Data-link Antenna Design for Drone Control

드론 제어용 데이터링크 안테나 설계

Abstract

The C-band omni-directional antenna for drone control is mounted on the top or bottom and used to configure the communication link. The communication link is affected by the LOS depending on the mounting position of the omni-directional antenna. In this paper, two kinds of embedded antennas were designed with a commercial simulation tool CST MWS, and EM analysis was performed to consider the mounting environment. Also, we propose the PTMP ground antenna to control a large number of drones. The ground antenna has a communication link of 30km, and it consists of four sector antennas in the horizontal direction and one directional antenna at the top.

드론 제어를 위한 C대역 무지향성 안테나는 드론의 상부 또는 하부에 장착되어 통신링크를 구성하기 위해 사용된다. 통신링크는 무지향성 안테나 장착위치에 따라 LOS(: Line Of Sight)의 영향을 받게 된다. 본 논문에서는 드론 탑재를 위한 내장형 안테나 2종을 상용 시뮬레이션 툴인 CST MWS로 설계하고, 장착 환경을 고려한 EM(: Electro Magnetic) 해석을 수행하였다. 또한, 다수의 드론을 제어하기 위한 PTMP(: Point To Multi Point) 지상안테나를 제안하였다. 지상안테나는 30km의 통신반경을 갖기 위해 수평방향으로 4개의 섹터안테나와 상부에 1개의 지향성안테나로 구성하였다.

그림 1. 드론 시스템 분류 Fig. 1 Drone system classification

그림 2. 데이터링크 시스템 구성 Fig. 2 Data-link system composition

그림 3. 드론 안테나 장착 위치 Fig. 3 Drone antenna mount position

그림 4. 다이폴 안테나 형상 Fig. 4 Dipole antenna shape

그림 5. 다이폴 안테나 VSWR M&S 결과 Fig. 5 Dipole antenna VSWR M&S results

그림 6. 수직패턴 M&S 결과 Fig. 6 Vertical pattern M&S results

그림 7. 수평패턴 M&S 결과 Fig. 7 Horizontal pattern M&S results

그림 8. 모노폴 안테나 형상 Fig. 8 Monopole antenna shape

그림 9. 모노폴 안테나 VSWR M&S 결과 Fig. 9 Monopole antenna VSWR M&S results

그림 10. 수직패턴 M&S 결과 Fig. 10 Vertical pattern M&S results

그림 11. 수평패턴 M&S 결과 Fig. 11 Horizontal pattern M&S results

그림 12. 드론 형상 및 안테나 위치 Fig. 12 Drone shape & antenna position

그림 13. 드론 배면(수직) Fig. 13 Drone bottom(vertical)

그림 14. 드론 배면(수평) Fig. 14 Drone bottom(horizontal)

그림 15. 드론 다리(수직) Fig. 15 Drone leg(vertical)

그림 16. 드론 다리(수평) Fig. 16 Drone leg(horizontal)

그림 17. 모터 하부(수직) Fig. 17 Motor lower(vertical)

그림 18. 모터 하부(수평) Fig. 18 Motor lower(horizontal)

그림 19. 지상안테나 형상 Fig. 19 Ground antenna shape

그림 20. 섹터안테나 수직패턴 특성 Fig. 20 Sector antenna vertical pattern characteristic

그림 21. 섹터안테나 수평패턴 특성 Fig. 21 Sector antenna horizontal pattern characteristic

그림 22. 멀티 빔 수직패턴 특성 Fig. 22 Multi beam vertical pattern characteristic

그림 23. 멀티 빔 수평패턴 특성 Fig. 23 Multi beam horizontal pattern characteristic

그림 24. 지상안테나 3차원 빔 패턴 Fig. 24 Ground antenna 3 dimension beam pattern

그림 25. 지상안테나 수직패턴 분석결과 Fig. 25 Ground antenna vertical pattern analysis results

표 1. 지상안테나 빔 패턴 요구사항 Table 1. Ground antenna beam pattern requirement

표 2. 탑재안테나 제원 Table 2. Air Antenna specifications

표 3. 안테나 장착 위치 Table 3. Antenna mount position