CN205156907U - 透光结构、方位角传感器及基站天线姿态测量无线传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型为透光结构、方位角传感器及基站天线姿态测量无线传感器，透光结构，用于方位角传感器，包括仅周向上带有若干透光缝而其余部位封闭的塑料件，在塑料件外设置有带若干透光细缝的遮光薄片，整个透光结构的透光率、透光角度精度仅由透光细缝决定，在塑料件内设置与透光缝数量和位置相对应的用于接收透入光线的光敏传感器即构成了方位角传感器，基站天线姿态测量无线传感器安装在基站天线顶面，包括底座，底座中安装有三轴重力加速度传感器、具有无线通信功能的单片机以及方位角传感器，三轴重力加速度传感器和光敏传感器的输出数据均连接单片机，由单片机通过无线方式向外发送，本实用新型可精确测量天线方向角和俯仰角。

Description

透光结构、方位角传感器及基站天线姿态测量无线传感器

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，特别涉及一种透光结构、方位角传感器及基站天线姿态测量无线传感器。

背景技术

移动通信基站的天线通常安装在架高铁塔上。这些天线是高增益的扇区天线，安装时需要精确调校。在实际使用过程中，季节性的大风将不可避免地导致部分天线出现松动现象，进而影响移动通信小区的信号覆盖，产生用户投诉。现在普遍采用的方法是人工定期爬塔作业，利用人工的方式进行天线姿态测量。

市场上现有的自动天线姿态传感器采用了有线的方式进行供电和测量，安装不便且可靠性不高。

目前技术下，测量天线方向角大多采用的是磁传感器。天线塔架和抱杆均为钢铁材料制成，会不同程度的影响天线周边地磁场的分布，导致磁传感器在应用中不可避免的会受到干扰，而无法准确测量天线方向角。

还有一类方向角测量方案采用双GPS或者双北斗接收机。这类方案利用多个全球定位卫星信号到达两个接收机的相位差，来确定天线的方向角。这类方案不受天线塔架的磁场影响，可以达到较高的精度。但是由于需要两个特制的GPS、北斗接收机，设备耗电量较大并且成本很高。双GPS、北斗方案的测量精度由两个接收机之间的距离决定，所以设备尺寸较大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种透光结构、方位角传感器及基站天线姿态测量无线传感器，利用三轴重力加速度传感器，基于太阳光测量方向角度的传感器、槽天线的定向辐射特性，获取并传送基站天线的实时姿态，并利用太阳能电池板和超级电容为传感器供电，可精确测量天线方向角。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种透光结构，用于方位角传感器，包括仅周向上带有若干透光缝而其余部位封闭的塑料件7，在塑料件7外设置有带若干透光细缝的遮光薄片8。整个透光结构的透光率、透光角度精度仅由透光细缝决定。

所述塑料件7外部有周向的卡槽，遮光薄片8为弹性体，遮光薄片8安装到塑料件7上，基于自身弹性被所述周向的卡槽卡住，实现塑料件7和遮光薄片8的可靠结合。

所述塑料件7为半球面形状，各透光缝分布在塑料件7上，绕塑料件7的中心轴对称，所述遮光薄片8上的透光细缝与塑料件7上的透光缝一一对应，作用是提高透光缝的精度。

本实用新型还提供了一种利用所述透光结构的方位角传感器，在塑料件7内设置有与所述透光缝数量和位置相对应的用于接收透入光线的光敏传感器3。

所述塑料件7内沿各透光缝的两侧设置有不透明挡板，各光敏传感器3分别位于与透光缝对应的两个不透明挡板之间，太阳光通过透光缝沿不透明挡板照射至光敏传感器3上，各透光缝的指向各不相同。

所述每个不透明挡板上设置一个透光缝，与该透光缝对应的光敏传感器3设置在不透明挡板的内侧，该不透明挡板、透光缝和光敏传感器3构成一个探测单元，多个指向不同方向的、光路上相互隔离的探测单元顺次环绕拼合成球壳形，形成具有360度方位角测量能力的传感器。

本实用新型还提供了一种利用所述方位角传感器的基站天线姿态测量无线传感器，安装在基站天线10顶面，包括底座1，底座1中安装有三轴重力加速度传感器4、具有无线通信功能的单片机以及所述方位角传感器，所述三轴重力加速度传感器4和光敏传感器3的输出数据均连接单片机，由单片机通过无线方式向外发送。

所述底座1顶部设置有透光上盖9，透光上盖9扣在薄片8外，所述透光上盖9为半球面形状，由与透光缝数量一致的若干曲面拼合组成。

所述底座1中设置有用于供电的超级电容和太阳能电池板6。

所述底座1中设置有槽天线2，槽天线2与所述单片机的无线通信射频接口连接，数据通过槽天线2进行无线发送，槽天线2在空间上位于基站天线10的上方，与基站天线10在垂直方向上不重叠，所述底座1底部设置有两个L型筋定位机构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型后，传感器的角度测试精度可以达到采用双GPS、北斗方案的水平，但是功耗显著降低。采用本实用新型传感器的尺寸比双GPS、北斗方案小一个数量级。采用本实用新型传感器的成本也显著降低。其中无线传感器还具备如下优点：

1.由于传感器采用太阳能供电和无线数据传输，不必铺设供电电缆和数据线，安装方便，经济实用。

2.采用基于太阳光测量方向角度的传感器来测量天线方向角，不受铁塔和抱杆对于磁场干扰的影响，测量精确，数据真实可信。

3.传感器放置在基站天线的上表面。常用的单极子、偶极子天线结构都不能有效地将电磁波从架高塔顶部天线的上表面传递到地面。本实用新型采用槽天线，具有定向辐射特性，可以将足够的能量向下辐射。但是槽天线对周围金属物体很敏感，所以本实用新型利用两个L型筋定位机构，固定底座与基站天线相对位置，避免基站天线对槽天线谐振频率的影响，从而能确保将基站天线姿态的测量数据发送到地面的接收器。

4.传感器的上盖由透明塑料注塑而成，太阳能电池板安装在上盖内部。一体化的上盖有效地防止发生积水现象，确保槽天线正常工作。

5.本实用新型结构简单合理，生产容易，符合实际需要。

附图说明

图1是根据本实用新型用于基站天线姿态测量的无线传感器的结构分解图。

图2是根据本实用新型用于基站天线姿态测量的无线传感器的剖视图。

图3是根据本实用新型用于基站天线姿态测量的无线传感器一个实施例的主视图。

图4是根据本实用新型用于基站天线姿态测量的无线传感器一个实施例的右视图。

图5是根据本实用新型用于基站天线姿态测量的无线传感器一个实施例的仰视图。

图6是图2沿A-A截面的剖视图。

图3-图6中虚线所示为基站天线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和图2所示，一种透光结构，用于方位角传感器，包括仅周向上带有若干透光缝而其余部位封闭的塑料件7，在塑料件7外设置有带若干透光细缝的遮光薄片8。整个透光结构的透光率、透光角度精度仅由透光细缝决定。其中，塑料件7外部有周向的卡槽，遮光薄片8为弹性体，遮光薄片8安装到塑料件7上，基于自身弹性被所述周向的卡槽卡住，实现塑料件7和遮光薄片8的可靠结合。塑料件7为半球面形状，各透光缝分布在塑料件7上，绕塑料件7的中心轴对称，所述遮光薄片8上的透光细缝与塑料件7上的透光缝一一对应，作用是提高透光缝的精度。

当太阳光透过遮光薄片8的细缝照射到光敏传感器3时，细缝的尺寸越窄，光敏传感器3被照射的时间越短，角度测量的精度就越高。由于注塑件的工艺限制，塑料件7的缝隙尺寸过大，无法满足测试精度要求。而遮光薄片8的厚度很薄，很容易实现细缝的加工，达到测试精度要求。

在塑料件7内设置有与所述透光缝数量和位置相对应的用于接收透入光线的光敏传感器3，则构成了采用该透光结构的方位角传感器。进一步地，可以在塑料件7内沿各透光缝的两侧设置不透明挡板，各光敏传感器3分别位于与透光缝对应的两个不透明挡板之间，太阳光通过透光缝沿不透明挡板照射至光敏传感器3上，各透光缝的指向各不相同。每个不透明挡板上设置一个透光缝，与该透光缝对应的光敏传感器3设置在不透明挡板的内侧，该不透明挡板、透光缝和光敏传感器3构成一个探测单元，多个指向不同方向的、光路上相互隔离的探测单元顺次环绕拼合成球壳形，形成具有360度方位角测量能力的传感器。

太阳相对于地球的运行轨道是确知的。所以在地球上的任意一点、任意时刻，太阳相对于该点的方位角、俯仰角是确知的。当光敏传感器3探测到阳光时，根据光敏传感器3所在的位置和当前时间，可以计算出太阳所在的方位角。根据太阳的方位角，修正掉光敏传感器3相对于天线方向角的夹角，就可以计算出天线的实际方位角。

本实用新型同时提供了一种用于基站天线姿态测量的无线传感器，安装在基站天线10顶面，包括设置在基站天线10上表面的底座1，底座1中安装PCB板5，PCB板5上安装有三轴重力加速度传感器4、具有无线通信功能的单片机以及所述方位角传感器，所述三轴重力加速度传感器4和光敏传感器3的输出数据均连接单片机，单片机的无线通信射频接口连接槽天线2，槽天线2在空间上位于基站天线10的上方，与基站天线10在垂直方向上不重叠。

传感器底座1内有为PCB板5供电的太阳能电池板6，底座1上部有透光上盖9，透光上盖9扣在薄片8外，为半球面形状，由与透光缝数量一致的若干曲面拼合组成，并采用高透光的透明塑料注塑加工而成，从而能保证太阳光能透过透光上盖9将太阳能传递到太阳能电池板6。

当要将本实用新型安置于基站天线10时，如图3-图6所示，底座1底部设置有两个L型筋定位机构，底座1的底部要放置于基站天线10的上方；且底座1底部的两个L型筋的左侧壁要靠住基站天线10的右侧壁，从而能够保证设置于PCB板5上的槽天线2与基站天线10之间有一定的距离、在垂直方向上不发生重叠。这是由于槽天线2对基站天线10中的金属比较敏感，当槽天线2与基站天线10发生重叠时，槽天线2的谐振频率将受到影响，不能稳定的将基站天线姿态检测数据传送到地面的接收器。本实用新型的槽天线2的上下表面与基站天线10在垂直方向上不发生任何重叠，从而保证槽天线2能正常、稳定的工作，能准确的将测试数据传送到地面的接收器。

基站天线10处于静止状态，基于太阳光测量方向角度的传感器工作时的绝大部分时间内所有探测单元检测不到太阳光。每天白天，太阳在天空中的位置处于连续变化中。当太阳光正好能够穿过某个探测单元的透光缝，照射到对应的光敏传感器3时，该探测单元的输出信号发生改变。

根据输出信号变化时的日期、时间以及方位角传感器所在的经度、纬度，可以计算出此时太阳相对于方位角传感器的绝对方位角。另一方面，方位角传感器上所有探测单元相对于天线的辐射面的相对夹角为已知信息。利用探测到太阳光的那个探测单元的相对夹角信息对太阳当前绝对方位角进行修正，就可以得到天线辐射面的绝对方位角信息。

天线的俯仰角的不同也会对方位角的产生影响，当精度要求较高时，可以根据天线的俯仰角的测量值对天线的绝对方位角进行修正。

取决于探测单元数量，方位角传感器一天内可以对太阳实现多次成功检测，这些正确的方位角结果均相同。另一方面，当周围环境中有玻璃幕墙等对太阳光具有反射能力的物体时，有可能出现错误的检测结果，这些错误的方位角结果一天仅出现一次。根据这个特性就可以将由于反射光造成的错误结果排除掉。

本实用新型无线传感器的原理是：

当基站天线10发生姿态变化时，通过重力加速度传感器4、基于太阳光测量方向角度的传感器对姿态变化进行测量，再通过单片机和槽天线2将这些信息以无线形式发射。位于基站天线10上方的槽天线2可以保证将足够的能量向下方辐射。

由于本实用新型是一种用于基站天线姿态测量的无线传感器，它的工作环境是在室外，进而避免不了雨雪等天气。为了能保证本实用新型能稳定、持久的工作，本实用新型的透光上盖9和底座1可采用超声波焊接的工艺。

虽然本实用新型是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种透光结构，用于方位角传感器，包括仅周向上带有若干透光缝而其余部位封闭的塑料件(7)，其特征在于，在塑料件(7)外设置有带若干透光细缝的遮光薄片(8)。

2.根据权利要求1所述透光结构，其特征在于，所述塑料件(7)外部有周向的卡槽，遮光薄片(8)为弹性体，遮光薄片(8)安装到塑料件(7)上，基于自身弹性被所述周向的卡槽卡住，实现塑料件(7)和遮光薄片(8)的可靠结合。

3.根据权利要求1所述透光结构，其特征在于，所述塑料件(7)为半球面形状，各透光缝分布在塑料件(7)上，绕塑料件(7)的中心轴对称，所述遮光薄片(8)上的透光细缝与塑料件(7)上的透光缝一一对应。

4.一种利用权利要求1所述透光结构的方位角传感器，其特征在于，在塑料件(7)内设置有与所述透光缝数量和位置相对应的用于接收透入光线的光敏传感器(3)。

5.根据权利要求4所述方位角传感器，其特征在于，所述塑料件(7)内沿各透光缝的两侧设置有不透明挡板，各光敏传感器(3)分别位于与透光缝对应的两个不透明挡板之间，太阳光通过透光缝沿不透明挡板照射至光敏传感器(3)上，各透光缝的指向各不相同。

6.根据权利要求5所述方位角传感器，其特征在于，所述每个不透明挡板上设置一个透光缝，与该透光缝对应的光敏传感器(3)设置在不透明挡板的内侧，该不透明挡板、透光缝和光敏传感器(3)构成一个探测单元，多个指向不同方向的、光路上相互隔离的探测单元顺次环绕拼合成球壳形，形成具有360度方位角测量能力的传感器。

7.一种利用权利要求4所述方位角传感器的基站天线姿态测量无线传感器，安装在基站天线(10)顶面，其特征在于，包括底座(1)，底座(1)中安装有三轴重力加速度传感器(4)、具有无线通信功能的单片机以及所述方位角传感器，所述三轴重力加速度传感器(4)和光敏传感器(3)的输出数据均连接单片机，由单片机通过无线方式向外发送。

8.根据权利要求7所述基站天线姿态测量无线传感器，其特征在于，所述底座(1)顶部设置有透光上盖(9)，透光上盖(9)扣在薄片(8)外，所述透光上盖(9)为半球面形状，由与透光缝数量一致的若干曲面拼合组成。

9.根据权利要求7所述基站天线姿态测量无线传感器，其特征在于，所述底座(1)中设置有用于供电的超级电容和太阳能电池板(6)。

10.根据权利要求7所述基站天线姿态测量无线传感器，其特征在于，所述底座(1)中设置有槽天线(2)，槽天线(2)与所述单片机的无线通信射频接口连接，数据通过槽天线(2)进行无线发送，槽天线(2)在空间上位于基站天线(10)的上方，与基站天线(10)在垂直方向上不重叠，所述底座(1)底部设置有两个L型筋定位机构。