CN207338618U - 一种无人机天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人机天线，其结构包括天线固定连接卡紧轴、天线、电机、LPC控制器、机械转动平台、固定卡套、三角架、天线升降杆、摇柄、角度传感器、嵌入式控制器、ARM芯片，本实用新型通过将传统的外置式升降杆改善为内置式，将升降系统安装在天线升降杆的内部，利用滑轮和钢丝绳来提升天线的支撑杆，操作过程简便，可自由调整该高度，使安装使用过程中灵活性较高，且在无人机天线中设计了自动跟踪系统，它能够通过地面站获得无人机的位置信息后自动对准无人机，使得该天线在不增大通信系统的功率下，最大程度的增大通信距离和通信的可靠性，提高该无人机测控系统的通信质量。

Description

一种无人机天线

技术领域

本实用新型是一种无人机天线，属于天线领域。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作，与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术，无人机的工作一般为开始界面：快捷实现任务的规划，进入任务监控界面，实现航拍任务的快速自动归档，各功能划分开来，实现软件运行的专一而稳定；航前检查：为保证任务的安全进行，起飞前结合飞行控制软件进行自动检测，确保飞机的GPS、罗盘、空速管及其俯仰翻滚等状态良好，避免在航拍中危险情况的发生；飞行任务规划：在区域空照、导航、混合三种模式下进行飞行任务的规划；航飞监控：实时掌握飞机的姿态、方位、空速、位置、电池电压、即时风速风向、任务时间等重要状态，便于操作人员实时判断任务的可执行性，进一步保证任务的安全；影像拼接：航拍任务完成后，导航航拍影像进行研究区域的影像拼接。

无人机是一种有动力、可控制，能携带多种任务设备，实行多种任务，并能重复使用的无人驾驶飞行器，在无人机测控系统将信息实时回传的过程中，接收信号的强弱直接影响到画面的稳定性和清晰程度，通过提高地面或机载的发射机功率和接收机灵敏度的方式已经不能满足远距离通信的要求，而提高地面测控天线接收、发射增益是一种较为有效的方法，且不会增加机载通信设备的重量和尺寸。

现有技术公开了申请号为：201720149686.X一种无人机中继通信天线，包括安装座、第一伺服电机、底座、升降机构、通信天线本体，升降机构包括固定在底座顶部的下筒体、顶端与通信天线本体连接的上杆体，下筒体的外壁焊接有一横板，横板的顶部安装有第二伺服电机，下筒体内沿下筒体的长度方向设置有一竖直齿条板，下筒体的顶部固定有限位套，上杆体的底端穿过限位套并与竖直齿条板连接，竖直齿条板上啮合有一齿轮，第二伺服电机的输出轴上固定有延伸至下筒体内并与齿轮连接的转轴，安装座的顶部固定有一电控盒，电控盒内安装有电控装置，电控盒的外壁安装有红外线接收头，红外线接收头通信连接有红外线遥控器。其有益效果是：精确度高、使用方便。现有技术的天线支撑杆无法进行高度的升降、造成天线的安装时灵活性差，无人机天线作为无人机的一个通信设备，分为全向天线和定向天线，全向天线存在着增益低、干扰大、多径效应等问题，而定向通信天线因为在束波范围内具有高增益而被广泛应用于中近程无人机的测控通信，但是由于定向发射接收信号时容易造成通信质量差。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种无人机天线，以解决现有技术的天线支撑杆无法进行高度的升降、造成天线的安装时灵活性差，无人机天线作为无人机的一个通信设备，分为全向天线和定向天线，全向天线存在着增益低、干扰大、多径效应等问题，而定向通信天线因为在束波范围内具有高增益而被广泛应用于中近程无人机的测控通信，但是由于定向发射接收信号时容易造成通信质量差的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种无人机天线，其结构包括天线固定连接卡紧轴、天线、电机、LPC控制器、机械转动平台、固定卡套、三角架、天线升降杆、摇柄、角度传感器、嵌入式控制器、ARM芯片，所述三角架的上顶端机械连接在固定卡套的四周且固定天线升降杆，所述三角架底端的限位杆固定于天线升降杆的下端，所述LPC控制器的底端通过机械转动平台贯穿于天线升降杆的端口并配合于天线升降杆内部，所述电机安装在LPC控制器的右端口并与角度传感器相对应，所述天线贯穿于天线固定连接卡紧轴且二分之一处固定在其内部与LPC控制器相互平行，所述LPC控制器的内部靠近底端的位置上设有嵌入式控制器，所述ARM芯片焊接在LPC控制器的内部靠近顶端的位置上且与天线采用电连接，所述ARM芯片设有的ARM控制系统分别电连接于电机与天线的信号端，所述天线的角度信号输出端通过角度传感器连接于ARM芯片，所述所述天线升降杆的内部由一号杆、二号杆、三号杆、主动绳、下滑轮、上滑轮、导出滑轮、从动绳、顶出支杆组成，所述一号杆、二号杆、三号杆均为U形结构的固定杆，所述一号杆、二号杆、三号杆由内之外依次分布且相互配合，所述二号杆的底端连接有下滑轮，所述下滑轮的两端分别通过主动绳机械连接于上滑轮，所述导出滑轮与同一平面上的上滑轮、主动绳连接于摇柄，所述从动绳安装在一号杆的中间平面内，所述二号杆的底端左右两侧分别连接有顶出支杆，所述LPC控制器包括滑动变阻器、AD转换模块、俯仰电机、电机驱动模块、水平电机、罗盘、GPS模块、串口模块，所述滑动变阻器通过AD转换模块信号连接于LPC控制器的信号输入端，所述LPC控制器的信号输出端分别连接有串口模块与电机驱动模块，所述电机驱动模块通过俯仰电机电连接于滑动变阻器，所述串口模块分别连接有GPS模块与罗盘，所述串口模块通过罗盘的输出端电连接于水平电机，所述水平电机的信号输入端通过电机驱动模块信号连接于LPC控制器。

进一步地，所述三角架靠近安装地面的一端安装有防滑垫片。

进一步地，所述摇柄安装在天线升降杆的右端二分之一处。

进一步地，所述嵌入式控制器连接有时钟模块、调试接口模块、电源模块、复位模块、存储器模块。

进一步地，所述时钟模块、电源模块连接于嵌入式控制器的信号输入端，所述调试接口模块、复位模块、存储器模块与嵌入式控制器相互贯通。

进一步地，所述天线、电机、机械转动平台、三角架、ARM芯片、滑动变阻器、罗盘、GPS模块、俯仰电机、电机驱动模块、水平电机组成无人机天线的自动跟踪系统。

进一步地，所述主动绳、从动绳采用钢丝绳的材料所制，具有刚度强不易断裂的特点。

进一步地，所述固定卡套设有外固定套、内固定套、咬合孔、固定凸块、垂直固定杆、水平固定杆。

进一步地，所述外固定套与内固定套、咬合孔为一体化结构，所述外固定套为两个半圆形结构且两端的缺口处焊接有固定凸块，所述固定凸块的竖直位置贯穿连接有垂直固定杆，所述所述固定凸块的水平位置贯穿连接有水平固定杆且与垂直固定杆螺纹连接。

有益效果

本实用新型一种无人机天线，本实用新型采用的天线升降杆为内置式的设计方法，在天线升降杆的内部设有三根杆，一号杆为固定杆，二号杆与三好杆分别由一根钢丝绳承拉着，他们分别是主动绳与从动绳，主动绳的一端固定在一号杆右端，另一端从二号杆的下滑轮上绕过，再上升绕到一号杆的上滑轮，并通过导出滑轮导出升降杆，固定在摇柄上，从动绳的两端分别固定在一号杆的底部两端，中间绕过二号杆的上滑轮和三号杆的下滑轮把一号杆托起，当摇动摇柄时，主动绳被拉出，二号杆被提起，当主动绳把二号杆提起时，从动绳随着二号杆的上滑轮上升而把一号杆同时提起，进而实现该升降的功能，本实用新型的自动跟踪系统采用嵌入式结构设计，本系统以LPC控制器为核心，进行模块化设计，在天线的自动跟踪系统中，利用滑动变阻器的反馈信号来确定俯仰电机转动的角度大小，从而进一步控制俯仰电机的转动，通过设有的ARM芯片设有的ARM控制系统，通过串口0采集无人机的位置信息，串口1采集天线的位置信息，根据采集的信息以确定无人机相对天线的水平偏角和俯仰偏角，并与水平角度传感器采集的天线的水平指向角和俯仰角度传感器采集的天线的俯仰指向角求差，得到水平角度差值以及俯仰角度差值，以差值控制电机转动天线，使其对准无人机，通过将传统的外置式升降杆改善为内置式，将升降系统安装在天线升降杆的内部，利用滑轮和钢丝绳来提升天线的支撑杆，操作过程简便，可自由调整该高度，使安装使用过程中灵活性较高，且在无人机天线中设计了自动跟踪系统，它能够通过地面站获得无人机的位置信息后自动对准无人机，使得该天线在不增大通信系统的功率下，最大程度的增大通信距离和通信的可靠性，提高该无人机测控系统的通信质量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型一种无人机天线的结构示意图。

图2为本实用新型LPC控制器与天线的剖视图。

图3为本实用新型一种无人机天线的俯视结构示意图。

图4为本实用新型天线升降杆的内部截面结构示意图。

图5为本实用新型图4升降原理结构示意图。

图6为本实用新型图4的A-A结构示意图。

图7为本实用新型图6的升降原理结构示意图。

图8为本实用新型嵌入式控制器的系统原理图。

图9为本实用新型天线自动跟踪系统结构图。

图10为本实用新型天线自动跟踪系统硬件电路组成框图。

图11为本实用新型固定卡套的结构示意图。

图中：天线固定连接卡紧轴-1、天线-2、电机-3、LPC控制器-4、机械转动平台-5、固定卡套-6、三角架-7、天线升降杆-8、摇柄-9、角度传感器-10、嵌入式控制器-11、ARM芯片-12、一号杆-801、二号杆-802、三号杆-803、主动绳-804、下滑轮-805、上滑轮-806、导出滑轮-807、从动绳-808、顶出支杆-809、时钟模块-111、调试接口模块-112、电源模块-113、复位模块-114、存储器模块-115、滑动变阻器-401、AD转换模块-402、俯仰电机-403、电机驱动模块-404、水平电机-405、罗盘-406、GPS模块-407、串口模块-408、外固定套-601、内固定套-602、咬合孔-603、固定凸块-604、垂直固定杆-605、水平固定杆-606。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

实施例1

请参阅图1-图10，本实用新型提供一种无人机天线，其结构包括天线固定连接卡紧轴1、天线2、电机3、LPC控制器4、机械转动平台5、固定卡套6、三角架7、天线升降杆8、摇柄9、角度传感器10、嵌入式控制器11、ARM芯片12，所述三角架7的上顶端机械连接在固定卡套6的四周且固定天线升降杆8，所述三角架7底端的限位杆固定于天线升降杆8的下端，所述LPC控制器4的底端通过机械转动平台5贯穿于天线升降杆8的端口并配合于天线升降杆8内部，所述电机3安装在LPC控制器4的右端口并与角度传感器10相对应，所述天线2贯穿于天线固定连接卡紧轴1且二分之一处固定在其内部与LPC控制器4相互平行，所述LPC控制器4的内部靠近底端的位置上设有嵌入式控制器11，所述ARM芯片12焊接在LPC控制器4的内部靠近顶端的位置上且与天线2采用电连接，所述ARM芯片12设有的ARM控制系统分别电连接于电机3与天线2的信号端，所述天线2的角度信号输出端通过角度传感器10连接于ARM芯片12，所述所述天线升降杆8的内部由一号杆801、二号杆802、三号杆803、主动绳804、下滑轮805、上滑轮806、导出滑轮807、从动绳808、顶出支杆809组成，所述一号杆801、二号杆802、三号杆803均为U形结构的固定杆，所述一号杆801、二号杆802、三号杆803由内之外依次分布且相互配合，所述二号杆802的底端连接有下滑轮805，所述下滑轮805的两端分别通过主动绳804机械连接于上滑轮806，所述导出滑轮807与同一平面上的上滑轮806、主动绳804连接于摇柄9，所述从动绳808安装在一号杆801的中间平面内，所述二号杆802的底端左右两侧分别连接有顶出支杆809，所述LPC控制器4包括滑动变阻器401、AD转换模块402、俯仰电机403、电机驱动模块404、水平电机405、罗盘406、GPS模块407、串口模块408，所述滑动变阻器401通过AD转换模块402信号连接于LPC控制器4的信号输入端，所述LPC控制器4的信号输出端分别连接有串口模块408与电机驱动模块404，所述电机驱动模块404通过俯仰电机403电连接于滑动变阻器401，所述串口模块408分别连接有GPS模块407与罗盘406，所述串口模块408通过罗盘406的输出端电连接于水平电机405，所述水平电机405的信号输入端通过电机驱动模块404信号连接于LPC控制器4，所述三角架7靠近安装地面的一端安装有防滑垫片，所述摇柄9安装在天线升降杆8的右端二分之一处，所述嵌入式控制器11连接有时钟模块111、调试接口模块112、电源模块113、复位模块114、存储器模块115，所述时钟模块111、电源模块113连接于嵌入式控制器11的信号输入端，所述调试接口模块112、复位模块114、存储器模块115与嵌入式控制器11相互贯通，所述天线2、电机3、机械转动平台5、三角架7、ARM芯片12、滑动变阻器401、罗盘406、GPS模块407、俯仰电机403、电机驱动模块404、水平电机405组成无人机天线的自动跟踪系统，所述主动绳804、从动绳808采用钢丝绳的材料所制，具有刚度强不易断裂的特点。

本实用新型采用的天线升降杆为内置式的设计方法，如图4-7所示，在天线升降杆8的内部设有三根杆，一号杆801为固定杆，二号杆802与三好杆803分别由一根钢丝绳承拉着，他们分别是主动绳804与从动绳808，主动绳804的一端固定在一号杆801右端，另一端从二号杆802的下滑轮805上绕过，再上升绕到一号杆801的上滑轮806，并通过导出滑轮807导出升降杆，固定在摇柄9上，从动绳808的两端分别固定在一号杆801的底部两端，中间绕过二号杆802的上滑轮806和三号杆803的下滑轮805把一号杆801托起，当摇动摇柄9时，主动绳804被拉出，二号杆802被提起，当主动绳804把二号杆802提起时，从动绳808随着二号杆802的上滑轮806上升而把一号杆801同时提起，进而实现该升降的功能，本实用新型的自动跟踪系统采用嵌入式结构设计，本系统以LPC控制器4为核心，进行模块化设计，在天线的自动跟踪系统中，利用滑动变阻器401的反馈信号来确定俯仰电机403转动的角度大小，从而进一步控制俯仰电机403的转动，通过设有的ARM芯片12设有的ARM控制系统，通过串口0采集无人机的位置信息，串口1采集天线的位置信息，根据采集的信息以确定无人机相对天线的水平偏角和俯仰偏角，并与水平角度传感器采集的天线的水平指向角和俯仰角度传感器采集的天线的俯仰指向角求差，得到水平角度差值以及俯仰角度差值，以差值控制电机3转动天线2，使其对准无人机。

实施例2

请参阅图1-图11，所述固定卡套6设有外固定套601、内固定套602、咬合孔603、固定凸块604、垂直固定杆605、水平固定杆606，所述外固定套601与内固定套602、咬合孔603为一体化结构，所述外固定套601为两个半圆形结构且两端的缺口处焊接有固定凸块604，所述固定凸块604的竖直位置贯穿连接有垂直固定杆605，所述所述固定凸块604的水平位置贯穿连接有水平固定杆606且与垂直固定杆605螺纹连接。

在实现了无人机的通信质量与操作灵活性的同时，由于固定卡套6采用的垂直固定杆605、水平固定杆606相互咬合固定的方式，可有效的保证天线2转动平稳性，在天线升降杆8与机械转动平台5的连接处安装的固定卡套6可有效的防止转动平台的转动的过程中出现偏移的情况，提高本实用的实用性和使用寿命。

本实用新型所述的滑动变阻器401是电路元件，它可以通过来改变自身的电阻，从而起到控制电路的作用，在电路分析中，滑动变阻器既可以作为一个定值电阻，也可以作为一个变值电阻，滑动变阻器的构成一般包括接线柱、滑片、电阻丝、金属杆和瓷筒等五部分，滑动变阻器的电阻丝绕在绝缘瓷筒上，电阻丝外面涂有绝缘漆。

其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知，本实用新型解决的问题是现有技术的天线支撑杆无法进行高度的升降、造成天线的安装时灵活性差，无人机天线作为无人机的一个通信设备，分为全向天线和定向天线，全向天线存在着增益低、干扰大、多径效应等问题，而定向通信天线因为在束波范围内具有高增益而被广泛应用于中近程无人机的测控通信，但是由于定向发射接收信号时容易造成通信质量差，本实用新型通过上述部件的互相组合，通过将传统的外置式升降杆改善为内置式，将升降系统安装在天线升降杆的内部，利用滑轮和钢丝绳来提升天线的支撑杆，操作过程简便，可自由调整该高度，使安装使用过程中灵活性较高，且在无人机天线中设计了自动跟踪系统，它能够通过地面站获得无人机的位置信息后自动对准无人机，使得该天线在不增大通信系统的功率下，最大程度的增大通信距离和通信的可靠性，提高该无人机测控系统的通信质量，具体如下所述：

所述ARM芯片12焊接在LPC控制器4的内部靠近顶端的位置上且与天线2采用电连接，所述ARM芯片12设有的ARM控制系统分别电连接于电机3与天线2的信号端，所述天线2的角度信号输出端通过角度传感器10连接于ARM芯片12，所述所述天线升降杆8的内部由一号杆801、二号杆802、三号杆803、主动绳804、下滑轮805、上滑轮806、导出滑轮807、从动绳808、顶出支杆809组成，所述一号杆801、二号杆802、三号杆803均为U形结构的固定杆，所述一号杆801、二号杆802、三号杆803由内之外依次分布且相互配合，所述二号杆802的底端连接有下滑轮805，所述下滑轮805的两端分别通过主动绳804机械连接于上滑轮806，所述导出滑轮807与同一平面上的上滑轮806、主动绳804连接于摇柄9，所述从动绳808安装在一号杆801的中间平面内，所述二号杆802的底端左右两侧分别连接有顶出支杆809，所述LPC控制器4包括滑动变阻器401、AD转换模块402、俯仰电机403、电机驱动模块404、水平电机405、罗盘406、GPS模块407、串口模块408，所述滑动变阻器401通过AD转换模块402信号连接于LPC控制器4的信号输入端，所述LPC控制器4的信号输出端分别连接有串口模块408与电机驱动模块404，所述电机驱动模块404通过俯仰电机403电连接于滑动变阻器401，所述串口模块408分别连接有GPS模块407与罗盘406，所述串口模块408通过罗盘406的输出端电连接于水平电机405，所述水平电机405的信号输入端通过电机驱动模块404信号连接于LPC控制器4。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种无人机天线，其结构包括天线固定连接卡紧轴(1)、天线(2)、电机(3)、LPC控制器(4)、机械转动平台(5)、固定卡套(6)、三角架(7)、天线升降杆(8)、摇柄(9)、角度传感器(10)、嵌入式控制器(11)、ARM芯片(12)，其特征在于：

所述三角架(7)的上顶端机械连接在固定卡套(6)的四周且固定天线升降杆(8)，所述三角架(7)底端的限位杆固定于天线升降杆(8)的下端，所述LPC控制器(4)的底端通过机械转动平台(5)贯穿于天线升降杆(8)的端口并配合于天线升降杆(8)内部，所述电机(3)安装在LPC控制器(4)的右端口并与角度传感器(10)相对应，所述天线(2)贯穿于天线固定连接卡紧轴(1)且二分之一处固定在其内部与LPC控制器(4)相互平行，所述LPC控制器(4)的内部靠近底端的位置上设有嵌入式控制器(11)，所述ARM芯片(12)焊接在LPC控制器(4)的内部靠近顶端的位置上且与天线(2)采用电连接，所述ARM芯片(12)设有的ARM控制系统分别电连接于电机(3)与天线(2)的信号端，所述天线(2)的角度信号输出端通过角度传感器(10)连接于ARM芯片(12)，所述所述天线升降杆(8)的内部由一号杆(801)、二号杆(802)、三号杆(803)、主动绳(804)、下滑轮(805)、上滑轮(806)、导出滑轮(807)、从动绳(808)、顶出支杆(809)组成，所述一号杆(801)、二号杆(802)、三号杆(803)均为U形结构的固定杆，所述一号杆(801)、二号杆(802)、三号杆(803)由内之外依次分布且相互配合，所述二号杆(802)的底端连接有下滑轮(805)，所述下滑轮(805)的两端分别通过主动绳(804)机械连接于上滑轮(806)，所述导出滑轮(807)与同一平面上的上滑轮(806)、主动绳(804)连接于摇柄(9)，所述从动绳(808)安装在一号杆(801)的中间平面内，所述二号杆(802)的底端左右两侧分别连接有顶出支杆(809)；

所述LPC控制器(4)包括滑动变阻器(401)、AD转换模块(402)、俯仰电机(403)、电机驱动模块(404)、水平电机(405)、罗盘(406)、GPS模块(407)、串口模块(408)，所述滑动变阻器(401)通过AD转换模块(402)信号连接于LPC控制器(4)的信号输入端，所述LPC控制器(4)的信号输出端分别连接有串口模块(408)与电机驱动模块(404)，所述电机驱动模块(404)通过俯仰电机(403)电连接于滑动变阻器(401)，所述串口模块(408)分别连接有GPS模块(407)与罗盘(406)，所述串口模块(408)通过罗盘(406)的输出端电连接于水平电机(405)，所述水平电机(405)的信号输入端通过电机驱动模块(404)信号连接于LPC控制器(4)。

2.根据权利要求1所述的一种无人机天线，其特征在于：所述三角架(7)靠近安装地面的一端安装有防滑垫片。

3.根据权利要求1所述的一种无人机天线，其特征在于：所述摇柄(9)安装在天线升降杆(8)的右端二分之一处。

4.根据权利要求1所述的一种无人机天线，其特征在于：所述嵌入式控制器(11)连接有时钟模块(111)、调试接口模块(112)、电源模块(113)、复位模块(114)、存储器模块(115)。

5.根据权利要求4所述的一种无人机天线，其特征在于：所述时钟模块(111)、电源模块(113)连接于嵌入式控制器(11)的信号输入端，所述调试接口模块(112)、复位模块(114)、存储器模块(115)与嵌入式控制器(11)相互贯通。