CN106549228A - 天线、转向单元、无线通信装置及转向控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天线、与其对应的转向单元、无线通信装置及转向控制方法。该天线包括壳体、天线端、旋转端及转轴，该天线端及旋转端分别设置在壳体内相对的两端，该转轴设置于该天线端与该旋转端之间，且靠近旋转端，该旋转端可在磁力作用下以转轴为轴转动。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线、与其对应的转向单元、无线通信装置及转向控制方法，尤其涉及一种可调整方向的天线、与其对应的转向单元、无线通信装置及转向控制方法。
背景技术
现有无线通信装置进行无线网络连接时，因天线各方向辐射场形不同或者外部障碍物的阻挡，在特定方向上的信号强度可能会比较弱，导致连线速率低小，甚至断线，存在方向性的问题。
发明内容
针对上述问题，有必要提供一种可调整方向的天线。
再者，有必要提供一种与该天线对应的转向单元。
另外，有必要提供一种与该天线对应的无线通信装置。
此外，有必要提供一种与该天线对应的转向控制方法。
一种天线，该天线包括壳体、天线端、旋转端及转轴，该天线端及旋转端分别设置在壳体内相对的两端，该转轴设置于该天线端与该旋转端之间，且靠近该旋转端，该旋转端可在磁力作用下以转轴为轴转动。
一种转向单元，用以对天线进行转向，该转向单元包括电磁铁、与该电磁铁电性相连的转向电路，该转向电路可控制电磁铁的产生磁力来控制天线转向。
一种无线通信装置，该无线通信装置包括天线及转向单元，该转向单元包括电磁铁、与该电磁铁电性相连的转向电路，该转向电路可控制电磁铁的产生磁力来控制天线转向。
一种天线转向控制方法，该方法包括以下步骤：
收集天线位于若干位置的指示信号强度的参数；
确定天线的最佳辐射位置，并设定为对应的排斥力/吸引力大小，使得天线转动至该最佳辐射位置。
本发明所述的无线通信装置可通过该转向单元可控制天线转动，以调整其方向至最佳辐射位置，并获得稳定的辐射性能。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例的无线通信装置的天线的剖面图。
图2是本发明的较佳实施例的无线通信装置的转向单元的功能模块图。
图3是本发明的较佳实施例的转向单元对天线产生排斥力的示意图。
图4是本发明的较佳实施例的转向单元对天线产生吸引力的示意图。
图5是本发明的较佳实施例的无线通信装置的转向单元的电路图。
图6是本发明的另一较佳实施例的无线通信装置的转向单元的功能模块图。
图7是本发明的另一较佳实施例的无线通信装置的转向单元的电路图。
图8是本发明的较佳实施例的转向单元的工作流程图。
主要元件符号说明
| 天线 | 10 |
| 壳体 | 11 |
| 天线端 | 13 |
| 旋转端 | 15 |
| 永久磁铁 | 151 |
| 转轴 | 17 |
| 转向单元 | 30、50 |
| 电磁铁 | 31 |
| 转向电路 | 35 |
| CPU | 351 |
| 第一通用输入/输出引脚 | GPIO1 |
| 第二通用输入/输出引脚 | GPIO2 |
| 第三通用输入/输出引脚 | GPIO3 |
| D/A转换器 | 352 |
| 第一运算放大器 | OP1 |
| 第二运算放大器 | OP2 |
| 第一至第八电阻 | R1-R8 |
| 电源 | V+、V- |
| 同相输入引脚 | IN+ |
| 反相输入引脚 | IN- |
| 输出引脚 | OUT |
| 反向器 | 353 |
| 开关 | 355 |
| 第一切换端 | A1 |
| 第二切换端 | A2 |
| 连接端 | A3 |
| 电压/电流转换器 | 357、358 |
| 第三运算放大器 | OP3 |
| 第四运算放大器 | OP4 |
| 第五运算放大器 | OP5 |
| 调节电阻 | Ra |
| 输出电阻 | RL |
| 电容 | C0 |
| 第一至第四晶体管 | Q1-Q4 |
| 栅极 | G |
| 源极 | S |
| 漏极 | D |
| 基极 | B |
| 集电极 | C |
| 发射极 | E |
| 第一二极管 | D1 |
| 第二二极管 | D2 |
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1及图2，本发明较佳实施例的无线通信装置，该无线通信装置包括天线10及转向单元30。该转向单元30可控制天线10转动以调整其方向，使其转至最佳位置，从而获得稳定的辐射性能。
该天线10包括壳体11、天线端13、旋转端15及转轴17，该壳体11大致呈长条状，该天线端13及旋转端15分别设置在壳体11内相对的两端。该天线端13为天线辐射主体，用以收发信号。该旋转端15包括永久磁铁151。该转轴17设置于天线端13与旋转端15之间，且略靠近旋转端15的一端。该旋转端15在转向单元30提供的磁力作用下以转轴17为轴转动，从而调整天线端13的方向。
该转向单元30包括电磁铁31以及与该电磁铁31电性相连的转向电路35。该转向电路35可控制电磁铁31产生的磁力来控制天线10转向。
该转向电路35包括中央处理器（Central
Processing Unit， CPU）351、D/A转换器352、反向器353、开关355及电压/电流转换器357。该CPU351与D/A转换器352电性连接，该D/A转换器352一端直接与开关355电性相连，另一端经该反向器353与该开关355电性相连，该开关355与电压/电流转换器357电性连接。
该CPU351可检测天线10收发信号的强度，并根据所检测的收发信号的强度向D/A转换器352提供不同电压及控制开关355的切换。该D/A转换器352将CPU351提供的电压进行数模转换。该反向器353将该电压进行反向。该开关355为单刀双掷开关，用以选择D/A转换器352与反向器353二者之一与电压/电流转换器357相连。该电压/电流转换器357将D/A转换器352或反向器353输出的电压转换为电流输出至电磁铁31，以控制该电磁铁31磁力大小及极性方向。
在本较佳实施例中，该D/A转换器352或反向器353输出的电压可使电磁铁31对天线10分别产生吸引力和排斥力。请参阅图3及图4，当该CPU351控制该开关355选择D/A转换器352与该电压/电流转换器357相连时，电磁铁31对天线10产生排斥力，使得旋转端15以转轴17为轴沿顺时针旋转，并带动天线端13相应地转动。当该CPU351控制该开关355选择反向器353与该电压/电流转换器357相连时，电磁铁31对天线10产生吸引力，使得旋转端15以转轴17为轴沿逆时针旋转，并带动天线端13相应地转动。如此，该天线10的方向可进行调整，直至转动至较佳角度。
请参阅图5，在本较佳实施例中，该CPU351包括第一通用输入/输出引脚GPIO1、第二通用输入/输出引脚GPIO2及第三通用输入/输出引脚GPIO3。
该D/A转换器352包括第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4。第一运算放大器OP1包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该同相输入引脚IN+接地。该第一通用输入/输出引脚GPIO1、第二通用输入/输出引脚GPIO2及第三通用输入/输出引脚GPIO3分别经第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3连接至反相输入引脚IN-，同时经第四电阻R4与输出引脚OUT相连。该输出引脚OUT与该反向器353相连。
该反向器353包括第二运算放大器OP2、第五电阻R5及第六电阻R6。第二运算放大器OP2包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该同相输入引脚IN+接地。该反相输入引脚IN-经第五电阻R5与第一运算放大器OP1的输出引脚OUT相连，同时还经第六电阻R6与第二运算放大器OP2的输出引脚OUT相连。该输出引脚OUT与该开关355相连。
该开关355包括第一切换端A1、第二切换端A2及连接端A3。该第一切换端A1与第二切换端A2分别与第一运算放大器OP1与第二运算放大器OP2的输出引脚OUT相连。该连接端A3与电压/电流转换器357相连。该开关355同时还与CPU351相连。该CPU351可控制连接端A3切换连接至第一切换端A1与第二切换端A2之间。
该电压/电流转换器357包括第三运算放大器OP3及调节电阻Ra。第三运算放大器OP3包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该同相输入引脚IN+与开关355的连接端A3相连。上述第一至第三运算放大器OP1均连接至电源V+及电源V-，以获得工作电压。
该电磁铁31具有内阻(图中标示为RL)。因此，该调节电阻Ra与该电磁铁31串联至第三运算放大器OP3的输出引脚OUT与地之间。该调节电阻Ra连接至第三运算放大器OP3的输出引脚OUT的一端还通过一电容C0接地。该调节电阻Ra连接至电磁铁31的一端还连接至一第一二极管D1的正极及一第二二极管D2的负极。该第一二极管D1的负极连接电源V+，该第二二极管D2的正极连接电源V-。在本实施例中，该第一二极管D1及第二二极管D2为保护电感类元件（例如电磁铁）的飞轮二极管（Flywheel
Diode）。该第三运算放大器OP3的输出引脚OUT通过调节电阻Ra与电磁铁31相连，以向其输出电流。
请参阅图6，本发明的另一较佳实施例的无线通信装置的转向单元50与转向单元30的结构大致相同，不同之处仅在于该转向单元50包括电压/电流转换器358代替电压/电流转换器357，该CPU351与D/A转换器352电性连接，该D/A转换器352一端直接与该电压/电流转换器358电性相连，另一端经该反向器353与该电压/电流转换器358电性相连，该电压/电流转换器358与开关355电性连接。
在本较佳实施例中，该CPU351可检测天线10收发信号的强度，并根据所检测的收发信号的强度向D/A转换器352提供不同电压及控制开关355的切换。该D/A转换器352将CPU351提供的电压进行数模转换。该反向器353将该电压进行反向。该电压/电流转换器358将D/A转换器352或反向器353输出的电压分别转换为两路方向不同的电流。该开关355为单刀双掷开关，用以选择其中一路电流输出至电磁铁31，以控制该电磁铁31磁力大小及极性方向。
请参阅图7，在本较佳实施例中，该CPU351包括第一通用输入/输出引脚GPIO1、第二通用输入/输出引脚GPIO2及第三通用输入/输出引脚GPIO3。
该D/A转换器352包括第一运算放大器OP1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第四电阻R4。第一运算放大器OP1包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该同相输入引脚IN+接地。该第一通用输入/输出引脚GPIO1、第二通用输入/输出引脚GPIO2及第三通用输入/输出引脚GPIO3分别经第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3连接至反相输入引脚IN-，同时经第四电阻R4与输出引脚OUT相连。该输出引脚OUT与该反向器353相连。该反向器353包括第二运算放大器OP2、第五电阻R5及第六电阻R6。第二运算放大器OP2包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该电源引脚VCC连接电源V。该同相输入引脚IN+接地。该反相输入引脚IN-经第五电阻R5与第一运算放大器OP1的输出引脚OUT相连，同时还经第六电阻R6与第二运算放大器OP2的输出引脚OUT相连。该输出引脚OUT与电压/电流转换器358相连。
该电压/电流转换器358包括第四运算放大器OP4、第一晶体管Q1、第七电阻R7、第二晶体管Q2、第五运算放大器OP5、第三晶体管Q3、第八电阻R8、第四晶体极管Q4以及调节电阻Ra。在本较佳实施例中，该第一、三晶体体管Q1、Q3为N沟道场效应管。该第二、四晶体体管Q2、Q4为NPN型三极管。
第四运算放大器OP4包括同相输入引脚IN+、反相输入引脚IN-及输出引脚OUT。该同相输入引脚IN+与第三运算放大器OP3的输出引脚OUT相连。该反相输入引脚IN-经第七电阻与第一晶体管Q1的源极S相连，同时还与开关355相连。该输出引脚OUT与第一晶体管Q1的栅极G相连。该第二晶体管Q2的基极B与第一晶体管Q1的源极S相连；集电极C与第一晶体管Q1的漏极D相连，同时连接至电源V+；发射极E与开关355相连。
第五运算放大器OP5、第三晶体管Q2、第七电阻R7及第四晶体极管Q2的连接方式与工作原理，与上述的第四运算放大器OP4、第一晶体管Q1、第七电阻R7、第二晶体管Q2大致对应相同，不同之处仅在于，该第四晶体管Q2的集电极C与第三晶体管Q2的漏极D相连，同时与开关355相连；发射极E连接至电源V-。上述第一至第五运算放大器OP1至OP5均连接至电源V+及电源V-，以获得工作电压。
该开关355包括第一切换端A1、第二切换端A2及连接端A3。该第一切换端A1与第二切换端A2分别与第二晶体管Q2的发射极E及第四晶体管Q4的集电极C相连。该电磁铁31具有内阻(图中标示为RL)。因此，该连接端A3经串联的调节电阻Ra与电磁铁31接地，同时还经电容C0接地。在本实施例中，该电容C0为滤波稳压电容。该调节电阻Ra连接至电磁铁31的一端还连接至一第一二极管D1的正极及一第二二极管D2的负极。该第一二极管D1的负极连接电源V+，该第二二极管D2的正极连接电源V-。在本实施例中，该第一二极管D1及第二二极管D2为保护电感类元件（例如电磁铁）的飞轮二极管（Flywheel Diode）。该开关355还与CPU351相连。该CPU351可控制连接端A3切换连接至第一切换端A1与第二切换端A2之间。该连接端A3通过调节电阻Ra与电磁铁31相连，以向其输出电流。
可以理解，该电磁铁31磁力大小可通过CPU提供的电压大小进行控制，还可通过改变电磁铁31的线圈的匝数，电磁铁31的磁性材料，旋转端15内永久磁铁151的重量，天线10的重量，永久磁铁151与电磁铁31的距离及修正调节电阻Ra的阻值来调整。
本实施例中，为描述方便，仅示出该CPU351包括三个通用输入/输出引脚（即第一通用输入/输出引脚GPIO1、第二通用输入/输出引脚GPIO2及第三通用输入/输出引脚GPIO3），该三个通用输入/输出引脚分别连接至该D/A转换器352的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3（即该D/A转换器352为3-bit D/A转换器，用以输出8阶不同电压）。可以理解的是，在其他实施例中，该CPU351中通用输入/输出引脚的数量可根据具体情况进行调整，例如该CPU351可包括N个通用输入/输出引脚，对应的，所述N个通用输入/输出引脚分别连接至该D/A转换器352的N个电阻，即所述D/A转换器相应的调整为N-bit D/A转换器。
请一并参阅图8，本发明所述的转向单元30、50控制天线10转动至最佳辐射位置的工作流程包括以下步骤：
步骤601，收集天线10位于初始位置的指示信号强度的参数，例如，RSSI（Receive
Signal Strength Indicator，接收的信号强度指示），SNR（Signal Noise Ratio，信噪比）及连线速率。
步骤602，选择对天线10产生排斥力，具体地，可通过控制开关355选择D/A转换器352与电压/电流转换器357、358相连实现。
步骤603，设定排斥力的大小，使得天线10转动至下一位置，具体地，可为增加排斥力的大小，将CPU351当前输出电压的通用输入/输出引脚数目增加，例如，当前为第一通用输入/输出引脚GPIO1输出电压至D/A转换器352，则设定为第一通用输入/输出引脚GPIO2输出电压至D/A转换器352，使得转向单元30、50提供给电磁铁151的电流也相应增加，从而推动天线10转动至下一位置。
步骤604，收集天线10位于新位置的指示信号强度的参数。
步骤605，判断当前排斥力是否已为最大，若排斥已为最大，则进入步骤606，反之，则返回至步骤603，继续增加排斥力的大小，并获得新的位置的指示信号强度的参数。
步骤606，选择对天线10产生吸引力，具体地，可通过控制开关355选择反向器353与电压/电流转换器357、358相连实现。
步骤607，设定吸引力的大小，使得天线10转动至下一位置，具体地，可为增加吸引力的大小，将CPU351当前输出电压的通用输入/输出引脚数目增加，例如，当前为第一通用输入/输出引脚GPIO1输出电压至D/A转换器352，则设定为第一通用输入/输出引脚GPIO2输出电压至D/A转换器352，使得转向单元30提供给电磁铁151的电流也相应增加，从而拉动天线10转动至下一位置。
步骤608，收集天线10位于新位置的指示信号强度的参数。
步骤609，判断吸引力是否已为最大，若吸引力已为最大，则进入步骤610，反之，则返回至步骤607。
步骤610，确定天线10的最佳辐射位置，并设定为对应的排斥力/吸引力大小，使得天线转动至该最佳辐射位置。上述确定天线10最佳辐射位置步骤601至步骤610，在有新用户加入或现有用户的指示信号强度的参数明显变化时，可由步骤601重新开始。
本发明所述的无线通信装置可通过该转向单元30可控制天线10转动，以调整其方向至最佳辐射位置，并获得稳定的辐射性能。
Claims (9)
1.一种天线，其特征在于：该天线包括壳体、天线端、旋转端及转轴，该天线端及旋转端分别设置在壳体内相对的两端，该转轴设置于该天线端与该旋转端之间，且靠近旋转端，该旋转端在磁力作用下以转轴为轴转动。
2.一种转向单元，用以对天线进行转向，其特征在于：该转向单元包括电磁铁、与该电磁铁电性相连的转向电路，该转向电路控制该电磁铁的产生磁力来控制天线转向。
3.如权利要求2所述的转向单元，其特征在于：该转向电路包括依次电性连接的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、D/A转换器及电压/电流转换器，该CPU检测天线收发信号的强度，并根据所检测的收发信号的强度向D/A转换器提供不同电压，该D/A转换器将该CPU提供的电压进行数模转换，该电压/电流转换器将该D/A转换器输出的电压转换为电流输出至该电磁铁，以控制该电磁铁磁力大小。
4.如权利要求3所述的转向单元，其特征在于：该转向电路还包括设置于D/A转换器与电压/电流转换器之间的反向器及开关，该D/A转换器一端直接与该开关电性相连，另一端经该反向器与该开关电性相连，该反向器将该D/A转换器输出的电压进行反向，该CPU控制该开关选择该D/A转换器与该反向器二者之一与该电压/电流转换器相连，以控制该电磁铁磁力方向。
5.如权利要求3所述的转向单元，其特征在于：该转向电路还包括反向器及开关，该反向器设置于该D/A转换器与该电压/电流转换器之间，该反向器将该D/A转换器输出的电压进行反向后输出至该电压/电流转换器，使得该电压/电流转换器输出两路方向不同的电流，该开关设置于该电压/电流转换器与该电磁铁之间，该CPU控制该开关选择其中一路电流输出至该电磁铁，以控制该电磁铁的磁力方向。
6.一种无线通信装置，其特征在于：该无线通信装置包括天线及转向单元，该转向单元为权利要求第2-4项中任意一项所述的该转向单元。
7.如权利要求所述6的无线通信装置，其特征在于：该天线包括壳体、天线端、旋转端及转轴，该天线端及旋转端分别设置在壳体内相对的两端，该转轴设置于该天线端与该旋转端之间，且略靠近旋转端，该旋转端在转向单元提供的磁力作用下以转轴为轴转动。
8.一种天线转向控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
收集天线位于若干位置的指示信号强度的参数；
确定天线的最佳辐射位置，并设定为对应的排斥力/吸引力大小，使得天线转动至该最佳辐射位置。
9.如权利要求8所述的天线转向控制方法，其特征在于：上述收集天线位于若干位置的指示信号强度的参数的步骤包括：
收集天线位于初始位置的指示信号强度的参数；
选择对天线产生排斥力；
设定排斥力的大小，使得天线转动至下一位置；
收集天线位于新位置的指示信号强度的参数
判断当前排斥力是否已为最大，若已为最大排斥力，则选择对天线产生吸引力，反之，则返回至设定排斥力的大小，使得天线转动至下一位置；
设定吸引力的大小，使得天线转动至下一位置；
收集天线位于新位置的指示信号强度的参数；
判断吸引力是否已为最大，若已为最大排斥力，则确定天线的最佳辐射位置，反之，则返回至设定吸引力的大小，使得天线转动至下一位置。
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