CN107706547A - 实现全频段无线电信号角度（aoa）定位的天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，包括：微处理器、基座组件、水平控制传动组件、俯仰控制传动组件、上托板、水平电机、竖直电机和定向天线；所述微处理器分别与水平电机、竖直电机电性连接。本发明可对目标物体实现方位角和俯仰角的双重定位，并可不断根据定向天线检测到的目标物体的方位角和俯仰角信息，自动调节定向天线的方位角和俯仰角，实现对目标物体的位置锁定；本发明通过一个定向天线实现接收和发射信号两种功能，使得结构更加精简，定向天线通过开关实现信号接收和发射功能的自动切换，操作更加方便，实现天线功能的优化。

Description

实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置

技术领域

本发明涉及无线电监测领域，尤其涉及一种可用于反无人机的实现全 频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置。

背景技术

随着无人机技术的变革和发展，人们对无人机使用需求的日渐提高， 小型商业多轴无人机以其尺寸小、噪音小、携带方便、操纵简便的自身特 点已成为一种热门的消费产品。目前国内外无人机市场发展迅猛，越来越 多的无人机爱好者拥有了自己的无人机，但由此带来的问题也日渐突出。

无人机虽然在高空拍摄、空中挂载等使用上给使用者带来方便， 同时也给群众和执法人员带来很大的麻烦和安全隐患。由无人机带来 的窥视他人隐私、无人机私自改装运货、无人机携带过激词语条幅、 无人机边境走私等一系列不安全问题已引起各国对无人机隐患的担 忧。

针对上述问题，需要用天线装置监测无人机信号来波方向，以便进一 步排除无人机。在现有的无线电监测技术领域，用来干扰查处，测定来波 方向的天线装置主要有以下几类：

1、干涉天线：传统干涉仪测向技术是用若干个天线接收同一无线电信 号，通过比较天线之间接收的信号的相位差来测量无线电信号的电波入射 方位，即利用辐射源电磁波在传播方向的同一相位波前到达空间上分离的 传感器(通常是多元天线阵)的相位差来测量电波的入射方位。最简单的 单基线相位干涉仪仅由两个相同的信道组成，其工作原理如图1所示：

若有一平面波λ＝C/f(C为光速，f为频率)从天线视轴夹角为θ的方向 到达间距离为L的两个监测接收天线，两个天线接收到的信号相位差

Φ＝(2πL/λ)*SIN(θ)

如果两个信道的相位响应完全一致，接收机输出信号的相位差仍为Φ， 经过鉴相器取出相位差信息，最后求得天线视轴夹角θ。

然而，干涉天线对于宽带信号的测向存在较大的误差，无法准确测出 信号的俯仰角；此外，传统的干涉天线往往带有接收增益放大器以及电子 切换开关，导致信号的收发不能共用同一天线。

2、电子切换测向天线：电子切换测向天线采用若干个喇叭天线或者对 数周期天线沿中心点周边360°排列放置。电子切换测向天线利用电子切换 开关，选择天线接收方向。如果某一方向的接收信号强，则确定这个方向 就是信号来波方向，通过两两相邻的接收天线进行相关计算，可以提高测 向精度。

然而，由于电子切换测向天线的组成天线数量有限，所以对于相邻的 天线之间，接收信号会有死角；此外，现有的电子切换测向天线无法测出 信号的俯仰角；再次，电子切换测向天线往往带接收增益放大器以及电子 切换开关，导致信号的收发不能共用同一天线。

3、卫星自动对焦天线：卫星自动对焦天线采用抛物面天线与水平垂直 电机驱动自动对准卫星，然而却不适用于信号定位用途，也没有信号发射 结构。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

针对目前日益增多的无人机违法飞行，有可能对一些敏感场所构成危 害的问题，本发明克服现有技术的不足，提供一种实现全频段无线电信号 角度(AOA)定位的天线装置。

本发明的技术方案如下：一种实现全频段无线电信号角度(AOA)定位 的天线装置，包括：微处理器、基座组件、水平控制传动组件、俯仰控制 传动组件、上托板、水平电机、竖直电机和定向天线；所述水平控制传动 组件设置在基座组件上；所述上托板设置在水平控制传动组件上，所述竖 直电机设置在上托板上，竖直电机的传动轴与水平控制传动组件连接，并 带动上托板在水平控制传动组件上水平旋转；所述定向天线设置在俯仰控 制传动组件上，所述俯仰控制传动组件设置在上托板上，所述水平电机设 置在上托板上的俯仰控制传动组件的一侧，水平电机的传动轴与俯仰控制 传动组件连接，水平电机带动定向天线在俯仰控制传动组件上做竖直方向 的旋转；所述微处理器分别与水平电机、竖直电机电性连接。

进一步地，所述水平控制传动组件包括：纵轴、轴承、轴套和水平控 制正齿轮；所述轴套固定在基座组件上，水平控制正齿轮设置在轴套的外 围；所述纵轴旋转设置在轴套内，纵轴与轴套之间设有轴承，纵轴的上方 设置有上托板，固定在上托板上的竖直电机的传动轴上的齿轮与水平控制 正齿轮啮合，竖直电机带动上托板和纵轴绕纵轴的轴心旋转。

进一步地，所述俯仰控制传动组件包括：水平旋转轴、两个水平旋转 轴支座和俯仰控制正齿轮；所述两个水平旋转轴支座设置在水平旋转轴两 端。水平旋转轴在水平支座内旋转；所述定向天线设置在水平旋转轴上； 所述俯仰控制正齿轮设置在水平旋转轴一端的外围，俯仰控制正齿轮与水 平电机的传动轴上的齿轮啮合，水平电机带动俯仰控制正齿轮旋转，从而 带动水平旋转轴和定向天线绕水平旋转轴轴心方向旋转。

进一步地，所述基座组件上和上托板上还分别设有微动开关。

进一步地，所述基座组件为圆盘形结构，基座组件包括：底座、底板 和底框；所述底座设置在底板上，所述底板设置在底框上；所述水平控制 传动组件设置在底座上。

进一步地，所述天线装置还包括一天线罩，所述天线罩为半球形结构， 天线罩与机座组件相扣合，形成一半球形密闭空间。

进一步地，所述上托板底部和上方分别设有限位块。

采用上述方案，本发明提供了一种实现全频段无线电信号角度(AOA) 定位的天线装置，有如下有益效果：

1、本发明中的定向天线可对目标物体实现方位角和俯仰角的双重定 位，进一步精确定位黑飞目标物体的位置，锁定目标物体；

2、本发明通过一个定向天线实现接收和发射信号两种功能，使得结构 更加精简，定向天线通过开关实现信号接收和发射功能的自动切换，操作 更加方便，实现天线功能的优化；

3、本发明可不断根据定向天线检测到的目标物体的方位角和俯仰角 信息，自动调节定向天线的方位角和俯仰角，实现对目标物体的位置锁定， 区别于一般定向天线，本发明在空间区域上的能量更为集中，作用范围更 加精确；

4、本发明的工作频段广泛，可以通过更换定向天线适应其它工作频 段，适用范围广泛，本发明可用于全频段无线信号的角度的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员 来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获 得其他的附图。

图1为干涉天线工作原理图；

图2为本发明的部分结构的正视图；

图3为本发明的剖视图；

图4为本发明的部分结构的示意图；

图5为本发明的结构示意图；

图6为定向天线工作原理图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一 步说明。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

参照图2至图6，本发明提供一种实现全频段无线电信号角度(AOA) 定位的天线装置，包括：微处理器、基座组件1、水平控制传动组件2、上 托板3、竖直电机4、俯仰控制传动组件5、水平电机6和定向天线7。

所述水平控制传动组件2设置在基座组件1上。所述上托板3设置在 水平控制传动组件2上，所述竖直电机4设置在上托板3上，竖直电机4 的传动轴与水平控制传动组件2连接，并带动上托板3在水平控制传动组 件2上水平旋转，所述上托板3底部设有限位块。所述定向天线7设置在 俯仰控制传动组件5上，所述俯仰控制传动组件5设置在上托板3上，所述水平电机6设置在上托板3上的俯仰控制传动组件5的一侧，水平电机6 的传动轴与俯仰控制传动组件5连接，水平电机6带动定向天线7在俯仰 控制传动组件5上做竖直方向的旋转；所述微处理器分别与水平电机6、竖 直电机4和/或定向天线7电性连接。

本发明配合计算机使用，作为一种实施例，微处理器可通过网络接口 或USB接口与计算机电性连接，也可以通过网络通讯模块与计算机实现无 线通讯，微处理器直接驱动电机制动、转向。

所述天线装置还包括一天线罩8，所述天线罩8为半球形结构，天线罩 8与机座组件相扣合，形成一半球形密闭空间。所述基座组件1为圆盘形结 构，基座组件1包括：底座11、底板12和底框13；所述底座11设置在底 板12上，所述底板12设置在底框13上；所述水平控制传动组件2设置在 底座13上。

其中，所述水平控制传动组件2包括：纵轴21、轴承22、轴套23和 水平控制正齿轮24；所述轴套23固定在基座组件1上，水平控制正齿轮 24设置在轴套23的外围；所述纵轴21旋转设置在轴套23内，纵轴21与 轴套23之间设有轴承22，纵轴21的上方设置有上托板3，固定在上托板3 上的竖直电机4的传动轴上的齿轮与水平控制正齿轮24啮合，竖直电机4 带动上托板3和纵轴21绕纵轴21的轴心旋转。

所述俯仰控制传动组件5包括：水平旋转轴51、两个水平旋转轴支座 52和俯仰控制正齿轮53；所述两个水平旋转轴支座52设置在水平旋转轴 51两端。水平旋转轴51在水平支座内旋转；所述定向天线7设置在水平旋 转轴51上；所述俯仰控制正齿轮53设置在水平旋转轴51一端的外围，俯 仰控制正齿轮53与水平电机6的传动轴上的齿轮啮合，水平电机6带动俯 仰控制正齿轮旋转，从而带动水平旋转轴51和定向天线7绕水平旋转轴51 轴心方向旋转。

上托板3上和底座11上分别设有水平电机6和竖直电机3的微动开关， 作用是当水平电机6或竖直电机3转动到此处，并触碰到此微动开关时， 微处理器检测到已经转动到此处的信号，微处理器分别驱动水平电机6或 竖直电机3向相反方向转动，从而控制定向天线在水平或者垂直范围内转 动。

本发明工作原理：

计算机的控制指令通过网络送入微处理器，微处理器根据计算机指令 驱动水平电机6或者竖直电机4旋转与停止。竖直电机4带动上托板3水 平旋转，从而带动设置在上托板3上方的定向天线7水平旋转，实现定向 天线7方向角的转换；水平电机6带动水平旋转轴51旋转，从而带动定向 天线7以水平轴为轴心旋转，实现定向天线7俯仰角的转换。定向天线7 可以根据控制不停地做顺时针360°旋转，也可以逆时针旋转360°，也可 以逆时针旋转360°交替旋转。

于此同时，微处理器不间断地向计算机发送定向天线7的方向角和俯 仰角度的信息。定向天线7将检测到的无线电信号不断反馈给微处理器， 由于定向天线7旋转时，不同角度所接收到的目标物体所发射的无线电信 号的强弱是不同的，根据无线电信号最强的时候的方位角和俯仰角可以确 定目标物体的方位角和俯仰角。

本发明测定无线信号方位角和俯仰角的工作过程如下：

工作时，本发明中的微处理器根据计算机预先设定的方位角侦测范围 和俯仰角侦测范围控制水平电机6和竖直电机4运动，从而控制定向天线7 旋转。微处理器首先控制竖直电机4启动，从而控制定向天线7水平旋转， 定向天线7可以根据控制不停地做顺时针360°旋转，也可以逆时针旋转 360°，也可以逆时针旋转360°交替旋转。

与此同时，微处理器根据定向天线7检测到的目标物体的无线电信号 最强方位，确定的水平电机6和竖直电机4将要移转的目标方位角和目标 俯仰角。当竖直电机4将定向天线7移转到目标方位角后，微处理器控制 水平电机6将定向天线7旋转到目标俯仰角。本发明中定向天线7不断检 测目标物体的角度位置，并将目标物体的角度位置通过微处理器反馈给计 算机。计算机根据反馈不断调整定向天线7的角度位置。

本发明应用范围广泛，在以下领域有突出作用：公共安全保障，无人 飞机黑飞情况严重，影响到诸如国际会议，大型赛事，元首来访等公共安 全。通过本发明系统与技术可以精确地对无人飞机飞控信号进行干扰反制， 驱离或者迫降无人飞机；重要价值目标安全防护，如机场，核电站，水电 站，公路与桥梁，油站等，防止黑飞无人飞机和恐怖分子破环上述目标； 边境和监狱防犯罪活动，防止不法分子通过无人飞机偷运毒品等犯罪物品； 军事领域应用，军用机场、港口，军事基地等防止间谍偷窥，边境线上防 止敌对势力利用民用无人飞机进行破坏或者其它敌对活动。除此之外，也 可以应用在通用无线电信号测向和干扰查处领域。

综上所述，本发明提供了一种实现全频段无线电信号角度(AOA)定位 的天线装置，有如下有益效果：

1、本发明中的定向天线可对目标物体实现方位角和俯仰角的双重定 位，进一步精确定位黑飞目标物体的位置，锁定目标物体；

2、本发明通过一个定向天线实现接收和发射信号两种功能，使得结构 更加精简，定向天线通过开关实现信号接收和发射功能的自动切换，操作 更加方便，实现天线功能的优化；

3、本发明可不断根据定向天线检测到的目标物体的方位角和俯仰角 信息，自动调节定向天线的方位角和俯仰角，实现对目标物体的位置锁定， 区别于一般定向天线，本发明在空间区域上的能量更为集中，作用范围更 加精确；

4、本发明的工作频段广泛，可以通过更换定向天线适应其它工作频 段，适用范围广泛，本发明可用于全频段无线信号的角度的检测。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，包括：微处理器、基座组件、水平控制传动组件、俯仰控制传动组件、上托板、水平电机、竖直电机和定向天线；所述水平控制传动组件设置在基座组件上；所述上托板设置在水平控制传动组件上，所述竖直电机设置在上托板上，竖直电机的传动轴与水平控制传动组件连接，并带动上托板在水平控制传动组件上水平旋转；所述定向天线设置在俯仰控制传动组件上，所述俯仰控制传动组件设置在上托板上，所述水平电机设置在上托板上的俯仰控制传动组件的一侧，水平电机的传动轴与俯仰控制传动组件连接，水平电机带动定向天线在俯仰控制传动组件上做竖直方向的旋转；所述微处理器分别与水平电机、竖直电机电性连接。

2.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述水平控制传动组件包括：纵轴、轴承、轴套和水平控制正齿轮；所述轴套固定在基座组件上，水平控制正齿轮设置在轴套的外围；所述纵轴旋转设置在轴套内，纵轴与轴套之间设有轴承，纵轴的上方设置有上托板，固定在上托板上的竖直电机的传动轴上的齿轮与水平控制正齿轮啮合，竖直电机带动上托板和纵轴绕纵轴的轴心旋转。

3.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述俯仰控制传动组件包括：水平旋转轴、两个水平旋转轴支座和俯仰控制正齿轮；所述两个水平旋转轴支座设置在水平旋转轴两端。水平旋转轴在水平支座内旋转；所述定向天线设置在水平旋转轴上；所述俯仰控制正齿轮设置在水平旋转轴一端的外围，俯仰控制正齿轮与水平电机的传动轴上的齿轮啮合，水平电机带动俯仰控制正齿轮旋转，从而带动水平旋转轴和定向天线绕水平旋转轴轴心方向旋转。

4.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述基座组件上和上托板上还分别设有微动开关。

5.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述基座组件为圆盘形结构，基座组件包括：底座、底板和底框；所述底座设置在底板上，所述底板设置在底框上；所述水平控制传动组件设置在底座上。

6.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述天线装置还包括一天线罩，所述天线罩为半球形结构，天线罩与机座组件相扣合，形成一半球形密闭空间。

7.根据权利要求1所述的实现全频段无线电信号角度(AOA)定位的天线装置，其特征在于，所述上托板底部和上方分别设有限位块。