无人机运动的实时监控。
在本发明的描述中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”应当理解为从上至下依次基板1和接地板4所形成的天线100的“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”方向。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明实施例所提供的天线、无人机的地面控制系统以及无人机系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。