基于特征模理论的编队无人机共形天线设计方法研究

To fulfil the development of the miniaturisation and formation of unmanned aerial vehicles (UAVs), the applicant proposes a research project on the conformal antenna design for miniature UAVs and the performance enhancement for the leader-UAV based on the UAV formation. The project will develop a conformal antenna on an electrically small UAV with the theory of the characteristic mode; the project will also establish an electromagnetic coupling parameter model considering factors like the distance among aircrafts; based on the aforementioned study, the project will provide a formation design method and meanwhile analyse effects on the final antenna performance from imperfect factors such as location errors. The project will make breakthroughs on the realisation of conformal antennas on electrically small UAVs, the coupling controlling technologies among UAVs, and novel antenna performance enhancement method for UAV formations. The experiment will be done to verify the theory. The results will be useful for improving the communication range and data link reliability of MAV formation.

面向无人机小型化、编队化的发展趋势，申请人拟开展微小型无人机平台共形天线设计方法及基于无人机编队的长机天线性能增强技术研究。本项目拟基于特征模理论开展电小尺寸无人机共形天线设计方法研究；建立关于无人机编队间距等因素的多机电磁耦合参数化模型；并在上述基础上研究编队长机天线性能增强的编队队形设计方法，同时开展无人机定位误差等非理想因素对长机天线性能影响的敏感性分析。通过本项目的研究，提出电小尺寸无人机平台共形天线设计方法，突破多机电磁耦合控制技术，并建立起微小型无人机编队长机天线性能增强的新方法，为提升微小型无人机通信覆盖范围和数据链路可靠性提供科学的天线设计理论依据、分析方法和实验途径。

微小型无人机的尺寸几乎与其工作频段的电磁波波长相当，为天线的设计和集成带来诸多困难。利用电小尺寸无人机整体或部分机体作为天线辐射体，构建满足天线性能指标要求的特征模式，并结合馈电结构设计高效激励，提出满足应用要求的电小尺寸无人机平台共形天线设计方法是本项目拟解决的关键科学课题。为进一步增强微小型无人机天线在特定方向的辐射，现有的分布式天线阵列技术整体系统性能高度依赖各天线的时钟同步。. 围绕本项目拟解决的关键科学问题，项目研究团队首先开展了基于特征模理论的电小尺寸平台天线设计方法研究，实现了微小型无人机共形天线的多模态辐射，并对多机电磁耦合展开分析，讨论了编队无人机相对位置、姿态等对天线间电磁耦合的影响。在此基础上，提出了增强无人机编队长机天线增益、带宽等性能指标的无人机编队队形设计方法，并分别讨论了水平、垂直方向辐射增强的典型无人机编队。. 本项目的研究工作可以直接应用于微小型无人机天线设计，并针对通信服务需求指导无人机编队队形设计，为相关工程应用提供设计优化方案支撑。本项目研究成果出版学术专著1部，申请国家发明专利3项，发表学术研究论文9篇，其中JCR Q1区论文4篇、Q2区论文2篇，1篇国际会议论文获最佳论文奖。