近年来，随着无人机技术的飞速发展，其在各个领域的应用日益广泛。从航拍、测绘到物流配送、农业植保，无人机凭借其独特的优势，为人们的生产生活带来了极大的便利。然而，随着无人机数量的不断增加，低空飞行的安全与高效问题也日益凸显。在这其中，无人机通信天线作为实现无人机与地面控制站之间通信的关键部件，其性能的优劣直接影响着低空飞行的安全性和高效性。
低空飞行领域正经历着爆发式的增长。在物流行业，无人机配送逐渐从概念走向现实，众多电商和物流企业纷纷开展相关试点项目，期望利用无人机实现“最后一公里”的快速配送。在农业领域，植保无人机能够高效地完成农药喷洒、施肥等作业，大大提高了农业生产效率。但低空飞行环境复杂多变，面临诸多挑战。低空区域存在大量的障碍物，如建筑物、树木、高压线等，无人机在飞行过程中极易发生碰撞事故。同时，低空飞行受到天气因素的影响较大，强风、降雨、大雾等恶劣天气会严重影响无人机的飞行性能和稳定性。随着无人机数量的不断增加，空域资源变得愈发紧张，如何实现高效的空域管理成为亟待解决的问题。无人机扰航事件也时有发生，一些未经许可的无人机进入机场净空保护区等限制区域，对民航飞机等航空器的正常飞行造成干扰和影响，严重威胁到航班的飞行安全。
无人机通信天线负责无人机与遥控器或地面站之间的信号传输和接收，对保证无人机安全、高效地飞行起着至关重要的作用。当无人机接收到遥控器的信号时，它会处理命令并执行相应的操作。同样，无人机向遥控器发送信号时，会提供有关其飞行状态的信息，如高度、速度、电池电量和GPS坐标等，这些信息显示在遥控器的屏幕上，让飞行员可以监控无人机的飞行并进行必要的调整。无人机天线需确保这些信号即使在远距离也能有效传输和接收，设计上要提供强大而稳定的连接，最大限度地减少信号丢失或干扰。在有障碍物或干扰的区域，如建筑物密集或拥挤的城市环境中飞行时，这一点尤为重要。建筑物会对信号产生遮挡和反射，导致信号衰减和干扰，而性能优良的通信天线能够通过优化的天线设计和信号处理算法，保持稳定的通信链路，确保无人机准确接收控制指令并及时回传飞行数据。
在低空飞行环境中，无人机通信天线面临着严重的信号干扰与衰减问题。除了建筑物等障碍物对信号的遮挡和反射外，其他电子设备产生的电磁干扰也会对通信信号造成影响。在机场附近，众多的航空电子设备、地面通信设备等会产生复杂的电磁环境，干扰无人机的通信信号。天气因素如降雨、沙尘等同样会导致信号衰减，雨滴对电磁波具有吸收和散射作用，在大雨天气下，无人机通信信号的强度会明显减弱，甚至可能导致通信中断。与此同时，随着无人机向小型化、轻量化方向发展，对通信天线的尺寸和重量也提出了严格要求。但减小天线尺寸往往会牺牲天线的性能，如增益、带宽等。传统的大型天线虽然能够提供较好的通信性能，但由于体积和重量较大，不适合安装在小型无人机上；而一些小型化天线在信号传输距离和抗干扰能力方面又存在不足，如何在保证天线小型化的前提下实现高性能的通信，成为当前面临的一个重要技术难题。在多无人机协同作业场景中，如物流配送中的多架无人机编队飞行、农业植保中的多机同时作业等，需要实现多架无人机之间以及无人机与地面控制站之间的高效通信协同。然而，多架无人机在同一空域内飞行时，它们之间的通信信号容易产生相互干扰，导致通信质量下降，如何合理分配通信资源，避免多无人机通信中的干扰，实现协同作业的高效通信，也是通信天线技术需要解决的问题之一。
为了应对信号干扰与衰减问题，研究人员开发了一系列先进的天线设计技术。其中，智能天线技术备受关注。智能天线通过自适应算法，能够根据周围环境的变化自动调整天线的辐射方向和增益，从而有效地减少信号干扰，提高信号传输质量。相控阵天线就是一种典型的智能天线，它由多个天线单元组成，通过控制每个单元的相位和幅度，可以实现波束的灵活扫描和指向。在无人机飞行过程中，相控阵天线能够实时跟踪地面控制站的方向，将波束聚焦在该方向上，增强信号强度，同时抑制其他方向的干扰信号。采用高增益天线也是提高信号传输距离和抗干扰能力的有效手段，高增益天线能够将信号能量集中在特定方向上发射，从而增加信号的传播距离，在一些长距离无人机应用场景中，如电力巡检、森林防火监测等，使用高增益天线可以确保无人机在远离地面控制站的情况下仍能保持稳定的通信。
针对天线小型化与高性能需求的矛盾，研究人员提出了多种解决方案。采用新型的天线材料和结构是其中之一，使用具有高介电常数的材料可以减小天线的尺寸，同时通过优化天线的结构设计，如采用折叠、弯曲等方式，可以在有限的空间内实现复杂的天线功能。采用微带天线、印刷天线等平面天线技术也是实现天线小型化的重要途径，这些平面天线可以直接印刷在电路板上，具有体积小、重量轻、成本低等优点，并且通过合理的设计可以满足一定的性能要求。为进一步提升小型化天线的性能，还可以结合信号处理技术。采用分集接收技术，通过在无人机上安装多个天线，接收不同路径的信号，然后对这些信号进行合并处理，可以提高信号的可靠性和抗衰落能力。利用数字信号处理算法对接收信号进行滤波、均衡等处理，也可以改善信号质量，弥补小型化天线在性能上的不足。
在多无人机通信协同方面，主要采用频谱资源管理、自组织网络和协同通信协议等技术手段。通过合理分配不同无人机的通信频段，采用动态频谱分配算法，根据无人机的实时位置、通信需求等因素，实时调整频谱资源的分配，可以避免无人机之间的信号干扰，提高频谱利用率。多架无人机可以组成自组织网络，在网络中，无人机之间可以自动建立通信链路，并根据网络拓扑结构的变化自动调整路由，这样即使部分无人机出现故障或通信链路中断，其他无人机仍能通过网络中的其他路径进行通信，保证协同作业的顺利进行。制定专门的多无人机协同通信协议，规定无人机之间的通信格式、数据交互方式等，能够确保它们准确、高效地进行信息共享和协同作业。在物流配送的多无人机编队飞行中，通过协同通信协议，无人机可以实时共享飞行速度、位置、货物状态等信息，实现编队的紧密协作和高效运行。
随着低空飞行器数量的增加，单一的通信功能已无法应对复杂多变的飞行环境，低空主动感知成为保障飞行安全、提升空域管理效率的核心技术。通感一体化技术将通信和感知功能融合在一起，为低空飞行带来了新的解决方案。从空域建设和管理角度看，通过感知功能可以实现空域的栅格化管理，在GNSS信号受到干扰时仍能确保飞行器在复杂环境中正常飞行。在监测和监控方面，感知功能可实时监控合作飞行器是否有飞出航线或超速等情况，对非法无人机进行轨迹跟踪和定位。在起降引导方面，依赖感知功能，低空飞行能够顺利避障并精确降落，地面控制中心可调度多架无人机有序起降。在导航辅助方面，感知功能可以获取地形、气象条件和其他飞行器位置等实时信息，同时感知系统还具备碰撞预警和智能航路规划的功能，最大化利用空域资源。
随着技术的不断进步，无人机通信天线在保障低空飞行安全与高效方面将发挥更加重要的作用。通信天线技术将不断创新，性能进一步提升。随着6G技术的研究和发展，与之相适应的新型通信天线将具备更高的传输速率、更低的时延和更强的抗干扰能力，为无人机低空飞行提供更可靠的通信保障。
