CN104241853A - 一种双向无线数据定向传输天线*** - Google Patents

Abstract

本发明属于多维旋转装置数据采集及传输技术领域，具体公开一种双向无线数据定向传输天线***，该***包括设置在固定部件上的固定定向传输天线和固定无线接收发送装置、设置在多个中间转动部件上定向传输天线组、设置终端转动部件Bn+1上的第n+1转动定向传输天线和转动无线接收发送装置，每个转动部件各自设置一个定向传输天线组。本发明的***能够消除无线信号传输过程之中的反射和干扰，降低无线数据传输过程之中的数码频率红移，能够在机床设备高速旋转过程中完成旋转装置之间的定向数据传输。

Description

一种双向无线数据定向传输天线***

技术领域

本发明属于多维旋转装置数据采集及传输技术领域，具体涉及一种用于机床设备多维旋转装置数据采集及传输的双向无线数据定向传输天线***。

背景技术

如图1所示，机床设备的多维旋转装置中的旋转部件B1相对于固定部件A进行高速旋转，旋转部件B2相对旋转部件B1也是处于高速运转的状态；以此类推：旋转部件Bn+1(n＝0，1，2，…，)相对旋转部件Bn也是处于高速运转的状态。如果将固定部件A上的操作命令的电信号传输到旋转部件Bx(x＝1，2，…n+1)上的执行机构和/或将旋转部件Bx(x＝1，2，…n+1)上的任何传感器电信号信息反馈给固定部件A时，目前有以下两种做法：

(1)在每一个部件同其相邻部件之间安装一个机械装置，这种装置是通过分别带有弹簧触点和金属滑道的两个转盘组成，并通过机械接触来连接途经部件的数据总线的电信号。该方法由于采用机械弹簧触点和转盘上的滑道进行电接触来实现有线数据信号传输，其缺点有二：其一机械接触限制了部件之间的相对运转速度；其二机械接触容易产生接触不良导致传输的数据信号失联。

(2)在固定部件和需要传送数据的旋转部件上面分别设置发散型辐射天线进行数据的传输。该方法由于采用发散型辐射天线进行无线电信号传输，容易产生无线信号的反射及其干扰，同时在高速状态下还会产生数码频率红移使数据信号无法准确解码。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向无线数据定向传输天线***，该***能够消除无线信号传输过程之中的反射和干扰，降低无线数据传输过程之中的数码频率红移，能够机床设备高速旋转过程中完成旋转装置之间的定向数据传输。

实现本发明目的的技术方案：一种双向无线数据定向传输天线***，该***包括设置在固定部件上的固定定向传输天线和固定无线接收发送装置、设置在多个中间转动部件上的定向传输天线组、设置终端转动部件B_n+1上的第n+1转动定向传输天线和转动无线接收发送装置，每个转动部件各自设置一个定向传输天线组。

所述的固定定向传输天线、第x转动定向传输天线a、第x转动定向传输天线b、第n+1转动定向传输天线均为PCB定向传输天线，PCB定向传输天线包括天线反射壳体和设置在天线反射壳体内的PCB环形天线。

所述的天线反射壳体为设有环形U槽的环形金属壳体，PCB环形天线嵌在环形U槽内，PCB环形天线的两端分别连接第一天线金属引线、第二天线金属引线；环形U槽的敞口面为天线发射面，环形U槽的另一面为天线反射面。

所述的PCB环形天线由PCB环形线路、匹配电阻和谐振电容组成，谐振电容的两端分别连接PCB环形线路的一端、第一天线金属引线；匹配电阻两端分别连接谐振电容与PCB环形线路连接的一端、第二天线金属引线；匹配电阻与PCB环形线路的另一端连接后与天线反射壳体连接。

所述的中间转动部件为第x转动部件，其中，x＝1，2，…n，第x转动部件上的定向传输天线组由第x转动定向传输天线a、第x转动定向传输天线b组成，第x转动定向传输天线a与第x转动定向传输天线b的反射面相对。

所述的第x转动部件上的第x转动定向传输天线a的第一天线金属引线与第x转动定向传输天线b的第一天线金属引线连接，第x转动定向传输天线a的第二天线金属引线与第x转动定向传输天线b的第二天线金属引线连接。

所述的固定定向传输天线的第一天线金属引线与固定无线接收发送装置的第一信号处理端连接，固定定向传输天线的第二天线金属引线与固定无线接收发送装置的第二信号处理端连接。

所述的第n+1转动定向传输天线的第一天线金属引线与转动无线接收发送装置的第一信号处理端连接，第n+1转动定向传输天线的第二天线金属引线与转动无线接收发送装置的第二信号处理端连接。

所述的PCB环形天线背面涂敷铜。

本发明的有益技术效果在于：(1)设置多个转动和固定双向定向传输天线组有利于复杂设备之中终端同独立高速旋转部件之间的定向数据通讯；(2)使用的双向定向传输天线组消除了无线信号传输过程之中的反射和干扰；(3)使用的双向定向传输天线组降低了无线数据传输过程之中的数码频率红移；(4)本发明使用的天线内芯采用PCB环形线路设计，内置阻容匹配电路，可以精确匹配设定参数上的无线能量传输的传递函数，适于批量生产；(5)PCB环形天线采用背面敷铜技术，增加了天线的指向性；(6)天线外壳采用环形金属U槽结构，可以在高速旋转过程中完成天线组之间的定向数据传输。

附图说明

图1为现有技术中的机床设备的多维旋转装置的结构示意图；

图2为本发明所提供的一种双向无线数据定向传输天线***的结构示意图；

图3为本发明所提供的定向传输天线的发射面结构示意图；

图4为本发明所提供的定向传输天线的侧视结构示意图；

图5为本发明所提供的定向传输天线的反射面结构示意图；

图6为本发明所提供的定向传输天线的原理示意图。

图中：A.固定部件，B1.第一转动部件，B2.第二转动部件，B_X.第X转动部件，B_n.第n转动部件，B_n+1.第n+1转动部件，1.固定定向传输天线，2₁.第一转动定向传输天线a，3₁.第一转动定向传输天线b，2₂.第二转动定向传输天线a，3₂.第二转动定向传输天线b，2_x.第x转动定向传输天线a，3_X.第x转动定向传输天线b，2_n.第n转动定向传输天线a，3_n.第n转动定向传输天线b，4.第n+1转动定向传输天线，5.固定无线接收发送装置，6.转动无线接收发送装置；

7.天线反射壳体，8.PCB环形线路，9.环形U槽，10.PCB环形天线，m.第一天线金属引线，n.第二天线金属引线，R.匹配电阻，C.谐振电容，p.天线发射面，q.天线反射面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，现有技术中的机床设备的多维旋转装置由一个固定部件和n+1个转动部件组成，即由固定部件A、第一转动部件B1、第二转动部件B2、……、第x转动部件Bx、……第n转动部件Bn、第n+1转动部件Bn+1组成。

如图2所示，固定部件A上设置固定定向传输天线1和固定无线接收发送装置5，固定定向传输天线1和固定无线接收发送装置5稳定固定在固定部件A上。第一转动部件B1上设置第一转动定向传输天线a2₁、第一转动定向传输天线b3₁，第一转动定向传输天线a2₁的发射面p与固定定向传输天线1的发射面p相对，第一转动定向传输天线a2₁的反射面q与第一转动定向传输天线b3₁的反射面q相对；第一转动定向传输天线a2₁与第一转动部件B1之间稳定固定，第一转动定向传输天线b3₁与第一转动部件B1之间稳定固定。第二转动部件B2上设置第二转动定向传输天线a2₂、第二转动定向传输天线b3₂，第二转动定向传输天线a2₂的发射面p与第一转动定向传输天线b3₁的发射面p相对，第二转动定向传输天线a2₂的反射面q与第二转动定向传输天线b3₂的反射面q相对；第二转动定向传输天线a2₂与第二转动部件B2之间稳定固定，第二转动定向传输天线b3₂与第二转动部件B2之间稳定固定。＝

如图2所示，以此类推，第X转动部件B_X上设置第x转动定向传输天线a2_x、第x转动定向传输天线b3_X，第x转动定向传输天线a2_x的反射面q与第x转动定向传输天线b3_X的反射面q相对；第x转动定向传输天线a2_x与第X转动部件B_X之间稳定固定，第x转动定向传输天线b3_X与第X转动部件B_X之间稳定固定。第n转动部件B_n上设置第n转动定向传输天线a2_n、第n转动定向传输天线b3_n，第n转动定向传输天线a2_n的反射面q与第n转动定向传输天线b3_n的反射面q相对；第n转动定向传输天线a2_n与第n转动部件B_n之间稳定固定，第n转动定向传输天线b3_n与第n转动部件B_n之间稳定固定。第n+1转动部件B_n+1上设置第n+1转动定向传输天线4和转动无线接收发送装置6，第n+1转动定向传输天线4的的发射面p与第n转动定向传输天线b3_n发射面p相对，第n+1转动定向传输天线4和转动无线接收发送装置6稳定固定在第n+1转动部件Bn+1上。

上述提及的稳定固定均可以采用螺钉固定连接或者粘结等固定连接方式。

如图2所示，固定定向传输天线1、第一转动定向传输天线a2₁与第一转动定向传输天线b3₁、第二转动定向传输天线a2₂与第二转动定向传输天线b3₂、……、第x转动定向传输天线a2_x与第x转动定向传输天线b3_X、……、第n转动定向传输天线a2_n与第n转动定向传输天线b3_n、第n+1转动定向传输天线4共同组成一个天线组。

如图2所示，固定定向传输天线1、第一转动定向传输天线a2₁、第一转动定向传输天线b3₁、第二转动定向传输天线a2₂、第二转动定向传输天线b3₂、……、第x转动定向传输天线a2_x、第x转动定向传输天线b3_X、……、第n转动定向传输天线a2_n、第n转动定向传输天线b3_n、第n+1转动定向传输天线4均采用如图3、图4、图5、图6所示的PCB定向传输天线。

如图3、图4、图5所示，PCB定向传输天线包括天线反射壳体7和PCB环形天线10，天线反射壳体7为设有环形U槽9的环形金属壳体。PCB环形天线10嵌在环形U槽9内，PCB环形线路8在环形U槽9内缠绕两圈，其两端分别焊接第一天线金属引线m、第二天线金属引线n。环形U槽9的敞口面为天线发射面p，环形U槽9的封闭面为天线反射面q。PCB环形天线10背面敷铜作为反射层，增加天线的指向性。

如图3和图6所示，环形U槽9内、且邻近第一天线金属引线m、第二天线金属引线n处设有匹配电阻R和谐振电容C。PCB环形天线10由PCB环形线路8、匹配电阻R和谐振电容C组成，谐振电容C的两端分别连接PCB环形线路8的一端、第一天线金属引线m；匹配电阻R两端分别连接谐振电容C与PCB环形线路8连接的一端、第二天线金属引线n；匹配电阻R与PCB环形线路8的另一端连接后与天线反射壳体7连接。

为了使天线达到发射电磁波的目的，必须对其参数进行匹配，使天线回路发生震荡。在回路中加入电容，使得天线回路阻抗值最小。在图6所示的谐振电路中，谐振电容C的值的计算公式为：

$C=\frac{1}{4{\mathrm{\π}}^2{f}^{2}L}$

f为发射频率，L为PCB环形线路的等效电感。

计算该谐振电路的品质因素的公式为：

$Q=\frac{2\mathrm{\πfL}}{R+R_l}$

式中R为匹配电阻，R_l为PCB环形线路的等效电阻。

实际使用过程中，可通过调整匹配电阻R和谐振电容C使整个***在发射频率f下的发射效率达到最大,从而最大限度地节约能量。

如图2、图3和图4所示，固定定向传输天线1的第一天线金属引线m与固定无线接收发送装置5的第一信号处理端通过导线焊接，固定定向传输天线1的第二天线金属引线n与固定无线接收发送装置5的第二信号处理端通过导线焊接。第一转动定向传输天线a2₁的第一天线金属引线m与第一转动定向传输天线b3₁的第一天线金属引线m通过导线焊接，第一转动定向传输天线a2₁的第二天线金属引线n与第一转动定向传输天线b3₁的第二天线金属引线n通过导线焊接。第二转动定向传输天线a2₂的第一天线金属引线m与第二转动定向传输天线b3₂的第一天线金属引线m通过导线焊接，第二转动定向传输天线a2₂的第二天线金属引线n与第二转动定向传输天线b3₂的第二天线金属引线n通过导线焊接。……。第x转动定向传输天线a2_x的第一天线金属引线m与第x转动定向传输天线b3_X的第一天线金属引线m通过导线焊接，第x转动定向传输天线a2_x的第二天线金属引线n与第x转动定向传输天线b3_X的第二天线金属引线n通过导线焊接。……。第n转动定向传输天线a2_n的第一天线金属引线m与第n转动定向传输天线b3_n的第一天线金属引线m通过导线焊接，第n转动定向传输天线a2_n的第二天线金属引线n与第n转动定向传输天线b3_n的第二天线金属引线n导线焊接。第n+1转动定向传输天线4的第一天线金属引线m与转动无线接收发送装置6的第一信号处理端通过导线焊接，第n+1转动定向传输天线4的第二天线金属引线n与转动无线接收发送装置6的第二信号处理端通过导线焊接。

在环形U槽9的内侧设置两个第一天线金属引线m、第二天线金属引线n用于PCB环形天线路8的接入脚，且第二天线金属引线n同天线反射壳体7进行金属焊接。

下面结合附图2，详细描述本发明所提供的一种双向无线数据定向传输天线***工作原理：

固定部件A上操作命令的无线数据信号定向传输给终端第n+1旋转部件Bn+1时，固定部件A通过其配置的无线接收发送装置5将需要传输的数据转换成无线传输信号，通过固定定向传输天线1发出。第一转动部件B1上配置的第一转动定向传输天线a2₁定向接收固定定向传输天线1发出的无线传输信号，第一转动定向传输天线a2₁将无线传输信号通过导线传输给第一转动定向传输天线b3₁。第二转动部件B2上配置的第二转动定向传输天线a2₂定向接收第一转动定向传输天线b3₁发出的无线传输信号，第二转动定向传输天线a2₂将无线传输信号通过导线传输给第二转动定向传输天线b3₂。第X转动部件B_X上配置的第x转动定向传输天线a2_x定向接收第x-1转动定向传输天线b3_X-1发出的无线传输信号，第x转动定向传输天线a2_x将无线传输信号通过导线传输给第x转动定向传输天线b3_X。直至第n转动部件B_n上配置的第n转动定向传输天线a2_n定向接收第n-1转动定向传输天线b3_n-1发出的无线传输信号，第n转动定向传输天线a2_n将无线传输信号通过导线传输给第n转动定向传输天线b3_n用于传输中继。终端第n+1转动部件B_n+1上配置的第n+1转动定向传输天线4定向接收第n转动定向传输天线b3_n发出的无线传输信号，第n+1转动定向传输天线4将无线传输信号通过导线传输给无线接收发送装置6；无线接收发送装置6进行无线传输信号解码，获得固定部件A传输的数据。

终端第n+1转动部件B_n+1的传感器上的无线数据信号定向反馈给固定部件A时，第n+1转动部件B_n+1通过无线接收发送装置6将需要传输的数据转换成无线传输信号，通过第n+1转动定向传输天线4将无线传输信号发出。第n转动部件B_n上的第n转动定向传输天线b3_n定向接收第n+1转动定向传输天线4发出的无线传输信号，第n转动定向传输天线b3_n将无线传输信号通过导线传输给n转动定向传输天线a2_n。直至中间第X转动部件B_X上的第x转动定向传输天线b3_X定向接收第x+1转动定向传输天线a2_x+1发出的无线传输信号，第x转动定向传输天线b3_X将无线传输信号通过导线传输给第x转动定向传输天线a2_x用于传输中继。固定部件A上的固定定向传输天线1定向接收第一转动定向传输天线a2₁发出的无线传输信号，通过固定部件A上的无线接收发送装置5进行无线传输信号解码，获得终端第n+1转动部件B_n+1传输的数据。

本发明采用一种双向无线数据定向传输天线***，能够将固定部件A上操作命令的无线数据信号定向传输给第n+1转动部件B_n+1上的无线接收发送装置6，用于控制第n+1转动部件B_n+1上的驱动机构，也能够将第n+1转动部件B_n+1上的包含传感器信息的无线数据信号反馈给固定部件A上的无线接收发送装置5。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (9)

1.一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：该***包括设置在固定部件(A)上的固定定向传输天线(1)和固定无线接收发送装置(5)、设置在多个中间转动部件上定向传输天线组、设置终端转动部件(B_n+1)上的第n+1转动定向传输天线(4)和转动无线接收发送装置(6)，每个转动部件各自设置一个定向传输天线组。

2.根据权利要求1所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的固定定向传输天线(1)、第x转动定向传输天线a(2_x)、第x转动定向传输天线b(3_X)、第n+1转动定向传输天线(4)均为PCB定向传输天线，PCB定向传输天线包括天线反射壳体(7)和设置在天线反射壳体(7)内的PCB环形天线(8)。

3.根据权利要求2所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的天线反射壳体(7)为设有环形U槽(9)的环形金属壳体，PCB环形天线(10)嵌在环形U槽(9)内，PCB环形天线(10)的两个引出端分别连接第一天线金属引线(m)、第二天线金属引线(n)；环形U槽(9)的敞口面为天线发射面(p)，环形U槽(9)的另一面为天线反射面(q)。

4.根据权利要求3所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的PCB环形天线(10)的背面涂敷铜。

5.根据权利要求4所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的PCB环形天线(10)由PCB环形线路(8)、匹配电阻(R)和谐振电容(C)组成，谐振电容(C)的两端分别连接PCB环形线路(8)的一端、第一天线金属引线(m)；匹配电阻(R)两端分别连接谐振电容(C)与PCB环形线路(8)连接的一端、第二天线金属引线(n)；匹配电阻(R)与PCB环形线路(8)的另一端连接后与天线反射壳体(7)连接。

6.根据权利要求5所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的中间转动部件为第x转动部件(Bx)，其中，x＝1，2，…n，第x转动部件(Bx)上的定向传输天线组由第x转动定向传输天线a(2_x)、第x转动定向传输天线b(3_X)组成，第x转动定向传输天线a(2_x)与第x转动定向传输天线b(3_X)的反射面(q)相对。

7.根据权利要求6所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的第x转动部件(Bx)上的第x转动定向传输天线a(2_x)的第一天线金属引线(m)与第x转动定向传输天线b(3_X)的第一天线金属引线(m)连接，第x转动定向传输天线a(2_x)的第二天线金属引线(n)与第x转动定向传输天线b(3_X)的第二天线金属引线(n)连接。

8.根据权利要求7所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的固定定向传输天线(1)的第一天线金属引线(m)与固定无线接收发送装置(5)的第一信号处理端连接，固定定向传输天线(1)的第二天线金属引线(n)与固定无线接收发送装置(5)的第二信号处理端端连接。

9.根据权利要求8所述的一种双向无线数据定向传输天线***，其特征在于：所述的第n+1转动定向传输天线(4)的第一天线金属引线(m)与转动无线接收发送装置(6)的第一信号处理端连接，第n+1转动定向传输天线(4)的第二天线金属引线(n)与转动无线接收发送装置(6)的第二信号处理端连接。