多旋翼无人机搭载同频直放站的技术实现.pdf
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1、现代电子技术Modern Electronics Technique2023年12月1日第46卷第23期Dec.2023Vol.46 No.230 引 言多旋翼无人机具有易携带、展开撤收方便等特点,常作为天线架高的通信载荷平台,以实现无线通信的远距离覆盖1。在其具体实现中,一般采用地面系留、移频直放站和同频直放站等方式。1)地面系留方式多为搭载基站、RRU、AAU等无线通信设备,多旋翼无人机可得到地面的电源供应,对地面设施的要求较多,无人机留空时间较长,由于电源线与光纤数据线重量随着系留高度的增加而增长2,因此系留无人机的工作高度与其搭载能力有关。2)多旋翼无人机搭载移频直放站可以上升到较高的
2、高度,从而实现复杂地形下的有效覆盖3,但移频直放站需要无人机与地面之间的回传频率,在频管较严场合或跳频工作场景下应用受限。多旋翼无人机搭载同频直放站的技术实现赵 晨,童 进,何君燕(中国电子科技集团公司第七研究所,广东 广州 510310)摘 要:搭载无线通信设备的多旋翼无人机作为天线架高平台得到越来越广泛的应用,但鲜见搭载同频直放站,最主要的原因是同频直放站存在收发天线耦合问题。多旋翼无人机机体小,天线安装位置受限致使收发天线间的隔离度较小,且由于多旋翼无人机的气动要求,一些地面常用的隔离措施无法采用,因此更容易产生自激现象。为了避免多旋翼无人机搭载的同频直放站自激,文中将具有同一工作频率的
3、远端覆盖天线与对地回传天线的方向图零点或低增益方向互为对准,且两个天线之间有无人机壳体、螺旋桨等有效物理隔离,使天线之间的隔离度大大提高。另外,还采用自激抵消算法进一步提高了隔离度。通过以上技术使多旋翼无人机搭载同频直放站不仅具有开通撤收方便、地面支持设施少、频率规划简单等特点,还可支持跳频系统的无线中继转发,具有非常广阔的应用场景。关键词:多旋翼无人机;同频直放站;天线方向图;自激抵消;天线耦合;隔离度中图分类号:TN911.7234 文献标识码:A 文章编号:1004373X(2023)23001904Technical implementation of cofrequency repe
4、ater in multirotor droneZHAO Chen,TONG Jin,HE Junyan(The 7th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Guangzhou 510310,China)Abstract:Multirotor drones equipped with wireless communication equipment are becoming increasingly widely used as antenna elevation platforms.Howe
5、ver,it is very rare for them to be equipped with cofrequency repeaters.The main reason is that the coupling problem between Tx and Rx antennas occurs to cofrequency repeaters.The small size of the multirotor drone and the limited installation position of its antenna result in low isolation between t
6、he Tx and Rx antennas.Moreover,due to the aerodynamic requirements of the multirotor drone,some commonlyused methods to increase isolation on the ground cannot be adopted,making it more prone to selfexcitation.In order to avoid selfexcitation of the cofrequency repeater on multirotor drone,the zero
7、points or low gain direction of remotecoverage antenna and groundbackhaul antenna with the same operating frequency are aligned with each other,and there are shell and propellers between the two antennas.All of these greatly improve the physical isolation between the antennas.In addition,the ICS(int
8、erference cancellation system)algorithm is adopted,which improves the isolation degree more effectively.By the above technologies,the multirotor drone equipped with cofrequency repeater not only has the characteristics of convenient activating and retraction,fewer ground support facilities and simpl
9、e frequency planning,but also supports wireless relay of frequency hopping systems,which has a very broad application scenario.Keyword:multirotor drone;cofrequency repeater;antenna pattern;ICS;antenna coupling;isolation degreeDOI:10.16652/j.issn.1004373x.2023.23.004引用格式:赵晨,童进,何君燕.多旋翼无人机搭载同频直放站的技术实现J
10、.现代电子技术,2023,46(23):1922.收稿日期:20230612 修回日期:202307051919现代电子技术2023年第46卷3)多旋翼无人机搭载同频直放站无需额外频点配置,对地面设施支持需求较少,并可支持跳频系统,但同频直放站存在的自激问题需要得到解决。多旋翼无人机搭载同频直放站可实现地面天线与空中天线的双重覆盖4,地面天线就近覆盖,空中天线远距覆盖,但由于存在自激问题,目前应用非常少。本文探讨了多旋翼无人机搭载同频直放站的技术实现5。1 同频直放站天线多旋翼无人机搭载同频直放站如图1所示。图1 多旋翼无人机搭载同频直放站示意图图 1中,多旋翼无人机的 2根旋臂上安装有远端覆
11、盖天线,机腹下安装对地回传天线。1)远端覆盖链路采用收发天线分离方式6,利用天线间的空间隔离度以减轻收发天线合路带来的开销,远端覆盖 Tx 天线与 Rx 天线之间的空间隔离度一般在25 dB 左右。该天线分离安装方式适用于 FDD 和 TDD两种应用场景。FDD 制式:远端覆盖收发链路隔离度达到 105 dB为好,由于收发天线间存在着空间隔离,故其前端腔体滤波器隔离度可设计为 80 dB,大大减轻了多旋翼无人机通信载荷的体积重量。TDD制式:TDD系统收发链路共用天线时,天线输入匹配需较好,否则发射机关断功率会对接收机接收性能造成影响,由于收发链路存在着空间隔离,降低了对天线输入匹配要求,有利
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