CN205825970U - 一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器 - Google Patents
一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器 Download PDFInfo
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Abstract
一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，在基站天线位置设置用于产生和波束及差波束两种形式波束的和差波束天线作为接收天线，对人造卫星的信号同时或先后进行接收，比较不同波束的输出信号强度变化，在差波束的输出信号强度与和波束的输出信号强度的差别达到最大时，差波束的接收凹点所面对的方向就是卫星的方位角，即天线的方位角；本实用新型利用和差波束天线与人造卫星信号测量方位角，利用陀螺仪持续跟踪测量天线方位角变化，利用三轴重力加速度传感器测量天线俯仰角，并利用蓄电池和外接电源为传感器供电，可精确测量基站天线姿态，结构简单，成本低，便于生产。
Description
技术领域
本实用新型属于天线技术领域，特别涉及一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器。
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。
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利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，利用和差波束天线与人造卫星信号测量方位角，利用陀螺仪持续跟踪测量天线方位角变化，利用三轴重力加速度传感器测量天线俯仰角，并利用蓄电池和外接电源为传感器供电，可精确测量基站天线姿态。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，在基站天线位置设置用于产生和波束及差波束两种形式波束的和差波束天线作为接收天线，对人造卫星的信号同时或先后进行接收，比较不同波束的输出信号强度变化，在差波束的输出信号强度与和波束的输出信号强度的差别达到最大时，差波束的接收凹点所面对的方向就是卫星的方位角，即天线的方位角。此时，天线姿态传感器与卫星方向一致，卫星的方向角就是天线姿态传感器的方向角。
由于利用和差波束天线单元或天线阵列与人造卫星信号进行方位角测量时，在测量中不具有实时性，因此利用陀螺仪持续测量天线方位角的变化值，实时给出天线方位角的变化情况。
因此，进一步地，本实用新型传感器还包括用于持续跟踪测量天线方位角变化的陀螺仪和用于测量天线俯仰角的三轴重力加速度传感器，以持续测量天线方位角、俯仰角以及二者的变化。
进一步地，本实用新型传感器还包括具有无线通信功能的单片机，所述和差波束天线3、陀螺仪和三轴重力加速度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。
所述的和差波束天线3、陀螺仪、三轴重力加速度传感器和单片机均可布置在PCB板2上，PCB板2位于带有上盖1的底座4上，整个传感器安装在基站天线5的上表面，与基站天线5不完全重叠。
所述和差波束天线3为天线单元或天线阵列，天线单元具有作为辐射器部分的狭长型方环，狭长型方环在空间上位于基站天线5的上方，与基站天线5在垂直方向上不重叠，所述底座4底部设置有两个L型筋定位机构；天线阵列由两个镜像对称的天线单元构成。本实用新型天线姿态传感器设置有用于供电的蓄电池，蓄电池和外接电源配合实现持续供电。蓄电池可设置于底座4中。
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成本也显著降低。其中无线传感器还具备如下优点：
1.由于基站天线姿态传感器可以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.采用利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的方法，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.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是本实用新型传感器的结构分解图。
图2是本实用新型传感器的剖视图。
图3是本实用新型传感器一个实施例的主视图。
图4是本实用新型传感器一个实施例的右视图。
图5是本实用新型传感器一个实施例的仰视图。
图6是图3沿A-A截面的剖视图。
其中，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，一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的基站天线姿态传感器，包括上盖1、PCB板2、和差波束天线3以及底座4。
人造卫星和太阳类似，具有空间位置持续移动并且轨道精确已知的特点。通过设计具有高度方向角度选择性的天线，就可以检测到任意一颗人造卫星通过天线特定方向的事件。由于人造卫星的俯仰角和方位角已知，所以可以 计算出天线的方位角。而天线与设备的相对位置关系已知，就可以进一步计算出设备的方位角。本实用新型利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量，设置产生和波束及差波束两种形式波束的和差波束天线3作为接收天线，对人造卫星的信号同时或先后进行接收，比较不同波束的输出信号强度变化，在差波束的输出信号强度与和波束的输出信号强度的差别达到最大时，差波束的接收凹点所面对的方向就是卫星的方位角。此时，天线姿态传感器与卫星方向一致，卫星的方向角就是天线姿态传感器的方向角。
本实用新型传感器安装在基站天线5顶面，包括设置在基站天线5上表面的底座4，底座4中安装PCB板2，PCB板2上安装有陀螺仪、三轴重力加速度传感器、具有无线通信功能的单片机以及所述测量方向角的和差波束天线3。所述和差波束天线3、陀螺仪和三轴重力加速度传感器的输出数据均连接单片机。
其中，底座4内有为PCB板2供电的蓄电池。
当要将本实用新型安置于基站天线5时，如图3、图4、图5和图6所示，底座4底部设置有两个L型筋定位机构，底座4的底部要放置于基站天线5的上方；且底座4底部的两个L型筋的左侧壁要靠住基站天线5的右侧壁，从而能够保证设置于PCB板2上。和差波束天线3的狭长型方环辐射器在空间上位于基站天线5的上方，与基站天线5在垂直方向上不重叠。
基站天线5处于静止状态，利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的传感器可以准确测量到基站天线5的方位角。基站天线5发生转动时，利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的传感器不能实时测量到基站天线5的方位角，需要利用陀螺仪测量基站天线5转动的角度，结合基站天线5转动钱的方位角绝对值，给出转动后基站天线5的方位角。利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的传感器可以对陀螺仪测量并计算出基站天线5的方位角进行精确修正。
本实用新型基站天线姿态传感器的原理是：
利用和差波束天线与人造卫星信号对基站天线5进行方位角测量，当基 站天线5发生姿态变化时，通过陀螺仪、重力加速度传感器对姿态变化进行跟踪测量。
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 (8)
1.一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，在基站天线位置设置用于产生和波束及差波束两种形式波束的和差波束天线(3)作为接收天线，对人造卫星的信号同时或先后进行接收，比较不同波束的输出信号强度变化，在差波束的输出信号强度与和波束的输出信号强度的差别达到最大时，差波束的接收凹点所面对的方向就是卫星的方位角，即天线的方位角。
2.根据权利要求1所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，所述和差波束天线(3)布置在PCB板(2)上，PCB板(2)位于带有上盖(1)的底座(4)上，整个传感器安装在基站天线(5)的上表面，与基站天线(5)不完全重叠。
3.根据权利要求2所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，所述和差波束天线(3)为天线单元或天线阵列，天线单元具有作为辐射器部分的狭长型方环，狭长型方环在空间上位于基站天线(5)的上方，与基站天线(5)在垂直方向上不重叠，所述底座(4)底部设置有两个L型筋定位机构；天线阵列由两个镜像对称的天线单元构成。
4.根据权利要求1所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，还包括用于持续跟踪测量天线方位角变化的陀螺仪。
5.根据权利要求1所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，还包括用于测量天线俯仰角的三轴重力加速度传感器。
6.根据权利要求1所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，还包括用于持续跟踪测量天线方位角变 化的陀螺仪、用于测量天线俯仰角的三轴重力加速度传感器和具有无线通信功能的单片机，所述陀螺仪和所述三轴重力加速度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。
7.根据权利要求6所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，所述和差波束天线(3)接收的数据输入至单片机。
8.根据权利要求1所述利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器，其特征在于，通过外接电源和内置蓄电池持续供电。
Priority Applications (1)
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| CN201620567255.0U CN205825970U (zh) | 2016-06-12 | 2016-06-12 | 一种利用和差波束天线与人造卫星信号进行方位角测量的天线姿态传感器 |
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| CN106961295A (zh) * | 2017-02-20 | 2017-07-18 | 广州视源电子科技股份有限公司 | 一种智能天线的配置方法与系统 |
| CN112461229A (zh) * | 2020-11-13 | 2021-03-09 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种基于低成本模组的高精度姿态测量系统 |
| CN115962091A (zh) * | 2022-12-01 | 2023-04-14 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种基于卫星的多基线风电机组姿态调整系统 |
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