一种随动跟踪WIFI传输装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种随动跟踪WIFI传输装置，包括云台控制器，以及与之连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、无线通信单元、WIFI单元和天线云台；还包括设置在天线云台上的定向天线，定向天线连接到WIFI单元。本实用新型专利技术实现了WIFI的远距离通信，并解决了使用定向天线时多接入点动态移动组网问题；使WIFI在提升通信距离、提升通信隐蔽性、提升网络抗毁性、降低电磁干扰等方面效果明显；能够适合野外使用，大大地拓展了WIFI的用途与范围；采用4阵元双激励MIMO定向天线结构可使定向天线获得高增益，窄主瓣波束、低旁瓣等优良特性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及WIFI通信
，具体为一种随动跟踪WIFI传输装置。
技术介绍
WIFI通信是当代社会应用非常普及的一种无线通信方式。WIFI通信具有诸多优点，例如用户容量大、传输速度高、接入方便、使用广泛、组网灵活等显著的优点。现代智能终端，如手机、移动笔记本等通常都把WIFI通信功能作为标准配置之一。民用无人飞行器尤其是多轴旋翼飞行器，具有成本低、开发容易、结构简单、用途广泛的特点，得到了相当的普及。但目前多数无人飞行器主要通过专门的遥控器实现控制，使用WIFI通信的无人机一般仅能在100米以内通信。如果无人飞行器能用WIFI实现数公里的通信，将是非常方便的。这种情况下，使用现代智能终端设备就能很方便地与对飞行器实现通信联系，借助智能终端的平台能方便地开发无人机新功能，无疑将极大地拓展无人飞行器应用领域和范围。另一方面，随着汽车的普及，许多汽车上已具备了WIFI功能。如果汽车之间能以某种方式实现WIFI组网，在数百米范围实现WIFI互联，这无疑将是非常有价值的事情。但遗憾的是，目前以上两种场合应用均未实现。主要原因是WIFI通信采用多进制宽带数字调制，存在频带占用宽、信号的峰平功率比高，导致发射效率低等缺点。特别是由于信号的峰平功率比高，导致发射器效率很低，使用宽带通信导致接收机灵敏度低等，因此WIFI通常只用作短距离通信。现代移动终端上的小功率WIFI通信距离一般在数十米范围内，发射效率通常低于25％，根本不适合远距离通信。要提高通信距离，就需要提高发射功率，由于发射效率低，要求发射机总消耗功率很大，电源消耗增加程度就十分显著。此外，通信功耗过高也不利于使用电池供电的系统使用。目前，在提高线性发射器效率方面，不少研究者已提出了一些列诸如：前馈、预失真等新技术，在一定程度上改善了发射效率，在窄带通信方面获得一定程度应用，宽带通信具有复杂性目前仍旧处于实验室研究阶段，尚未能达到实用化水平。鉴于以上原因，WIFI通常仅作为短距离通信使用，许多户外通信只得使用其他方式代替。例如，民用型无人飞行器的通信方式多采用模拟通信和部分数字通信相混合的方式。图像和声音传输使用模拟调频FM方式，命令控制则使用数字频移键控FSK方式。地面车辆间的通信甚至是采用传统的对讲机。一些性能更好的通信系统则使用全数字的COFDM、QPSK等方式。这些通信方式，虽然能解决飞行器、车辆等远距离通信问题，但它属于专用性质的通信与现代智能终端使用的WIFI有很大的差异，由于通信体制完全不同，失去了使用WIFI的便
利性优点。目前使用定向天线扩展WIFI通信距离已有一定应用，定向天线阵具有比常规WIFI系统所用的全向天线有更高的增益，加上它是定向传输的，因此信号传输时能量高度集中，降低了噪声干扰，可实现远距离传输。在相同发射功率与相同接收机灵敏度情况下，定向天线阵能有效地提高通信质量，使WIFI传输距离成倍增加成为可能。在定向通信方式下，由于传输能量集中在所指方向上，对其它非传输方向的设备干扰也会很小。但是，定向天线具有方向性，需要收发系统实时对准才能建立通信，而且由于定向通信系统组网的复杂度高，所以目前都限于点对点固定位置之间的通信，例如2个高楼之间使用定向网桥实现WIFI通信等。但这些常规设计要么采用增大发射功率，要么增加天线方向性和增益来提升通信距离，没有在WIFI信号本身上寻求解决方案。并且这些设计也无法满足移动、随机、多接入点组网等实际需要。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出一种能随动跟踪WIFI传输装置设计方案，该方案采用具有自动跟踪能力的定向WIFI通信系统，实现了任意移动通信节点间的WIFI定向通信，并使通信距离成倍增加，主要技术方案如下：一种随动跟踪WIFI传输装置，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。进一步的，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。更进一步的，还包括第2定向天线，第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云台连接云台控制器；所述WIFI单元还包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。更进一步的，所述第1定向天线和第2定向天线均为四阵元双输入激励MIMO结构，其包括底层激励输入层，所述底层激励输入层下方设有金属底面反射层，上方依次设有两个或两个以上的引向器。更进一步的，所述第1射频单元和第2射频单元为双频模式，工作频段为2.4GHz频段和5GHz频段。更进一步的，所述5GHz频段的射频单元包括由射频滤波器UF1、功率放大器PA、射频收发切换电子开关S1、射频滤波器UF2、天线P1顺次连接构成的发射通路；还包括接收通路，接收通路包括顺次连接到射频收发切换电子开关S1的低噪声放大器LNA和射频滤波器
UF3；所述功率放大器PA为平衡放大器结构；还包括用于驱动收发切换的隔离驱动器。本技术的有益效果是：1)本技术采用自组织定向WIFI通信网络与自组织全向低功耗辅助网络互补组合的系统构架，不但解决了当前高速WIFI网络不能远距离使用的问题，最重要的是解决了定向WIFI多接入点随机动态移动组网问题，使WIFI的用途获得巨大拓展。自组织全向低功耗辅助通信网络是低速窄带通信网络，主要是辅助WIFI确定天线指向，不承担用户数据传输。尽管是低功耗发射，但它属于窄带通信接收机灵敏度很高，具有比定向WIFI更远的传输距离，其高效率特性保障了整个WIFI系统能建立起精准的定向通信。2)本技术采用新的定向天线结构，使WIFI在定向传输方面提升了收发性能，使发射信号杂散与谐波更小、接收信噪比更高。使用多层叠合PCB方式设计，具有取材容易、加工简单、安装方便、成本低廉等优势。3)本技术采用多滤波器方式的射频前后端电路结构，有效提升了WIFI长距离通信性能。发射电路使用平衡放大器作为功率合成，提高了WIFI发射功率；使用噪声系数低于1dB的超低噪声放大器采用损耗低于0.5dB的电子切换开关提升接收机灵敏度；多滤波器设计有效抑制带外信号进入接收机，并阻止发射机谐波和杂散辐射。多种措施提高了发射信号质量和接收灵敏度。这个设计解决了WIFI长距离通信问题，与传统设计相比，本专利的WIFI收发性能提升巨大。4)本技术提出了一种可拆分式硬件结构，最大程度降低不同使用环境下的成本，同时也不需要改变现有WIFI的基本体制，也能和现有WIFI实现正常通信，极具实用价值。附图说明图1为本技术随动跟踪WIFI传输装置的结构框图。图2为本技术随动跟踪WIFI传输装置中WIFI单元的结构框图。图3为2个WIFI系统组网的最小通信链路示意图。图4为3个WIFI系统组网的最小通信链路示意图。图5为4个或4个以上WIFI系统组网的最小通信链路示意图。图6为本技术5G频段射频单元结构框图。图7为本技术5G频段射频单元电路原理图。图8为本技术空间大地坐标系示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。

【技术特征摘要】
1.一种随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，包括云台控制器，以及与云台控制器连接的加速度传感器、地磁传感器、北斗导航接收机、自组织低功耗无线通信单元、WIFI单元和第1天线云台；还包括设置在第1天线云台上的第1定向天线，第1定向天线连接到WIFI单元。2.根据权利要求1所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，所述WIFI单元包括WIFI主处理器和与之连接的第1射频单元，WIFI主处理器连接所述云台控制器，第1射频单元连接所述第1定向天线。3.根据权利要求2所述的随动跟踪WIFI传输装置，其特征在于，还包括第2定向天线，第2定向天线设置在第2天线云台上，第2天线云台连接云台控制器；所述WIFI单元还包括WIFI协处理器和第2射频单元，WIFI协处理器连接WIFI主处理器，第2射频单元连接第2定向天线。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王力豪，麦文，仰石，张亮晶，
申请(专利权)人：四川师范大学，
类型：新型
国别省市：四川;51