[发明专利]具有超材料反射器的紧凑WiFi天线

说明书

技术领域

本发明涉及机动化设备(此后一般称为“无人机”)的远程操纵，且更确切地涉及由这样的设备用于其远程操纵的无线电通信天线。

背景技术

它们具体地是飞行无人机，具有旋翼或固定翼。然而，本发明不限于飞行设备的操纵以及与飞行设备的数据交换，并且也可适用于在远程操作者的控制下在地面上移动的滚动设备，术语“无人机”必须以其最普遍含义来理解。

飞行无人机的典型示例是法国巴黎Parrot SA的Bebop(它是四螺旋桨直升机类型的旋翼无人机)或者也是Parrot SA的Disco(它是“飞翼”类型的固定翼无人机)。本发明可适用的另一类型的无人机是也来自Parrot SA的Jumping Sumo，它是遥控滚动和跳跃玩具。

WO2010/061099A2、EP2364757A1、EP2450862A1以及EP2613213A1(Parrot)描述了通过执行特定遥控应用软件程序(诸如在上述示例中，Parrot SA的移动应用FreeFlight)的具有集成加速度计的触摸屏多媒体电话或平板(例如苹果公司的iPhone型智能电话或iPad型平板)来操纵无人机的原理。

这一电话或平板可能由特定遥控设备(诸如Parrot SA的Skycontroller)来中继，这是与电话或平板对接的箱形式的控制台，它提供有带操纵杆的两个把手以及用于由用户以与专用遥控控制台相同的方式进行人体工学操纵的各种按钮。该设备进一步包括充当电话、平板与无人机之间的中继的发射器/接收器，发射器提供有用于增加辐射到在遥控器与无人机之间使用的无线电信道的功率的放大器。控制器与无人机之间的无线地通信的这些方面具体地在EP3020460A1(Parrot)中描述。

一般而言，无人机遥控设备包括用于经由与无人机直接建立的WiFi(IEEE802.11)或蓝牙无线局域网类型的无线电链路来检测无人机操纵命令以及双向数据交换所需要的各种控制元件。这一双向无线电链路包括用于传送包含来自无人机机载相机的视频流以及无人机的飞行数据或状态指示符的数据帧的下行链路(从无人机到遥控器)以及用于传送操纵命令的上行链路(从遥控器到无人机)。

可以明白，遥控器与无人机之间的无线电链路的质量是关键参数，尤其是对确保令人满意的射程而言。的确，所传送的数据量是很大的，尤其是由于下行链路的视频比特率中的非常高的需求(通常是2.5到3Mbps的量级)，使得无线电链路质量的任何降级都将对传输质量并且因此对无线电射程有影响，还有所交换的数据和命令的零星损失的风险。

在无人机处，无线电链路使用合并到无人机的一个或若干个天线，这些天线在接收时拾取由遥控设备发射的信号并且在发射时辐射支持下行链路的HF发射器电路的功率，尤其是用于传输视频流和飞行数据信号。

本发明确切地涉及由无人机使用的这一类型的天线。

当今，无人机一般使用偶极型天线作为WiFi天线，尤其是由耦合到WiFi无线电芯片的两个相应天线终端的两个偶极子形成的偶极型天线。

然而，天线的这一基于偶极子的结构具有如下缺陷：相当不规则的辐射图，尤其在偶极子轴上具有增益下降。

此外，如果反射器与偶极子相关联以优化其辐射图，以获得最大效率，则这一反射器必须被放置在辐射元件的λ/2的距离处(即，对定位在2.4GHz左右的频率而言，约60mm)并且具有约λ(即，约120mm)的大小，这使得该单元庞大且难以整合到非常紧凑的设备中，诸如无人机。

发明内容

本发明的目标是提出一种通常被适配成厘米频带(诸如WiFi频带)的天线器件的新结构，它具体地通过提供在半球形半空间的非常宽的扇形区中延伸且均匀的辐射图来补偿迄今使用的天线的上文所曝光的缺陷。

具体而言，重要的事项是设计一种天线，该天线的辐射属性较不可能受潜在位于该天线背部上(即在与天线在其中进行辐射的空间相对的半球形半空间中)的金属元件影响。

本发明的另一目标是设计如下天线结构：其经减小的大小允许它容易地集成到无人机，而没有将增加无人机的空气阻力的凸出元件，并且该天线不表示易于不必要地使无人机更重的很大质量。

本发明的基本概念包括使用所谓的“超材料”类型的结构来作为天线的无源元件(反射器)，超材料是一个术语，它指定谐振单元的周期性结构或阵列，该周期性结构或阵列在功能上实际上充当均匀材料但具有不能在自然材料中找到的原始电磁属性。具体而言，从电磁学的观点来看，超材料倾向于具有负介电常数(ε)和负磁导率(μ)。