无人机天线如何实现高效收发隔离？

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为什么无人机天线收发隔离至关重要？

收发隔离指的是无人机上，用于接收信号的天线和用于发射信号的天线之间，能够有效地“互相看不见”或“互不影响”。

（图片来源网络，侵删）

这就像在一个房间里，你既要对着麦克风说话（发射），又要通过耳朵听别人说话（接收），如果你的麦克风声音太大，或者离耳朵太近，你就听不清别人说什么了，甚至会因为声音反馈而刺耳（啸叫）。

在无人机上，这种“啸叫”的后果是灾难性的：

烧毁接收机前端： 无人机的发射机功率非常大（通常几瓦到几十瓦），而接收机前端（LNA，低噪声放大器）的灵敏度极高，但非常脆弱，如果没有足够的隔离，强大的发射信号会“泄漏”并灌入接收机,瞬间将其烧毁。
通信距离急剧缩短： 发射信号的能量会干扰接收机，使其无法有效解调来自地面站的微弱信号，这会导致图传飞控信号时断时续、延迟增加,最终失联。
控制失灵与坠机： 最严重的情况是，当接收机被完全阻塞时，飞控将无法接收到任何控制指令，导致无人机“失联”,从而引发失控和坠机事故。

高水平的收发隔离是保障无人机飞行安全、延长通信距离、提升系统可靠性的基石。

无人机上天线布局的挑战主要来自于其空间和重量的限制。

（图片来源网络，侵删）

空间狭小： 无人机机身紧凑，无法像大型基站那样,将收发天线分开几十米甚至上百米的距离。
频率靠近： 为了提高频谱利用率，无人机的上行（遥控）和下行（图传）频率通常选择在相邻的频段，甚至使用时分双工或频分双工技术，它们在时间或频率上同时存在,这增加了干扰的风险。
多天线共存： 现代无人机上不仅有图传和遥控天线，还可能有GPS/北斗定位天线、数传数据链天线、Wi-Fi/蓝牙天线等，所有这些天线都在一个狭小的空间里工作,相互之间的电磁耦合非常复杂。

实现高隔离度是一个系统工程，需要从天线设计、布局、到电路设计等多个层面协同工作。

这是最基本也是最有效的方法之一。

这是一种无源、单向传输的铁氧体器件。

工作原理： 它像一个单向阀，对于发射天线来的信号，它能低损耗地通过（插入损耗很小）；而对于从接收天线方向过来的、试图“倒灌”回发射机的信号，它会提供极高的衰减（隔离度很高，>20dB）。
优点： 隔离度高,性能可靠。
缺点： 成本较高，有一定的插入损耗，体积和重量相对较大,通常在专业级或大型无人机上使用。

滤波器用于在频域上实现隔离。

（图片来源网络，侵删）

工作原理： 在接收机前端，放置一个带通滤波器，它只允许上行遥控信号通过，而滤除来自发射机的、处于下行频段的干扰信号，反之，在发射机后端，也放置一个滤波器,防止上行信号干扰发射机。
优点： 成本相对较低,可以有效抑制带外干扰。
缺点： 对邻频干扰的抑制能力有限，因为TDD/FDD系统的上下行频率可能非常接近,滤波器通常需要与隔离器配合使用。

这是在有限空间内“精打细算”的关键。

极化正交： 如果发射天线采用垂直极化，接收天线就采用水平极化，理论上，正交极化的天线之间是隔离的（隔离度可达20dB以上），在实际应用中，由于多径效应和天线的不完美，隔离度会下降,但依然能提供显著的帮助。
方向性： 使用高方向性的天线（如平板天线、八木天线），并将它们的主波束指向各自的目标（地面站），而将天线后瓣和旁瓣对准对方,利用天线的方向性来降低耦合。
地面反射抑制： 在天线布局时，考虑地面反射波的影响，通过调整天线高度和角度，使发射天线到接收天线的直射路径和反射路径在接收端相互抵消,也能在一定程度上改善隔离度。

这是一种更高级的方案,将收发功能集成到一个天线罩内。

共用反射面/口径： 在一个大的反射面（如抛物面）上，集成多个馈源，一个馈源用于发射，另一个用于接收,它们通过物理位置和馈电网络实现隔离。
微带天线阵列： 在一块印制电路板上，通过精巧的设计，将收发单元排布在一起，利用其结构和馈电网络来保证隔离度，这种方式非常紧凑,常用于多功能的相控阵天线中。

在实际的无人机设计中，通常不会采用单一技术，而是多种技术的组合。