无人机图像传输系统及其信号增强电路[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020671656.7
(22)申请日 2020.04.28
(73)专利权人 浙江科比特科技有限公司
地址 314100 浙江省嘉兴市嘉善县归谷科
技园D座
(72)发明人 卢致辉　卢光宋　陈金颖　余少锋　
陆家杰　
(74)专利代理机构 深圳中一联合知识产权代理
有限公司 44414
代理人 周伟锋
(51)Int.Cl.
H04B 7/0426(2017.01)
H04B 7/06(2006.01)
H04B 7/08(2006.01)
H04N 7/18(2006.01)
(54)实用新型名称
无人机图像传输系统及其信号增强电路
(57)摘要
本申请适用于无人机技术领域，提供了一种
无人机图像传输系统及其信号增强电路。

信号增
强电路包括信号检测单元、第一射频开关、功率
放大电路、低噪声放大电路，信号检测单元与
MIMO通信模块连接，功率放大电路和低噪声放大
电路并联连接在第一射频开关和多根天线之间；
信号检测单元判断MIMO通信模块的通信状态，并
根据通信状态控制第一射频开关进行功率放大
电路和低噪声放大电路的切换；功率放大电路将
MIMO通信模块发送的第一射频信号划分为多路
发射信号，并将多路发射信号分别发送给各自的
天线；低噪声放大电路接收多根天线发送的接收
信号，对多个接收信号收信号进行合成生成第二
射频信号，并将第二射频信号发送给MIMO通信模
块。

权利要求书2页 说明书8页 附图4页CN 211908805 U 2020.11.10
C N 211908805
U
1.一种无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，用于串联连接在无人机图像传输系统的多输入多输出MIMO通信模块和无人机图像传输系统的多根天线之间；
所述信号增强电路包括信号检测单元、第一射频开关、功率放大电路、低噪声放大电路，所述信号检测单元与所述MIMO通信模块连接，所述功率放大电路和所述低噪声放大电路并联连接在所述第一射频开关和所述多根天线之间；
其中，所述信号检测单元用于判断所述MIMO通信模块的通信状态，并根据所述通信状态控制所述第一射频开关进行所述功率放大电路和所述低噪声放大电路的导通通路的切换；所述功率放大电路用于将所述MIMO通信模块发送的第一射频信号划分为多路发射信号，并将所述多路发射信号分别发送给各自分别对应的天线；所述低噪声放大电路用于接收多根所述天线分别发送的接收信号，对多个所述接收信号收信号进行合成生成第二射频信号，并将所述第二射频信号发送给所述MIMO通信模块。

2.根据权利要求1所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，所述信号增强电路还包括与所述多根天线一一对应的多个第二射频开关；
每个第二射频开关的一端与对应的天线连接，另一端用于根据所述信号检测单元的电平信号连接至所述功率放大电路或所述低噪声放大电路。

3.根据权利要求2所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，所述功率放大电路包括功率分配器和N个功率放大器，其中N为大于或等于2的整数；
所述功率分配器通过所述第一射频开关与所述MIMO通信模块连接，每个所述功率放大器均与所述功率分配器连接；
其中，所述功率分配器将所述第一射频信号划分为N个发射信号，并将所述N个发射信号分别发送给所述N个功率放大器；各个功率放大器对接收到的发射信号进行功率放大，获得放大后的发射信号。

4.根据权利要求3所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，每个所述功率放大器与对应的天线之间连接一个所述第二射频开关；其中，在所述第二射频开关导通所述功率放大器与对应的天线之间的电路时，所述第二射频开关将放大后的发射信号发送至对应的天线。

5.根据权利要求3所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，所述功率放大电路还包括与所述N个功率放大器一一对应的N个低通滤波器；
每个所述低通滤波器均与对应的功率放大器串联连接，用于对所述对应的功率放大器生成的放大后的发射信号进行滤波处理。

6.根据权利要求2所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，所述低噪声放大电路包括功率合成器以及N个低噪声放大器；
其中，每个所述低噪声放大器均连接有一根天线；每个所述低噪声放大器与对应的天线之间连接一个所述第二射频开关，所述功率合成器与所述N个低噪声放大器连接；
针对每个低噪声放大器，在所述低噪声放大器对应的第二射频开关导通所述低噪声放大器与对应的天线之间的电路时，所述低噪声放大器对接收到的接收信号进行处理；
所述功率合成器将所述N个低噪声放大器处理后的接收信号合并为一路第二射频信号。

7.根据权利要求6所述的无人机图像传输系统的信号增强电路，其特征在于，所述低噪
声放大电路还包括设置在所述N个低噪声放大器和所述功率合成器之间的N个带通滤波器，所述N个带通滤波器与所述N个低噪声放大器一一对应；
每个所述带通滤波器与对应的低噪声放大器串联联接，用于对所述对应的低噪声放大器生成的放大后的接收信号进行滤波处理，并将滤波处理后的接收信号输出给所述功率合成器。

8.一种无人机图像传输系统，其特征在于，应用一种多旋翼无人机，所述无人机图像传输系统包括多输入多输出MIMO通信模块、多根天线以及至少一个如权利要求1至7任一项所述的无人机图像传输系统的信号增强电路；
其中，所述天线的个数大于所述MIMO通信模块的信号通道的个数，所述多根天线分别设置在所述多旋翼无人机的各个机臂上；每一个所述信号增强电路串联连接在所述MIMO通信模块的一个信号通道与至少两根天线之间。

9.根据权利要求8所述的无人机图像传输系统，其特征在于，所述信号增强电路和所述MIMO通信模块的信号信道均为多个，且所述信号增强电路的个数与所述MIMO通信模块的信号通道的个数一一对应，每一个所述信号通道上均设置有一个所述信号增强电路。

10.根据权利要求8所述的无人机图像传输系统，其特征在于，所述信号增强电路为一个，所述一个信号增强电路设置在所述MIMO通信模块的一个信号通道上。

无人机图像传输系统及其信号增强电路
技术领域
[0001]本申请属于无人机技术领域，尤其涉及一种无人机图像传输系统及其信号增强电路。

背景技术
[0002]无人机图像传输系统作为无人机的重要组成部分，通过无线数字的传输方式，将无人机拍摄的图像信息传回地面控制中心，以实现信息的获取。

[0003]多旋翼无人机上的图像传输系统通常基于双通道多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output))MIMO系统，即地面控制中心以及无人机上分别设置有两根天线，每根天线均可以负责数据发送和数据接收功能。

[0004]目前，多旋翼无人机上的两根天线通常设置在多旋翼无人机的左右两侧机臂上，或者前后对角的两个机臂上，但是无论两根天线如何设置，当多旋翼无人机飞行时，总会出现一根天线被无人机的机身遮挡的情况，导致无人机图像传输系统传输至地面控制中心的图像信号的质量不稳定。

实用新型内容
[0005]本申请实施例提供了一种无人机图像传输系统及其信号增强电路，以解决现有技术中无人机图像传输系统传输至地面控制中心的图像信号质量不稳定的技术问题。

[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种无人机图像传输系统的信号增强电路，用于串联连接在无人机图像传输系统的多输入多输出MIMO通信模块和无人机图像传输系统的多根天线之间；
[0007]信号增强电路包括信号检测单元、第一射频开关、功率放大电路、低噪声放大电路，信号检测单元与MIMO通信模块连接，功率放大电路和低噪声放大电路并联连接在第一射频开关和多根天线之间；
[0008]其中，信号检测单元用于判断MIMO通信模块的通信状态，并根据通信状态控制第一射频开关进行功率放大电路和低噪声放大电路的导通通路的切换；功率放大电路用于将MIMO通信模块发送的第一射频信号划分为多路发射信号，并将多路发射信号分别发送给各自分别对应的天线；低噪声放大电路用于接收多根天线分别发送的接收信号，对多个接收信号收信号进行合成生成第二射频信号，并将第二射频信号发送给MIMO通信模块。

[0009]在第一方面的一种可能的实现方式中，信号增强电路还包括与多根天线一一对应的多个第二射频开关；
[0010]每个第二射频开关的一端与对应的天线连接，另一端用于根据信号检测单元的电平信号连接至功率放大电路或低噪声放大电路。

[0011]在第一方面的一种可能的实现方式中，功率放大电路包括功率分配器和N个功率放大器，其中N为大于或等于2的整数；
[0012]功率分配器通过第一射频开关与MIMO通信模块连接，每个功率放大器均与功率分
配器连接；
[0013]其中，功率分配器将第一射频信号划分为N个发射信号，并将N个发射信号分别发送给N个功率放大器；各个功率放大器对接收到的发射信号进行功率放大，获得放大后的发射信号。

[0014]在第一方面的一种可能的实现方式中，每个功率放大器与对应的天线之间连接一个第二射频开关；其中，在第二射频开关导通功率放大器与对应的天线之间的电路时，第二射频开关将放大后的发射信号发送至对应的天线。

[0015]在第一方面的一种可能的实现方式中，功率放大电路还包括与N个功率放大器一一对应的N个低通滤波器；
[0016]每个低通滤波器均与对应的功率放大器串联连接，用于对对应的功率放大器生成的放大后的发射信号进行滤波处理。

[0017]在第一方面的一种可能的实现方式中，低噪声放大电路包括功率合成器以及N个低噪声放大器；
[0018]其中，每个低噪声放大器均连接有一根天线；每个低噪声放大器与对应的天线之间连接一个第二射频开关，功率合成器与N个低噪声放大器连接；
[0019]针对每个低噪声放大器，在低噪声放大器对应的第二射频开关导通低噪声放大器与对应的天线之间的电路时，低噪声放大器对接收到的接收信号进行处理；
[0020]功率合成器将N个低噪声放大器处理后的接收信号合并为一路第二射频信号。

[0021]在第一方面的一种可能的实现方式中，低噪声放大电路还包括设置在N个低噪声放大器和功率合成器之间的N个带通滤波器，N个带通滤波器与N个低噪声放大器一一对应；[0022]每个带通滤波器与对应的低噪声放大器串联联接，用于对对应的低噪声放大器生成的放大后的接收信号进行滤波处理，并将滤波处理后的接收信号输出给功率合成器。

[0023]第二方面，本申请实施例提供了一种无人机图像传输系统，应用一种多旋翼无人机，无人机图像传输系统包括多输入多输出MIMO通信模块、多根天线以及至少一个上述第一方面任一项所述的无人机图像传输系统的信号增强电路；
[0024]其中，天线的个数大于MIMO通信模块的信号通道的个数，多根天线分别设置在多旋翼无人机的各个机臂上；每一个信号增强电路串联连接在MIMO通信模块的一个信号通道与至少两根天线之间。

[0025]在第二方面的一种可能的实现方式中，信号增强电路和MIMO通信模块的信号信道均为多个，且信号增强电路的个数与MIMO通信模块的信号通道的个数一一对应，每一个信号通道上均设置有一个信号增强电路。

[0026]在第二方面的一种可能的实现方式中，信号增强电路为一个，该一个信号增强电路设置在MIMO通信模块的一个信号通道上。

[0027]本申请实施例提供的无人机图像传输系统的信号增强电路，在保持了MIMO通信模块以及地面控制中心硬件设施不变的情况下，通过信号增强电路中的功率放大电路，实现了图像发射通道的增加，进而实现了无人机上天线数量的增加，使得无论无人机处于任何一种飞行姿态，都有至少两根天线不受机身阻挡，从而提高地面控制中心接收信号的质量。

同样的，在MIMO模块处于接收状态时，通过低噪声放大电路对多路接收信号收信号进行合成生成第二射频信号，并将第二射频信号发送给MIMO通信模块，实现了多根天线的发射和
接收功能。

本申请实施例通过信号增强电路的设置，在不改变无人机图像传输系统MIMO通信模块以及地面控制中心硬件配置的前提下，实现了无人机上天线的增加，使得无论无人机处于任何一种飞行姿态，都有至少两根天线不受机身阻挡，提高了无人机图像传输系统传输数据的可靠性以及传输图像的质量。

[0028]可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明
[0029]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0030]图1是本申请一实施例提供的无人机图像传输系统的信号增强电路的原理框图；[0031]图2是本申请一实施例提供的功率放大电路的原理框图；
[0032]图3是本申请一实施例提供的低噪声放大电路的原理框图；
[0033]图4是本申请一实施例提供的无人机图像传输系统的组成框图；
[0034]图5是本申请另一实施例提供的无人机图像传输系统的组成框图；
[0035]图6是本申请又一实施例提供的无人机图像传输系统的组成框图。

具体实施方式
[0036]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。

然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。

在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

[0037]应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

[0038]还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

[0039]另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0040]在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。

由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。

术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

[0041]为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

[0042]图1为本申请实施例提供的一种无人机图像传输系统的信号增强电路10，用于串
联连接在无人机图像传输系统的多输入多输出MIMO通信模块20和无人机图像传输系统的多根天线30之间。

[0043]上述信号增强电路10可以包括信号检测单元11、第一射频开关12、功率放大电路13、低噪声放大电路14，信号检测单元11与MIMO通信模块20连接，功率放大电路13和低噪声放大电路14并联连接在第一射频开关12和多根天线30之间。

[0044]其中，信号检测单元11用于判断MIMO通信模块20的通信状态，并根据通信状态控制第一射频开关12进行功率放大电路13和低噪声放大电路14的导通通路的切换；功率放大电路13用于将MIMO通信模块20发送的第一射频信号划分为多路发射信号，并将多路发射信号分别发送给各自分别对应的天线30；低噪声放大电路14接收多根天线30分别发送的接收信号，对多个接收信号进行合生成第二射频信号，并将第二射频信号发送给MIMO通信模块20。

[0045]本实施例中，多输入多输出MIMO通信模块20为无人机图像传输系统上预先设置的模块。

[0046]例如，多输入多输出MIMO通信模块为双通道MIMO通信模块，即MIMO通信模块具有两个信号通道。

[0047]其中，与信号增强电路10连接的多根天线的个数大于MIMO通信模块20的信号通道的个数，信号增强电路10可以设置在MIMO通信模块20每个信号通道上，也可以仅设置在MIMO通信模块20的一个信号通道上，信道增强电路20对其所处通道的信号进行划分和合并，以使得该通道的射频信号通过至少两根天线与地面控制中心进行数据传输。

[0048]本实施例中，MIMO通信模块的通信状态包括接收状态和发射状态，当MIMO通信模块为发送状态时，MIMO通信模块将射频信号通过天线30发送至地面控制中心，当MIMO通信模块为接收状态时，MIMO通信模块接收地面控制中心发送的射频信号。

[0049]其中，当信号检测单元11可以接收到MIMO通信模块20发送的第一射频信号时，表征MIMO通信模块20处于发射状态，此时信号检测单元11控制第一射频开关12切换至功率放大电路13，功率放大电路13对第一射频信号进行划分，得到多路待发送的信号，并将每一路待发送的信号分别通过不同的天线发送至地面控制中心。

本实施例在保持了MIMO通信模块20以及地面控制中心硬件设施不变的情况下，通过在无人机上增加天线以及功率放大电路13，实现了发送信号的发送通路的增加，具体体现为设置在无人机机臂上的天线的增加，使得无论无人机处于任何一种飞行姿态，都有至少两根天线不受机身阻挡，从而提高地面控制中心接收信号的质量。

[0050]本实施例中，天线30具有输入和输出功能，当天线30接收地面控制中心发送的信号时，此时MIMO通信模块20处于接收状态。

具体地，当信号检测单元11没有接收到MIMO通信模块发送的射频信号时，表征MIMO通信模块20处于接收状态时，此时信号检测单元11控制第一射频开关12切换至低噪声放大电路14，低噪声放大电路14处于导通状态，可以通过与低噪声放大电路14连接的多根天线接收地面控制中心发送的接收信号，低噪声放大电路14将多根天线的接收信号合并为一个第二射频信号，并将该第二射频信号发送至MIMO通信模块20。

[0051]示例性的，多输入多输出MIMO通信模块为双通道MIMO通信模块，即MIMO通信模块具有两个信号通道，每个信号通道上均设有信号增强电路10，在MIMO通信模块处于发射状
态时，功率放大电路13将一路信号分割为2路信号，每一路信号通过对应的天线发送至地面控制中心，则MIMO通信模块的两个信号通道被划分为4路待发射信号，并将每一路待发射信号通过一根天线发送至地面控制中心，即共有4根天线用于进行信号的传输，该4根天线设置在无人机的各个机臂上，使得无论无人机处于任何一种飞行姿态，都有至少两根天线不受机身阻挡。

同样的，在MIMO模块处于接收状态时，上述4根天线接收地面控制中心发送的接收信号，低噪声放大电路14将两根天线上的信号合并为一路信号，得到两路第二射频信号，然后分别通过MIMO通信模块的两个信号通道反馈至MIMO通信模块。

[0052]本申请实施例通过信号增强电路10的设置，在不改变无人机图像传输系统MIMO通信模块以及地面控制中心硬件配置的前提下，实现了无人机上天线的增加，使得无论无人机处于任何一种飞行姿态，都有至少两根天线不受机身阻挡，通过多于原有2根天线的数据传输，提高了无人机图像传输系统和地面控制中心传输数据的可靠性和传输图像的质量。

[0053]由于天线30即具备输入功能，又具备输出功能，则一根天线30即可以与功率放大电路13连接，又可以与低噪声放大电路14连接。

可选地，信号增强电路10还包括与多根天线一一对应的多个第二射频开关15；每个第二射频开关15的一端与对应的天线连接，另一端用于根据信号检测单元11的电平信号连接至功率放大电路13或低噪声放大电路14。

[0054]其中，第二射频开关15和第一射频开关12均通过一个信号检测单元11控制，当MIMO通信模块处于发射状态时，信号检测单元11控制第一射频开关12和第二射频开关15同时切换至功率放大电路13，使得功率放大电路13处于导通状态；当MIMO通信模块处于接收状态时，信号检测单元11控制第一射频开关12和第二射频开关15同时切换至低噪声放大电路14，使得低噪声放大电路14处于导通状态。

通过第二射频开关15的设置，可以支持同一根天线即进行数据输入又进行数据输出。

[0055]图2为本申请一实施例提供的功率放大电路的原理框图，如图2所述，功率放大电路13包括功率分配器131和N个功率放大器132，功率分配器131通过第一射频开关12与MIMO 通信模块20连接，每个功率放大器132均与功率分配器131连接。

[0056]其中，N为大于或等于2的整数。

功率分配器131将第一射频信号划分为N个发射信号，并将N个发射信号分别发送给N个功率放大器132；各个功率放大器132对接收到的发射信号进行功率放大，获得放大后的发射信号。

[0057]示例性的，N为2，则功率放大电路13中的功率分配器131可以将一路第一射频信号划分为2路待发射信号，2个功率放大器132分别对每一路待发射的信号进行放大，获得放大后的发射信号，放大后的发射信号具有较高的抗干扰能力。

[0058]可选地，功率放大器132为高线性的放大器，以实现对低频信号的线性放大。

[0059]本实施例中，每个功率放大器132与对应的天线之间连接一个第二射频开关15；在第二射频开关15导通功率放大器132与对应的天线15之间的电路时，第二射频开关15将放大后的发射信号发送至对应的天线30。

[0060]其中，第二射频开关15由信号检测单元11控制，当信号检测单元11检测到MIMO通信模块发送的射频信号时，信号检测单元11控制所有的第二射频开关15同时切换至功率放大电路13，使得功率放大器132与对应的天线30之间的电路导通。

[0061]本实施例中，功率放大电路13还包括与N个功率放大器一一对应的N个低通滤波器，每个低通滤波器均与对应的功率放大器串联连接，用于对对应的功率放大器生成的放。