大疆無(wú)人機(jī)（DJI）作為全球領(lǐng)先的無(wú)人機(jī)制造商，尤其在消費(fèi)級(jí)和專業(yè)級(jí)市場(chǎng)中占據(jù)了重要地位，是中國(guó)制造在全球具有廣泛影響力的品牌。作為行業(yè)的領(lǐng)軍者，大疆在推動(dòng)無(wú)人機(jī)技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)規(guī)范方面發(fā)揮著積極作用，助力無(wú)人機(jī)領(lǐng)域的成熟與發(fā)展。隨著無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，低空經(jīng)濟(jì)正逐步成為全球經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)力，而大疆將在這一領(lǐng)域中扮演越來(lái)越重要的角色。本文將結(jié)合大疆已發(fā)布的產(chǎn)品和公開(kāi)專利，詳細(xì)解析大疆無(wú)人機(jī)的通信系統(tǒng)及其所使用的天線，供讀者參考。

大疆無(wú)人機(jī)上的無(wú)線電主要分別起到通信、定位、感知的作用。

通信包含：（1）大疆的圖傳技術(shù)包含WiFi、私有化的WiFi協(xié)議，Lightbridge，OcuSync（SDR軟件無(wú)線電），頻段為2.4GHz~2.483GHz，5.15GHz~5.85GHz頻段；（2）公網(wǎng)通信則是4G、5G移動(dòng)通信；（3）其它專網(wǎng)通信因行業(yè)屬性不同而各有差異，如自組網(wǎng)的subGHz方案；（4）未來(lái)的低軌衛(wèi)星通信，對(duì)于無(wú)人機(jī)的通信和無(wú)人機(jī)的監(jiān)管極有優(yōu)勢(shì)，暫未看到大疆無(wú)人機(jī)上的應(yīng)用。

定位：（1）GNSS定位，頻段為1166MHz~1610MHz，消費(fèi)無(wú)人機(jī)一般是單頻或者雙頻多系統(tǒng)定位（與手機(jī)行業(yè)同步）；行業(yè)應(yīng)用方向的無(wú)人機(jī)，如測(cè)繪、電力巡檢，農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)等，均采用的是高精度定位（RTK）；（2）ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）接收機(jī)，頻段978MHz，1090MHz，航空監(jiān)管需求無(wú)人機(jī)標(biāo)配ADS-B In，可以接收的大型航空器的位置信息，自動(dòng)做避讓。

感知：主要是毫米波，頻段為24GHz（60GHz室外場(chǎng)景政策法規(guī)暫不明朗），可全天候工作，用于測(cè)距測(cè)角、避障、地形跟隨。相對(duì)于對(duì)視覺(jué)、激光雷達(dá)等傳感器做補(bǔ)盲，如一些細(xì)的電線，解決無(wú)人機(jī)在低空作業(yè)的一些痛點(diǎn)。

現(xiàn)在通信行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)是天地一體化（如圖1所示），通信定位感知一體化融合發(fā)展。比如低軌衛(wèi)星，作為天基的基準(zhǔn)站，結(jié)合高軌GNSS定位衛(wèi)星，做到厘米級(jí)別高精度定位；對(duì)于對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的WiFi協(xié)議，做到同時(shí)可以通信和感知，WiFi本身在室內(nèi)或者城市精準(zhǔn)定位起到極大的作用。

圖1  鵬城實(shí)驗(yàn)室《面向低空經(jīng)濟(jì)的無(wú)人機(jī)通信及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展分析》，田園等

圖傳天線

無(wú)人機(jī)的使用場(chǎng)景一般如圖2所示，遙控器（RC，remote controler）與無(wú)人機(jī)（UAV，unmanned aerial vehicle或者Drone）直接通信，上發(fā)遙控器控制指令或者下行無(wú)人機(jī)發(fā)送圖傳信號(hào)或者其它請(qǐng)求。

用戶使用過(guò)程中，一般遙控對(duì)著無(wú)人機(jī)，大多數(shù)可看成靜止?fàn)顟B(tài)，或者說(shuō)無(wú)大幅度的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)身動(dòng)作。無(wú)人機(jī)姿態(tài)則很多，水平旋轉(zhuǎn)為yaw軸，幅度360°，大速度前進(jìn)倒退等動(dòng)作，無(wú)人機(jī)下傾或者上仰的角度很大，也就是pitch和roll軸可能>30°。在無(wú)人機(jī)起飛到用戶頭頂（[敏感詞]限飛高度500米），到遠(yuǎn)距離飛行超過(guò)>10KM，遙控器相對(duì)無(wú)人機(jī)的傾角是0~90°。

綜上可以看出，無(wú)人機(jī)上的天線輻射，必須是水平全向的，且無(wú)人機(jī)正下方的輻射強(qiáng)度不能太弱。遙控器上的天線輻射，必須是定向的（定向性不能太強(qiáng)，防止電磁波經(jīng)人體衰減，無(wú)人機(jī)飛到背后去，信號(hào)斷聯(lián)），且遙控器天線正上方的輻射強(qiáng)度也不能太弱。

大疆無(wú)人機(jī)phantom，mavic，inspire等機(jī)型均有腳架，主要是為了起飛降落階段保護(hù)云臺(tái)不能著地產(chǎn)生碰撞，大疆無(wú)人機(jī)的圖傳天線一般放置于腳架位置。由于減重、降低風(fēng)噪等原因，天線小型化也是強(qiáng)需求。由圖3可以看出，圖大疆的圖傳天線一般用偶極子形式。

早期的圖傳芯片方案是單發(fā)（發(fā)送可以切換天線）雙收，或者是WiFi的雙發(fā)雙收方案，則無(wú)人機(jī)天線，相當(dāng)于是靠?jī)蓚€(gè)天線方向圖合成，取輻射場(chǎng)的最大值包絡(luò)，天線方向圖越圓越好，波束寬度越寬越好。另外一個(gè)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景是穿越機(jī)，它要求無(wú)人機(jī)端的輻射方向圖最好是球形全向（理想點(diǎn)源的方向圖）而且是圓極化，這就更增加了天線設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性。

隨著技術(shù)的進(jìn)度，圖傳方案的芯片多發(fā)多收的MIMO技術(shù)，無(wú)人機(jī)的圖傳的距離和速率等性能指標(biāo)都會(huì)進(jìn)一步提升。

GNSS天線

ADS-B天線

大疆最早在小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)上標(biāo)配ADS-B，以應(yīng)對(duì)公共安全的風(fēng)險(xiǎn)，它是一種飛機(jī)廣播其位置信息的技術(shù)，使用GPS或其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)確定其位置，并通過(guò)廣播信號(hào)向地面站和其他空中交通工具傳送這些信息。大疆無(wú)人機(jī)大于一定重量（FAA法規(guī)要求）的無(wú)人機(jī)基本標(biāo)配ADS-B In(接收機(jī))。其中，1090 MHz（ADS-B 1090ES）：全球通用，主要用于商業(yè)航空及大多數(shù)飛機(jī)；978 MHz（ADS-B UAT）：主要用于美國(guó)的通用航空和低空飛行。

毫米波天線

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，無(wú)人機(jī)可以根據(jù)地形變化自動(dòng)調(diào)整飛行高度，確保噴灑作業(yè)的[敏感詞]性。也就是需要無(wú)人機(jī)需要有高度保持和地形跟蹤的能力。通過(guò)毫米波雷達(dá)，無(wú)人機(jī)可以[敏感詞]地監(jiān)測(cè)自身與地面的距離，幫助無(wú)人機(jī)在復(fù)雜地形中保持穩(wěn)定飛行。毫米波雷達(dá)識(shí)別的距離遠(yuǎn)，不受天氣環(huán)境的影響，另外在實(shí)際的作業(yè)環(huán)境中，農(nóng)田上方細(xì)金屬電線特別多，視覺(jué)傳感器識(shí)別率低，毫米波有天然的優(yōu)勢(shì)。圖11為大疆T50農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)毫米波的模塊。

圖11 大疆T50農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)毫米波模塊

大疆的雷達(dá)專利可參考CN 111316499 A，CN111684654A，如圖13所示。

圖13 大疆毫米波天線專利

4G模塊天線、WiFi藍(lán)牙天線

4G為成品模塊外掛到無(wú)人機(jī)上，產(chǎn)品是dongle形式，暫不陳述。WiFi藍(lán)牙則是近距離連接手機(jī)或者配網(wǎng)使用，主要是在家庭場(chǎng)景或者連接手機(jī)近距離使用，要求不高，常規(guī)方案，亦不展開(kāi)。

在上文的無(wú)人機(jī)上的天線--圖傳天線一節(jié)中，我們根據(jù)無(wú)人機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景提到：遙控器上的天線輻射，必須是定向的（定向性不能太強(qiáng)，防止電磁波經(jīng)人體衰減，無(wú)人機(jī)飛到背后去，信號(hào)斷聯(lián)），且遙控器天線正上方的輻射強(qiáng)度也不能太弱。

經(jīng)專利查詢，可以看出在小型化的方案中（偶極子天線尺寸短，不到四分之一波長(zhǎng)，且反射板距離天線距離很近，約0.08波長(zhǎng)），有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是如圖14所示（專利號(hào)：CN211655061U），采用小型化的天線方案，反射板配合天線來(lái)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)低頻方向圖的定向性。這里面控制是極其微妙的，我們可以從八木天線可知，反射板和引向枝節(jié)距離天線枝節(jié)一般要0.15波長(zhǎng)。

第二種方案（專利號(hào)：WO2023216120A1）比較有新意，設(shè)計(jì)比較巧妙，能兼顧2.4G和5G的諧振，其中有點(diǎn)類似是惠更斯元構(gòu)造。

單獨(dú)圖傳模塊產(chǎn)品

針對(duì)穿越機(jī)用戶或者影像設(shè)備應(yīng)用方向，大疆有出專門的圖傳模塊，OcuSync迭代幾代之后，模擬圖傳的市場(chǎng)幾乎被OcuSync淘汰掉了。在第一代穿越機(jī)圖傳模塊有一些特殊的天線設(shè)計(jì)，經(jīng)查詢CN110809836A，WO2019047179A1，有2.4G和5GHz雙頻圓極化的全向天線設(shè)計(jì)。

監(jiān)控設(shè)備

消費(fèi)類無(wú)人機(jī)的發(fā)展最初受益于手機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，例如陀螺儀、GPS、TOF傳感器和攝像頭等組件在體積和成本上都取得了顯著突破，而天線作為產(chǎn)業(yè)鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也在這一過(guò)程中得到了發(fā)展。筆者在參觀2024年深圳無(wú)人機(jī)展會(huì)后發(fā)現(xiàn)，無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸成熟，手機(jī)、無(wú)人機(jī)和電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)鏈日益融合，三者在實(shí)際應(yīng)用中的協(xié)同效應(yīng)也愈發(fā)緊密。隨著低空經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，本文將梳理大疆無(wú)人機(jī)天線系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用，旨在為讀者提供一些有益的信息，并希望能為低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

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