CN215680978U - 一种新型高精度抗多径测向天线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型高精度抗多径测向天线系统，包括：测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、综合处理单元、电源和对外接口；测向天线设置有若干个，且采用匚字型排列，用于扫描捕捉目标信号的相位信息；天线射频切换电路与测向天线连接，用于切换测向天线的测向模式；定向天线设置在转台上，能够在转台的带动下进行旋转，用于与目标信号建立通信连接；综合处理单元与测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、电源和对外接口均连接，用于解算相位信息获取目标信号，并控制转台的旋转角度和处理目标信号的通信信息；电源用于供电；对外接口用于连接外部终端或进行软件升级。本实用新型能够消除多径带来的影响，并提高测向精度。

Description

一种新型高精度抗多径测向天线系统

技术领域

本实用新型涉及射频通信技术领域，尤其涉及一种新型高精度抗多径测向天线系统。

背景技术

随着军事和民用技术的不断发展，远距离通信需求不断增加。为了满足通信链路的能量裕度，在某一方向上具有较高增益的定向天线使用越来越广泛。在一些已知固定信号源位置的应用场景可以通过计算信号来向角度，手动将通信设备对准信号来向。或者通过改变定向天线的设计、增加定向天线波束宽度的方式实现对目标信号源的覆盖式对准。但是这种设计思路不符合移动信号源的应用场景，当信号源处于全空域任一位置时，设备要与其建立通信，必须将定向天线的中心增益位置对准信号来向，从而提高信号链路的增益，确保通信的顺利进行。因此通信天线需要通过转台自动实时对准目标。

目前，定向天线测向方式是通过将三个天线片以“L”型放置实现测向，该测向方式在实际应用中容易受到地面或建筑反射以及其他多径信号的干扰，导致天线的指向与实际信号的来向大相径庭。若想抵消多径信号带来的巨大影响，需要增加测向天线的数量，但是采用多个测向天线进行测向，将大幅提高硬件成本和功耗；同时设备尺寸、重量也将相应增加，很可能无法达到预期的设计目的，不符合产品轻量化、低成本、低功耗的设计要求。

此外，如图1所示，现有技术中还通过四阵元方式进行测向。四阵元测向时通过比较水平方向上天线0和天线3的相位差计算出信号水平角度，同理，通过比较俯仰方向上天线0和天线1的相位差计算出信号俯仰方向角度。然后将信号水平角度和信号俯仰方向角度发送至转台，转台再根据该信息调整自身角度，从而实现将天线中心位置指向信号来向。四阵元天线能够满足大多数指向精度要求不高的应用场景。但是在一些反射信号较强的环境中，设备极易受到反射信号的影响，将天线中心位置指向反射信号的来向，而完全偏离了真实信号的位置，轻则影响通信链路的能量裕度，严重的则会导致通信中断数据丢失，无法发挥窄波束高增益定向天线在远距离通信应用中的优势。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种新型高精度抗多径测向天线系统。

一种新型高精度抗多径测向天线系统，包括：测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、综合处理单元、电源和对外接口；所述测向天线设置有若干个，且采用匚字型排列，用于扫描捕捉目标信号的相位信息；所述天线射频切换电路与所述测向天线连接，用于切换测向天线的测向模式；所述定向天线设置在所述转台上，能够在所述转台的带动下进行旋转，用于与目标信号建立通信连接；所述综合处理单元与所述测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、电源和对外接口均连接，用于解算所述相位信息获取目标信号，并控制所述转台的旋转角度和处理目标信号的通信信息；所述电源用于供电；所述对外接口用于连接外部终端或进行软件升级。

进一步地，所述测向天线设置有12个，包括有6个第一天线和6个第二天线，所述6个第一天线竖直设置；所述第二天线每3个一组进行水平设置，整体呈匚字型排列。

进一步地，所述天线射频切换电路包括有6个切换开关，所述第一天线和第二天线两两连接同一个切换开关。

进一步地，所述6个切换开关对应设置有3个控制信号，分别为第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；所述第一控制信号连接有3个切换开关；所述第二控制信号连接有2个切换开关；所述第三控制信号连接有1个切换开关。

进一步地，所述测向模式包括有俯仰模式、第一水平模式和第二水平模式；所述俯仰模式为采用第一天线测向的模式；所述第一水平模式为采用一组水平设置的天线进行测向的模式；所述第二水平模式为采用另一组水平设置的天线进行测向的模式。

与现有技术相比，本实用新型的优点及有益效果在于：

1、本实用新型能够消除多径带来的影响的同时，大幅提高测向精度，在目标信号移动过程中，定向天线能够始终准确指向目标，在目标的跟踪过程中，通信始终保持连接且有一定的能量裕度，满足实际需要。

2、本实用新型中的测向天线能够为定向天线搜寻并锁定目标信号的位置，并指引定向天线中心增益的方向指向目标信号，在此基础上，实现了通信设备的模块化、集成化管理，使测向通信单元体积更小，重量更轻，成本也相对降低。

附图说明

图1为现有技术中四阵元测向天线布置图；

图2为一个实施例中一种新型高精度抗多径测向天线系统的结构示意图；

图3为图2中测向天线的布置示意图；

图4为图2中测向天线与天线射频切换电路的电气拓扑图。

附图中，测向天线10、天线射频切换电路20、定向天线30、转台40、综合处理单元50、电源60和对外接口70。

具体实施方式

为了使本实用新型更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型做进一步详细说明。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2所示，提供了一种新型高精度抗多径测向天线系统，包括：测向天线10、天线射频切换电路20、定向天线30、转台40、综合处理单元50、电源60和对外接口70；测向天线10设置有若干个，且采用匚字型排列，用于扫描捕捉目标信号的相位信息；天线射频切换电路20与测向天线10连接，用于切换测向天线10的测向模式；定向天线30设置在转台40上，能够在转台40的带动下进行旋转，用于与目标信号建立通信；综合处理单元50与测向天线10、天线射频切换电路20、定向天线30、转台40、电源60和对外接口70均连接，用于解算相位信息获取目标信号，并控制转台40的旋转角度和处理目标信号的通信信息；电源60用于供电；对外接口70用于连接外部终端或进行软件升级。

在本实施例中，测向天线10设置有若干个，且采用匚字型排列，用于扫描捕捉目标信号的相位信息，天线射频切换电路20与测向天线10连接，用于切换测向天线10的测向模式，定向天线30设置在转台40上，能够在转台40的带动下进行旋转，用于与目标信号建立通信；综合处理单元50与测向天线10、天线射频切换电路20、定向天线30、转台40、电源60和对外接口70均连接，用于解算相位信号获取目标信号，并控制转台40的旋转角度和处理目标信号的通信信息；电源60用于供电，对外接口70用于连接外部终端或进行软件升级，能够在消除多径带来的影响的同时，大幅提高测向精度，在目标信号移动过程中，定向天线30能够始终准确指向目标，在目标的跟踪过程中，通信始终保持连接且有一定的能量裕度，满足实际需要。

其中，测向天线10设置有12个，包括有6个第一天线和6个第二天线；6个第一天线竖直设置；第二天线每三个一组进行水平设置，整体呈匚字型排列。

具体地，如图3所示，V1、V2、V3、V4、V5和V6为第一天线，H1、H2、H3、H4、H5和H6为第二天线；竖直方向上设置有一列6个完全相同的测向天线10，水平方向上设置有两排，每排放置4个完全相同的测向天线10，其中V1和V6天线竖直和水平共用，总计12个测向天线10。

其中，测向模式包括有俯仰模式、第一水平模式和第二水平模式；俯仰模式为采用第一天线测向的模式；第一水平模式为采用一组水平设置的天线进行测向的模式；第二水平模式为采用另一组水平设置的天线进行测向的模式。

具体地，测向天线10可以通过天线射频切换电路切换测向模式，测向模式包括有俯仰模式、第一水平模式和第二水平模式。当系统测量俯仰方向时，采用俯仰模式，垂直设置有6个第一天线参与测向；当系统测量水平方向时，可以采用第一水平模式或第二水平模式中的一种或两种。其中，采用第一水平模式时，位于第一排的4个测向天线(包括有1个第一天线和3个第二天线)参与测向；采用第二水平模式时，位于第二排的4个测向天线(包括有1个第一天线和3个第二天线)参与测向，从而实现精准测量。

在本实施例中，采用匚字型天线加通道切换的设计思路，能够尽量减小测向天线10本身所需占用的空间，通道切换设计可以最大程度上减少因测向天线10增加导致通道也必须增加的问题。

其中，如图4所示，天线射频切换电路20包括有6个切换开关，第一天线和第二天线两两连接同一个切换开关。

具体地，天线射频切换电路20包括有6个切换开关，第一天线和第二天线两两连接同一个切换开关，从而减少切换开关设置。

具体地，本实用新型在传统四阵元天线的基础上增加了8个测向天线，但是在测向通道数量上却仅仅增加了2个通道，最大程度减少了元器件的数量，利用切换开关控制测向模式，从而对水平和俯仰方向进行分别测试，能够降低系统冗余度和成本，节省空间的同时减轻系统重量。

其中，6个切换开关对应设置有3个控制信号，分别为第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；第一控制信号连接有3个切换开关；第二控制信号连接有2个控制开关；第三控制信号连接有1个切换开关。

具体地，为了减少控制线，因此在6个切换开关对应设置有3个控制信号，分别为第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号，第一控制信号连接有3个切换开关；第二控制信号连接有2个控制开关；第三控制信号连接有1个切换开关。例如，切换开关123连接第一控制信号，切换开关4连接第三控制信号，切换开关56连接第二控制信号。

其中，测向天线10能够扫描获取目标信号的相位信息，综合处理单元50根据相位信息解算获取目标信号方位，从而控制转台40带动定向天线30旋转，将定向天线30的中心增益朝向旋转至目标信号对应的角度，实现与目标信号的连接。

在一个实施例中，该系统的工作流程为：打开电源后，综合处理单元给转台发送水平360°连续旋转的扫描指令，并同时控制天线射频切换电路循环切换测向天线为俯仰模式、第一水平模式和第二水平模式进行目标信号搜索；当系统搜索到目标信号后，综合处理单元给转台发送停止扫描命令，并实时将计算出的目标信号来向的角度信息发送至转台；转台将定向天线中心增益的朝向旋转至角度信息对应的角度，完成指向操作；指向完成后，链路处于裕量最大的状态，能够尽可能的保证通信稳定。

在本实施例中，改变了传统的四阵元测向的方式，运用多信号分类算法与多天线设计的方式，相较于传统测向方式，提高了系统的指向精度，能够达到正负0.5°的误差范围。此外，本实用新型只需要在已有处理算法的基础上，改变测向天线的数量和分布方式，即可改善指向误差较大的问题。

在一个实施例中，本实用新型在能够提高测向性能的同时，还具备极高的可移植性，能够将测向天线和天线射频切换电路移植到其他定向通信系统中，实现定向通信。

具体地，本实用新型在设计过程中，首先通过多信号分类算法进行仿真和实测，得到在某一方向上信号来向的计算所用天线的数量越多，信号抗多径的能力就越强，测向精度越高。综合考虑到产品成本和体积等方面因素，测向天线10的数量不可能无限进行增加。采用俯仰6个天线和水平两排每排4个天线交替测向的方式，即可将测向精度提高至正负0.5°，解决多径问题的同时极大地提高了测向精度。

其中，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型高精度抗多径测向天线系统，其特征在于，包括：测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、综合处理单元、电源和对外接口；

所述测向天线设置有若干个，且采用匚字型排列，用于扫描捕捉目标信号的相位信息；

所述天线射频切换电路与所述测向天线连接，用于切换测向天线的测向模式；

所述定向天线设置在所述转台上，能够在所述转台的带动下进行旋转，用于与目标信号建立通信连接；

所述综合处理单元与所述测向天线、天线射频切换电路、定向天线、转台、电源和对外接口均连接，用于解算所述相位信息获取目标信号，并控制所述转台的旋转角度和处理目标信号的通信信息；

所述电源用于供电；所述对外接口用于连接外部终端或进行软件升级。

2.根据权利要求1所述的一种新型高精度抗多径测向天线系统，其特征在于，所述测向天线设置有12个，包括有6个第一天线和6个第二天线，所述6个第一天线竖直设置；所述第二天线每3个一组进行水平设置，整体呈匚字型排列。

3.根据权利要求2所述的一种新型高精度抗多径测向天线系统，其特征在于，所述天线射频切换电路包括有6个切换开关，所述第一天线和第二天线两两连接同一个切换开关。

4.根据权利要求3所述的一种新型高精度抗多径测向天线系统，其特征在于，所述6个切换开关对应设置有3个控制信号，分别为第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；所述第一控制信号连接有3个切换开关；所述第二控制信号连接有2个切换开关；所述第三控制信号连接有1个切换开关。

5.根据权利要求2所述的一种新型高精度抗多径测向天线系统，其特征在于，所述测向模式包括有俯仰模式、第一水平模式和第二水平模式；所述俯仰模式为采用第一天线测向的模式；所述第一水平模式为采用一组水平设置的天线进行测向的模式；所述第二水平模式为采用另一组水平设置的天线进行测向的模式。

Images