一种空域覆盖天线角度二维遥控调节系统
技术领域
本发明涉及天线角度调节技术领域,尤其涉及一种地空无线通信的空域覆盖天线角度二维遥控调节系统。
背景技术
随着人们生活质量的不断提高,网络通讯服务的覆盖范围越来越广,对地面覆盖逐步发展到对空域覆盖,而且天线的架设必须满足塔顶、山顶、楼顶等环境的要求。传统的基站天线利用机械下倾和电下倾不能够便捷有效的满足空域覆盖天线方位角的调整,甚至每次调整都要上塔高空作业,操控人员的安全性得不到保证。为了提高网络覆盖的质量,需要天线的方位角度根据不同的地形进行远距离遥控调节,以满足覆盖范围的要求。因此发明一种天线角度二维遥控调节装置显得尤为迫切。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有的基站天线在角度调节实现覆盖范围变化的设计和功能上存在的问题,提供一种用来调整天线覆盖范围的角度二维遥控调节系统。
下面对本发明的设计原则及原理做详细说明:
1、设计原则
本发明的目的是在满足天线指标和结构强度的前提下与天线本体电气性能要求整体统筹设计。将天线的总体结构做小、重量做轻,天线内设置的二维倾角传感器可以感应天线的实际X(水平)、Y(垂直)方向角度值。天线整体与角度二维遥控调节装置能够防水、防晒、防酸雨腐蚀、防尘、防虫鼠害、防人为破坏等,实现加工工艺简洁、成本低廉、安装调试方便、角度调节准确可靠的特点。
结构方案主要考虑以下因素:
a、天线与角度二维遥控调节装置的连接方式采用螺栓连接,保证天线的结构安全性和可靠性;
b、天线的天线罩无论是局部笼罩(只包天线)还是整体笼罩(包天线和角度二维调节遥控装置),必须保证天线具有防水、防尘、防虫鼠害、防人为破坏功能;
c、天线能够实现在X(水平)方向上的正负角度调节,天线能够实现在Y(垂直)方向上的正负角度调节;
d、天线能够实现在X(水平)方向和Y(垂直)方向上的同时调节,远程遥控器能够实现500米以内的远距离遥控,并且远程遥控器操控简单方便;
e、 遥控调节的角度X(水平)方向和Y(垂直)方向值可以在远程遥控器上准确的反馈显示,同时遥控器能够对每个方向的角度值进行校零,保证在水平面内两个方向角度为零,实现角度调节的准确性;
f、控制总体天线外形尺寸及重量;
g、应控制天线及角度调节装置的零部件数量,提高天线的工作可靠性;
h、天线的安装、调试过程应方便、简单,天线的角度二维遥控调节能够快速准确。
2、具体结构
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种空域覆盖天线角度二维遥控调节系统,包括空域覆盖天线、角度二维遥控调节装置、远程遥控器;
空域覆盖天线包括辐射元(1)、反射板(2);辐射元(1)呈阵列的形式安装在反射板(2)上,与馈电网络连接固定并笼罩天线罩构成空域覆盖天线;
角度二维遥控调节装置包括二维倾角传感器(3)、水平方向角度调整装置、垂直方向角度调整装置、上固定架(7)、水平方向角度调整装置、下固定架(8);
水平方向角度调整装置包括电动伸缩推杆(4),两个支撑铰链(5),转动铰链(6);二维倾角传感器(3)固定在反射板(2)上,两个支撑铰链(5)固定安装在与反射板(2)与上固定架(7)之间,电动伸缩推杆(4)的两端分别通过转动铰链(6)安装在反射板(2)和上固定架(7)上;
垂直方向角度调整装置包括电动伸缩推杆(4),两个支撑铰链(5),转动铰链(6);电动伸缩推杆(4)的两端分别通过转动铰链(6)安装在上固定架(7)和下固定架(8)上,两个支撑铰链(5)固定安装在上固定架(7)与下固定架(8)之间;
两个电动伸缩推杆(4)在空间上呈90°垂直布置;
远程遥控器包括微处理器MCU以及分别与其连接的485芯片、传感器校准按钮、电机控制按钮、液晶显示单元、电源转化模块;微处理器MCU分别通过继电器与两个电动伸缩推杆(4)连接,485芯片与二维倾角传感器(3)连接。
所述电动伸缩推杆(4)包括电机(9)、电缆线(10)、推杆(11)、推杆行程槽(12)、推杆限位槽(13)、减速装置(14);
电动伸缩推杆(4)采用螺母和螺杆配合驱动的方式带动推杆(11)进行运动,动力从电缆线(10)输入带动电机(9)转动,电机(9)和减速装置(14)连接进行减速,推杆限位槽(13)中装有螺母和螺杆部件,螺母和安装在推杆行程槽(12)的推杆(11)相连接,减速装置(14)带动螺杆转动,使螺母带动推杆(11)进行运动,推杆行程槽(12)的长度决定了调节角度的范围,推杆限位槽(13)对推杆(11)的行程进行了限位保护,同时对电动伸缩推杆(4)和天线起到保护作用。
所述传感器校准按钮包括X按钮、Y按钮;所述电机控制按钮包括水平电机按钮、垂直电机按钮;
传感器校准按钮发出操作指令经过微处理器MCU,发出信号给二维倾角传感器(3)传输水平校准编码和垂直校准编码,完成二维倾角传感器的校零工作;电机控制按钮发出操作指令经过微处理器MCU控制两个继电器操纵对应电机的正反转,上下操纵远程遥控器上的电机控制按钮对天线的“水平方向角度值”和“垂直方向角度值”进行调节来实现水平方向和垂直方向的角度值变化。
所述支撑铰链(5)包括开口销(15)、上支撑板(16)、转动轴(17)、下支撑板(18);
上支撑板(16)和下支撑板(18)由转动轴(17)由和开口销(15)限位固定。
所述转动铰链(6)包括转动架(19)、销轴(20)和开口销(15)、转动轴(17);销轴(20)穿过转动架(19)并由开口销(15)限位固定。
所述水平方向角度调整装置中的电动伸缩推杆(4)的上下端分别与两个转动铰链(6)的转动轴(17)连接;电动伸缩推杆(4)上端连接的转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定安装在反射板(2)上,下端连接的转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定安装在上固定架(7)的底部,支撑铰链(5)的上支撑板(16)通过螺栓固定在反射板(2)上,支撑铰链(5)的下支撑板(18)通过螺栓固定在上固定架(7)上;2个支撑铰链(5)和1个转动铰链(6)对反射板(2)三点支撑,确保天线在水平方向角度调整过程中的平稳性。
所述垂直方向角度调整装置的电动伸缩推杆(4)的上下端分别与两个转动铰链(6)的转动轴(17)相连接;电动伸缩推杆(4)上端连接的转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定安装在上固定架(7)上,下端连接的转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定安装在下固定架(8)的底部;支撑铰链(5)的上支撑板(16)通过螺栓固定在上固定架(7)上,支撑铰链(5)的下支撑板(18)通过螺栓固定在下固定架(8)上;2个支撑铰链(5)和1个转动铰链(6)对上固定架(7)三点支撑,确保天线在垂直方向角度调整过程中的平稳性。
本发明中的天线本体与角度调节装置通过螺栓连接保证安全可靠,天线本体上装有二维倾角传感器感应具体的X(水平)方向和Y(垂直)方向上的角度值;
角度调节装置的结构在空间上呈交错90°双层布置,分别控制X(水平)方向和Y(垂直)方向的角度正负调节;具体每一层都装有一个电动伸缩推杆,电动伸缩推杆的两端装有转动铰链,能够灵活的实现每一层的上倾和下倾;
上固定架和下固定架为交错90°双层布置结构提供牢固的支撑;支撑铰链和转动铰链为平衡支撑提供保障,同时能够灵活的实现角度调整;
二维倾角传感器和电缆以及远程遥控器构成远程遥控系统;电缆将2个电动伸缩推杆和二维倾角传感器通过电缆连接至远程遥控器,远程遥控器连接电源提供动力输入(15V直流电压)。通过控制远程遥控器上的两个电机控制按钮完成X(水平)、Y(垂直)两个方向的正负角度调整,二维倾角传感器将具体的X(水平)、Y(垂直)两个方向的具体角度值反馈显示在远程遥控器液晶显示单元的的显示屏幕上,实现天线角度二维远程遥控调节。
3、工作原理
本发明所采用的机械结构方案保证的是天线的安全性、角度调节的功能性和易操作性。天线布置在角度调节装置的上方,角度调节装置空间呈交错90°双层布置,分别由上固定架和下固定架支撑,每层的固定架通过加筋焊接而成从而保证强度和牢固性;上层结构控制天线在X(水平)方向的角度正负调节,下层结构控制天线在Y(垂直)方向的角度正负调节,每一层结构中装有电动伸缩推杆,电动伸缩推杆是采用螺母和螺杆的配合驱动原理实现推杆的伸缩功能,在电机转动通过减速装置进行减速后将速度减低,输出的转速驱动螺杆转动,螺母在螺杆的转动下带动推杆进行伸缩。电动伸缩推杆的两端装有转动铰链实现伸缩过程中的天线的上倾和下倾。在本发明选用实例中的伸缩行程为100mm,分别控制X(水平)、Y(垂直)方向的±30°的角度调节。为确保角度的准确显示,在安装调试完成后对X(水平)、Y(垂直)方向的初始角度进行校零。远程遥控器接有电源动力输入(15V直流电压),远程遥控器上的两个电机控制按钮(水平电机按钮、垂直电机按钮)分别控制X(水平)、Y(垂直)方向的角度调整,电机控制按钮在中间位置电动伸缩推杆处于停止状态,电机控制按钮向上按推杆伸长,天线角度上倾;电机控制按钮向下按推杆收缩,天线角度下倾;电机控制按钮放手自动回位中间停止位置。二维倾角传感器装在天线的反射板上,对天线处于X(水平)、Y(垂直)方向的角度值感应反馈显示在远程遥控器液晶显示单元的显示屏上。
与现有技术相比,本发明能在较小的外形尺寸和重量的情况下实现天线在X(水平)、Y(垂直)方向上的角度调节,调整范围为±30°,有效的克服了现有基站天线角度调整范围缺陷,提高了天线角度调整的可靠性与人员操作的安全性,使天线的角度调整操作更加简便,也降低了天线的安装调试和角度调整难度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图;
图2为本发明的整体轴侧视图;
图3为本发明中远程遥控器的结构组成原理图;
图4为本发明中电动伸缩推杆结构示意图;
图5为本发明中电动伸缩推杆内部连接结构示意图;
图6为本发明中支撑铰链结构示意图;
图7为本发明中转动铰链结构示意图;
图8为安装在本发明中的天线罩整体结构示意图;
图9为天线罩局部安装的结构示意图;
图10为本发明中远程遥控器的外部结构示意图;
其中:
1—辐射元,2—反射板,3—二维倾角传感器,4—电动伸缩推杆,5—支撑铰链,6—转动铰链,7—上固定架,8—下固定架,9—电机,10—电缆线,11—推杆,12—推杆行程槽,13—推杆限位槽,14—减速装置,15—开口销,16—上支撑板,17—转动轴,18—下支撑板,19—转动架,20—销轴,21—整体天线罩,22—局部天线罩,23—螺母,24—螺杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明:
本发明包括天线、角度二维调节装置以及远程遥控器。
如图1所示,天线包括辐射元(1)、反射板(2)以及馈电网络。
如图1和图2所示,角度二维调节装置具体包括二维倾角传感器(3)、水平方向角度调整装置、垂直方向角度调整装置、上固定架(7)、下固定架(8);
水平方向角度调整装置包括电动伸缩推杆(4),两个支撑铰链(5),转动铰链(6);二维倾角传感器(3)固定在反射板(2)上,两个支撑铰链(5)固定安装在与反射板(2)与上固定架(7)之间,电动伸缩推杆(4)的两端分别通过转动铰链(6)安装在反射板(2)和上固定架(7)上;
垂直方向角度调整装置包括电动伸缩推杆(4),两个支撑铰链(5),转动铰链(6);电动伸缩推杆(4)的两端分别通过转动铰链(6)安装在上固定架(7)和下固定架(8)上,两个支撑铰链(5)固定安装在上固定架(7)与下固定架(8)之间;
如图3、图10所示,远程遥控器包括微处理器MCU以及分别与其连接的485芯片、传感器校准按钮、电机控制按钮、液晶显示单元、电源转化模块;微处理器MCU分别通过继电器与两个电动伸缩推杆(4)连接,485芯片与二维倾角传感器(3)连接;传感器校准按钮包括X按钮、Y按钮;电机控制按钮包括水平电机按钮、垂直电机按钮。
传感器校准按钮发出操作指令经过微处理器MCU,发出信号给二维倾角传感器(3)传输水平校准编码和垂直校准编码,完成二维倾角传感器的校零工作;电机控制按钮(水平电机按钮、垂直电机按钮)发出操作指令经过微处理器MCU控制两个继电器操纵对应电机的正反转,上下操纵远程遥控器上的电机控制按钮(水平电机按钮、垂直电机按钮)对天线的“水平方向角度值”和“垂直方向角度值”进行调节来实现水平方向和垂直方向的角度值变化。
如图4、图5所示,电动伸缩推杆(4)包括电机(9)、电缆线(10)、减速装置(14)、推杆(11)、推杆行程槽(12)、推杆限位槽(13)。
如图6所示,支撑铰链(5)包括上支撑板(16)、下支撑板(18)、转动轴(17)、开口销(15)。
如图7所示,转动铰链(6),包括转动架(19)、销轴(20)和开口销(15)。
具体连接关系为:
二维倾角传感器(3)安装固定在反射板(2)上,对天线的X(水平)、Y(垂直)方向的角度值进行感应和反馈,二维倾角传感器(3)的输出线与远程遥控器连接。
上固定架(7)和下固定架(8)是用不锈钢板材经过加工焊接而成,为整个支撑框架提供牢固稳定的保证。
上固定架(7)与反射板(2)之间通过2个支撑铰链(5)和1个转动铰链(6)连接,支撑铰链(5)的上支撑板(16)通过螺栓固定在反射板(2)上,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在反射板(2)上,三点支撑保证了牢固可靠性。上固定架(7)与反射板(2)之间装有1个电动伸缩推杆(4),电动伸缩推杆(4)的两端是通过转动铰链(6)固定在上固定架(7)与反射板(2)的,电动伸缩推杆(4)的下端是和转动铰链(6)的销轴(20)连接,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在上固定架(7)的底部,电动伸缩推杆(4)的上端同样和转动铰链(6)的销轴(20)连接,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在反射板(2)的底部,电动伸缩推杆(4)的电缆线(10)与远程遥控器连接,这样就构成了天线在X(水平)方向的角度调节装置。
下固定架(8)与上固定架(7)之间通过2个支撑铰链(5)和1个转动铰链(6)连接,支撑铰链(5)的上支撑板(16)通过螺栓固定在上固定架(7)上,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在上固定架(7)上,三点支撑保证了Y方向调节角度的牢固可靠性。上固定架(7)与下固定架(8)之间装有1个电动伸缩推杆(4),电动伸缩推杆(4)的两端分别装有1个转动铰链(6),电动伸缩推杆(4)的下端是和转动铰链(6)的销轴(20)连接,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在下固定架(8)的底部,电动伸缩推杆(4)的上端同样和转动铰链(6)的销轴(20)连接固定,转动铰链(6)的转动架(19)通过螺栓固定在上固定架(7)的底部,电动伸缩推杆(4)的电缆线(10)与远程遥控器连接,这样就构成了天线在Y(垂直)方向的角度调节装置。
电动伸缩推杆(4)利用螺母和螺杆的配合驱动原理来实现推杆(11)的伸缩,动力输入电机(9)转动,电机(9)和减速装置(14)连接进行减速并带动推杆行程槽(12)中的螺杆转动,螺母和螺杆配合安装,电机(9)的正反转动传递给螺杆的正反驱动,从而迫使螺母带动推杆(11)进行伸缩运动。在本实例中推杆行程槽(12)的长度决定了推杆(11)的行程为100mm,推杆限位槽(13)的安装保证了推杆(11)在伸缩过程中在两端的限位,从而保护了电动伸缩推杆(4),同时在角度调整过程中也对天线起到保护作用。
支撑铰链(5)的上支撑板(16)和下支撑板(18)的“U”形状口对接通过转动轴(17)连接,开口销(15)将转动轴(17)定位固定。转动铰链(6)的销轴(20)穿过转动架(19)被开口销(15)定位固定。支撑铰链(5)和转动铰链(6)给整个装置的灵活转动提供保证和支撑。
远程遥控器输出的线缆分别连接2个电动伸缩推杆(4)和二维倾角传感器(3),远程遥控器电源接入端口与电源线相连接,为操作提供动力,这样就构成角度二维遥控调节系统,为操作带来安全和方便。
远程遥控器的工作原理:电源动力是220V市电输入通过电源适配器转化为直流电源15V,也可以直接输入便携式直流电源15V,15V的直流电直接对水平电机和垂直电机以及二维倾角传感器供电,15V电源经过电源转化变为5V给微处理器MCU供电;传感器校准按钮(X按钮, Y按钮)发出操作指令经过微处理器MCU,发出信号经过485芯片经过C、D命令通道给二维倾角传感器传输水平校准编码和垂直校准编码,完成二维倾角传感器的校零工作;电机控制按钮(水平电机按钮,垂直电机按钮)发出操作指令经过微处理器MCU控制两个继电器操纵对应电机的正反转,同时经过485芯片的A、B命令通道将水平角度编码(实时)信号和垂直角度编码(实时)信号传输至二维倾角传感器,同时二维倾角传感器通过485芯片的A、B命令通道将X(水平)、Y(垂直)方向的角度值编码传输至微处理器MCU,微处理器MCU和液晶显示单元相连,将“水平方向角度值:”和“垂直方向角度值:”进行实时显示。
操作实施过程:
本发明装配调试完毕后将其放在水平面内,调整角度使得天线的反射板在水平面内(水平、垂直方向的角度值为零),然后对远程遥控器进行X(水平)、Y(垂直)方向校零;具体校零方法:1、将本发明放在相对水平的地面上,拆下天线罩;2、用远程遥控器控制天线,利用水平仪或者水平尺检查天线反射板平面是否为水平零度;3、当确认天线反射板平面为水平平面时,同时按住远程遥控器的两个校准按钮(X按钮、Y按钮),1秒钟后松开即实现校零;4、装上天线罩。校零后的零点具有掉电保护功能,即非特殊情况下无需再校零。
操控远程遥控器上的电机控制按钮(水平电机按钮和垂直电机按钮)对天线的“X方向角度值”和“Y方向角度值”进行调节,具体的通过上下操纵两个按钮来实现X(水平)方向和Y(垂直)方向的角度值变化,本发明实例中远程遥控距离为500m。
向上按水平电机按钮,装在上固定架(7)的电动伸缩推杆(4)进行工作,推杆(11)伸长,推动反射板(2)在X方向上倾,二维倾角传感器(3)感应反馈在远程遥控器的屏幕上显示“X方向角度值”逐渐增大。向下按水平电机按钮,装在上固定架(7)的电动伸缩推杆(4)进行工作,推杆(11)收缩,推动反射板(2)在X方向下倾,二维倾角传感器(3)感应反馈在远程遥控器的屏幕上显示“X方向角度值”逐渐减小。松手操作水平电机按钮,水平电机按钮自动复中间位置,电动伸缩推杆(4)停止工作,远程遥控器的屏幕上显示“X方向角度值”停止变化。
向上按垂直电机按钮,装在下固定架(8)的电动伸缩推杆(4)进行工作,推杆(11)伸长,推动上固定架(7)和反射板(2)整体在Y方向上倾,二维倾角传感器(3)感应反馈在远程遥控器的屏幕上显示“Y方向角度值”逐渐增大。向下按垂直电机按钮,装在下固定架(8)的电动伸缩推杆(4)进行工作,推杆(11)收缩,推动上固定架(7)和反射板(2)整体在Y方向下倾,二维倾角传感器(3)感应反馈在远程遥控器的屏幕上显示“Y方向角度值”逐渐减小。松手操作垂直电机按钮,垂直电机按钮自动复中间位置,电动伸缩推杆(4)停止工作,远程遥控器的屏幕上显示“Y方向角度值”终止变化。
同时对远程遥控器的水平电机、垂直电机按钮进行操作,2个电动伸缩推杆(4)的推杆(11)同时进行伸缩运动,天线在X方向和Y方向的角度同时进行调整。角度调节至所需的角度值后停止操作。
总之,本发明实例实现整机外形尺寸和重量较小的情况能够便捷的调节天线的X方向和Y方向的角度,本实例调节的角度范围值为±30°,能够满足天线覆盖范围的角度调节需求。在角度调节的过程中操作简单降低了调试难度同时也提高了操作人员的安全性。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。