便携式定向测试天线及其使用方法与流程

便携式定向测试天线及其使用方法
1.所属领域
2.本发明涉及一种天线，特别是涉及一种便携、可拆装、指向编码量化的定向反射面天线，可以完成方位az：360
°
、俯仰el：
‑5°
～10
°
范围的调整，方位刻度盘(11)与俯仰刻度盘(15)随着方位手摇轮(12)、俯仰调整手杆(10)的动作清楚标记着天线的az、el角度，定向精度准确，同时配合频段增益场放(6)，具有较高的接收灵敏度，极大缩短了二次定位和回转复测的测量时间。


背景技术：

3.本发明方案主要用于复杂电磁环境监测、对影响卫星测控站装备正常使用的不明发射机和干扰源进行测向排查，并最终定位，进行干扰规避或解除，目前，干扰测试天线一般为小巧的手持全向天线，北京大泽科技有限公司研发的手持式定向天线zn30204，具有重量轻、易携带等特点，可对近距离或中等距离的目标进行定位，检测无照发射机所进行非法通信或正常发射装置出现的干扰，通过将天线手动转动方向或改变与干扰源的距离，具有最大信号电压的方向即可找到发射干扰源。使用场景一般为室内干扰测试或近距离干扰源检查。手持凭感觉定向定位精度低、天线增益低探测范围近、干扰源位置无量化、排查测试时间长，难以追溯重复长时间定点定向测试且二次定位和回转复测时间增加，操作过程繁琐。


技术实现要素：

4.本发明专利采取反射面、馈源天线(图2)、方位
‑
俯仰组合平台(图4)、场放(图3)、可伸缩三角架(图6)的方案，用来监测微波电磁环境复杂、电磁辐射标准高的高精度测量控制场所(如发射场、雷达卫星测量站)，发现定位影响跟踪测量设备的无牌发射机或其它电子设备信号造成的微波干扰，可实现长时间定点、定向的区域监测及精确复测。干扰源测试时，依据方位
‑
俯仰组合平台(图4)角度标记，可确定干扰源位置，通过方位、俯仰编码的方式量化使二次定位和回转复测操作一步到位，测量时间大大减少，同时避免了人员手持排查过程中，微波信号的幅值等特征起伏不稳导致的方向定位不准确以及定点复测验证困难等不利因素，有效简化了干扰信号测试流程，降低了测试过程操作的复杂程度，由原来至少3人完成的工作现1人可独立完成，减少了人力资源，极大提高了工作效率。
5.本方案中的便携式定向测试天线，主要由天线/馈源结构(图2)、方位
‑
俯仰组合(图4)、可伸缩脚架(图6)等三大部件组成。
6.所述天线/馈源结构(图2)主要包括微波信号接收装置与信号馈线传输装置；所述微波信号接收装置由天线反射面(1)、宽频带馈源(2)、馈源支架(3)组成；宽频带馈源(2)通过螺栓固定在馈源支架(3)前端，喇叭口朝向反射面(1)，反射面(1)通过快拆螺钉(4)安装在馈源支架(3)另一端，所采用的馈源反射面式接收天线能够提高接收增益，配合专用的低噪声场放(6)，使系统的最小接收灵敏度门限相比手持式隔板极化器天线有很大的提高，在测试频率范围内可提供明确的方向图，指向接收信号最强的方向；
7.所述信号馈线传输装置主要有由极化切换开关(5)、场放(6)、频段切换开关(7)与rf电缆组成，馈源结构(2)接收到的信号电磁分量为线极化(水平、垂直极)、圆极化(左旋、右旋)(图1)，馈源波导同轴接头连接的rf电缆与与射频极化切换开关(5)连通，选择v
‑
pol与h
‑
pol(图1)其中的1路，经过频段场放lan(6)放大后送给频段切换射频开关(7)，最后馈给便携频谱仪进行信号分析。所述以上组成具有低旁瓣特性、较小回波损耗特征的微波信号接收装置，信号幅度等特征的变化对信号来源方向有明显的关联，满足鉴别干扰方向的要求。为了减少重量及方便拆装，天线反射面(1)表面采用金属化碳纤维铝蜂窝夹层结构，此结构强度高、刚性好、重量轻、工艺较为成熟，表面精度及指标均能达到工程应用要求。
8.所述方位
‑
俯仰组合(图4)主要包括开关置物台(8)、反射面安装盘(9)、俯仰调整手杆(10)、方位刻度盘(11)、方位手摇轮(12)、支架安装固定卡座(13)、俯仰轴(14)、俯仰刻度盘(15)、方位轴承(16)、方位减配孔平台(17)、大齿轮(18)、小齿轮(19)、方位输入轴(20)。开关置物台(8)正前面与反射面安装盘(9)固定在一起，开关置物台(8)后端底部平面与俯仰调整手杆(10)上部相连接，开关置物台(8)前端底部通过俯仰刻度盘(15)旋转轴与俯仰轴(14)相连接。开关置物台(8)通过俯仰调整手杆(10)的旋转丝道伸缩以俯仰刻度盘(15)旋转轴为支点上下运动，从而带动天线/馈源结构(图2)实现俯仰角度的调整，俯仰刻度盘(15)实现俯仰位置的角度量化。俯仰调整手杆(10)与俯仰轴(14)下部固定在方位减配孔平台(17)，考虑天线反射器的重心位置，在满足运动空间的条件下，安排旋转轴的位置，使俯仰转动部分的重心尽可能位于俯仰轴(14)附近，以减小配重重量，达到减轻重量，减小惯量的目的。方位减配孔平台(17)内部嵌套轴承(16)，采用带有内齿圈回转轴承，轴承内圆带有内齿，是作为方位传动机构的末级大齿轮，这种轴承与大齿轮一体的设计提高了传动刚度和精度，使结构更为合理紧凑，方位传动链为单链驱动。方位减配孔平台(17)上层外圈有制成一体的方位大齿轮(18)并带有角度位置标记点，下层外圈镌刻方位刻度盘(11)与支架安装固定卡座(13)固定在一起，小齿轮(19)齿面与大齿轮(18)互相啮合，小齿轮(19)嵌套在方位输入轴(20)上，方位输入轴(20)两端通过固定在方位减配孔平台(17)一侧的2个轴承可自由转动，其一端配有方位手摇轮(12)。转动方位手摇轮(12)带动方位输入轴(20)以两端轴承为支点转动，从则带动了小齿轮(19)啮合大齿轮(18)，最终实现了方位减配孔平台(17)运转，间接实现了俯仰机构及天线/馈源结构(图2)的整体方位360
°
转动，方位大齿轮(18)角度位置标记点随着方位减配孔平台(17)的转动实时对应方位刻度盘(11)不同的角度编码刻线，以实现方位位置的角度量化，传动精度与俯仰传动链同样靠齿轮制造精度保证，实现人工操作。手摇轮(12)的配备增加了干扰源测试寻找过程的便捷、准确，可以更好的回转、定位；配套的方位/俯仰刻度盘(11)、(15)在干扰源的检测过程中能够以角度的方式更准确直观的显示出干扰方向，操作简单、方便快捷。
9.所述伸缩三角支架主要由三角板(21)、伸缩卡扣(22)、活页支撑垫(23)、方位转台卡座(24)等组成。方位转台卡座(24)底部安装3根内外两层组成的支架杆，钢化铝三角板(21)安装在外层支架杆最下端，用以固定3个支架的张开角度，以增强三角支架支撑的钢性和稳定度，内层支架底部加装了活页支撑垫(23)，能更好的适应室外复杂地形的放置，可进一步增加稳定性，整体构件选用轻质材料钛合金、碳纤维等，提高了结构刚度和成品率，也有利于减重。
10.所述天线/馈源结构(图2)信号接收装置以卡扣的方式安装在方位
‑
俯仰平台组合
支架安装盘(9)上。所述信号馈线传输装置极化切换开关(5)、场放(6)、频段切换开关(7)信号固定在方位
‑
俯仰组合开关置物台(8)上，所述方位
‑
俯仰平台组合通过其底部支架安装固定卡座(13)置于可伸缩脚架之方位转台卡座(24)上。
11.上述便携式定向测试天线使用方法，包括如下步骤：
12.1)、选择测量点位置，调整可伸缩三脚架支架及活页支撑垫(23)，使方位转台卡座(24)保持水平稳定状态，固定卡扣三角板(21)，保持三脚架支架开合角度使其更加稳定在测试定点，不晃动。将方位
‑
俯仰平台组合底部支架安装固定卡座(13)安装到可伸缩脚架之方位转台卡座(24)上，使方位
‑
俯仰平台组合(图4)垂直支架安装固定卡座(13)工作面，转动方位
‑
俯仰平台组合(图4)至方位刻度盘(11)0
°
度位置于正北方向，锁紧快拆螺丝，保证方位
‑
俯仰平台组合(图4)安装牢固，上下不窜动，左右不晃动。手动旋转俯仰调整手杆(10)置俯仰刻度盘(15)指向水平0
°
位置，然后将天线/馈源结构(图2)信号接收装置以卡扣的方式安装在方位
‑
俯仰平台组合支架安装盘(9)上，连通信号射频线缆，此时天线指向位置为(az:0
°
、el：0
°
)。
13.2)、将便携式频谱仪接入频段切换开关(7)信号输出口，开机后，设置便携式频谱仪相应排查的干扰源参数(中心频率、带宽、vbw、rbw等)，根据排查干扰信号的特征通过极化切换开关(5)进行垂直、水平极化(图1)选择，至此，测量链路搭建完毕。
14.3)、全方位干扰测试时，天线指向位置俯仰保持0
°
，正时针方向转动方位手摇轮(12)，方位在az：0
°‑
360
°
旋转一周，在便携式频谱仪上观察信号频谱的变化，通过射频开关的组合切换进行极化(5)、频段(7)的切换，此时方位刻度盘(11)与俯仰刻度盘(7)的指向显示天线角度位置，发现并记录干扰信号特征频谱，包括方位角az、俯仰角el、信号幅度、信号带宽、具体频点信息，特别是影响域比较大的干扰信号频谱，方便下一步查找定位分析。
15.4)、旋转俯仰调整手杆(10)，使俯仰刻度盘(7)指向某一角度a，天线指向位置俯仰保持角度a，重复步骤3，完成测试记录。
16.5)、依照干扰信号特征，通过顺时针、逆时针方向调整旋转俯仰调整手杆(10)，使天线俯仰指向位置逐步提高或减小角度，重复步骤4，直至所需排查的空域测试完毕。
17.6)、对发现干扰信号的具体参量，进行初步甄别分析，对重要空域的干扰信号，根据记录干扰信号的特征、方位角az、俯仰角el进行二次复测或多次回转复测，进一步详细分析。
18.7)、对局部区域测试时，可通过固定俯仰角度，转动方位手摇轮(12)使方位天线角度在区间范围内完成测试，然后再通过天线俯仰指向位置逐步提高或减小角度，方位天线角度区间范围保持不变完成区域测试，最后按照步骤6完成干扰信号的详细分析。
19.8)、定点长时间干扰信号监测时，转动方位手摇轮(12)、旋转俯仰调整手杆(10)至已知的方位角az、俯仰角el，可使天线/馈源结构(图2)信号接收装置长时间指向特定方向，不需要人为干预就可长时间稳定进行干扰信号频谱变化的监测。
20.测试时通过旋转俯仰调整手杆(10)、方位手摇轮(12)进行天线/馈源(图2)信号接收装置的方向调整来寻找干扰信号最大点，进行干扰信号的甄别分析，方位刻度盘(11)与俯仰刻度盘伴随着(15)方位手摇轮(12)、俯仰调整手杆(10)的正反转动作清楚标记出天线的角度位置，后续进行复测和重点干扰源测试时，依据记录标记角度，可以迅速定点到位置。重点频段监测时，调整到方位刻度盘(11)与俯仰刻度盘(7)角度位置，可进行干扰信号
的稳定测试，实现了多种情况下长时间电磁干扰源特征及方向鉴别的测试功能，同时也缩短了回传复测和二次定位测量的时间。
21.本发明的有益效果：完全采用的馈源反射面式接收天线具有很高的天线增益，配合专用的频段低噪声场放(6)，对微弱的微波信号有很好的识别作用，使系统的最小接收灵敏度门限相比手持式隔板极化器天线有很大的提高，在测试频率范围内可提供明确的方向图，指向接收信号较强的方向；手摇轮(12)的配备增加了干扰源测试寻找过程的便捷、准确，可以更好的回转、定位；配套的方位/俯仰刻度盘(11)、(15)实现了干扰源位置与角度关联，以具体角度值代替了手持大体方位信息描述，在干扰源的检测过程中能够以角度的方式准确直观的显示出干扰方向，依据方位角度位置，可以迅速选择干扰源排查路线等，依据俯仰角度位置，可以确定干扰源大致空间高度，便于二次定位测量、回转复测和长时间无人手持定点、定向的区域干扰监测及复测。操作简单、方便快捷，减少了手持式定向天线人工偏转定位、反复比较的不确定及手持晃动引起信号变化的不稳定，造成测试误差或误判，使干扰源位置定位不准确；有效降低了测试过程的复杂程度，简化了测试工作流程，减少了人力资源投入，大大提高了工作效率；提高了排查准确性和规范性，同时也节约了大量时间。便携式定向测试天线监测灵敏度高、小巧轻便、方便收纳、机动性强，提高了测控站单人自主快速监测定位电磁干扰源的能力，为电磁干扰排查、防护起到一定作用，简单的器件改变就可以实现复制推广应用，为保障设备使用频率安全、提升信息支援能力提供了有力保障。
附图说明
22.图1是实施例中的宽频带馈源及v&h极化频段切换原理图；
23.图2是实施例中天线/馈源结构示意图；
24.图3是实施例中开关置物台结构图；
25.图4是实施例中方位
‑
俯仰平台组合示意图；
26.图5是实施例中方位底座示意图；
27.图6是实施例中伸缩三角架示意图。
28.图中，1
‑
反射面，2
‑
宽频带馈源，3
‑
馈源支架，4
‑
快拆螺钉，5
‑
极化切换开关，6
‑
场放，7
‑
频段切换开关，8
‑
开关置物台，9
‑
反射面安装盘，10
‑
俯仰调整手杆，11
‑
方位刻度盘，12
‑
方位手摇轮，13
‑
支架安装固定卡座，14
‑
俯仰轴，15
‑
俯仰刻度盘，16
‑
轴承，17
‑
方位减配孔平台，18
‑
大齿轮，19
‑
小齿轮，20
‑
方位输入轴，21
‑
三角板，22
‑
伸缩卡扣，23
‑
活页支撑垫，24
‑
方位转台卡座。
具体实施方式
29.2019年5月，我单位某c频段系统在az:285
°
、el：3
°
发现外界电磁干扰，影响设备正常跟踪目标，锁定下行异常，遥测数据出现丢帧问题，技术人员受命携带该系统进行干扰源排查定位。
30.首先，技术人员根据信号强度预判，驱车15公里，在预选点位a处组织干扰源定向初测，固定好便携式定向测试天线，采用局部区域测试7法，旋转俯仰调整手杆(10)使天线俯仰指向位置保持3
°
，往复转动方位手摇轮(12)，使方位大齿轮(18)标记点在方位刻度盘(11)280
°‑
290
°
缓慢往复运转，在便携式频谱仪上观察信号频谱的变化，通过射频开关的组
合切换进行极化(5)、频段(7)的切换，发现干扰信号强度最大点确实在az:285
°
附近；旋转天线旋转俯仰调整手杆(10)使天线俯仰指向位置俯仰保持2
°
往复转动方位手摇轮(12)，使方位大齿轮(18)标记点在方位刻度盘(11)280
°‑
290
°
缓慢往复运转，重复测试方法7，经多次回转复测详细分析，发现伴随着方位、俯仰角度的偏移信号幅值强度变化明显。按照信号变化强度采用逐步逼近的方式，跨距离多次测试，历时2个小时，最终定位为距离单位测试场25公里处架空杆上的卫星锅接收干扰器，经和地方无线电委员会核实，此为非法射频装置，联合地方执法部门进行了拆除。再次利用便携式定向测试天线，对该方向上的微波信号，采用测试方法8进行长时间复测，没有发现类似干扰信号，干扰源定位准确。