CN109193156B - 一种方向图可重构传感天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种方向图可重构传感天线,包括底座、接地板、介质板和天线板,所述接地板设置在所述底座的顶部,在所述底座的中心设有连接杆,所述连接杆的顶部穿过所述接地板,并与所述介质板固定连接,所述天线板紧贴设置在所述介质板的顶部;在所述底座的底部设有馈电网络;所述底座与所述接地板螺纹配合;所述连接杆的顶部穿过所述天线板的中心;在所述天线板的顶部设有多个辐射单元,多个所述辐射单元围绕所述天线板的中心对称分布。本发明的有益效果是:采用无源设计,利用馈电网络实现天线工作电能的供应,馈电结构简单,进一步使得传感节点趋向于微型化,持久化,安装维护方便,且不需要更换电池,节能环保。
Description
技术领域
本发明涉及天线设备技术领域,尤其涉及一种方向图可重构传感天线。
背景技术
当前,各种无线***对容量、功能、带宽等性能要求越来越高。显然,提高***容量、增加***功能、扩展***带宽,可以满足现实需求,但付出的代价是在同一无线***平台上搭载的信息子***数量将增加,作为无线信息的出入口天线而言,其数量也会必然相应地增加,这将会导致整个无线***的成本增加、体积增大和电磁兼容增强等负面影响。在这一背景下,可重构天线得到迅猛发展,它将多个天线的功能融合到同一天线口径中,通过切换安装在天线上的微波开关的工作状态,可以获得实际所需要的天线的工作特性,从降低***的整体成本、减轻重量、减小***的雷达散射截面、实现良好的电磁兼容特性等方面而言,可重构天线是一个很好的解决途径。
如今,人们关注自然环境的变化,有大量的传感器用于环境监控,比如温度、湿度、压力等,随着技术的发展,可监控的环境变量越来越多,传感器也趋向于微型化、数字化、智能化、多功能化、***化和网络化。
目前,所用的传感器多为有源传感器,这些传感器需要携带电池,这样有两个缺点,一是使得传感节点大小无法进一步缩小,且无法用于一些特殊的环境;二是电池电量限制了传感器的有效时间,需要频繁更换电池。
现有技术中,可重构天线与环境监测用传感器都是分开设置使用,没有将之相结合使用的情况,将可重构天线与传感器的优缺点相结合,以克服环境监测传感器在使用过程中的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷,提供一种方向图可重构传感天线。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种方向图可重构传感天线,包括底座、接地板、介质板和天线板,所述接地板设置在所述底座的顶部,在所述底座的中心设有连接杆,所述连接杆的顶部穿过所述接地板,并与所述介质板固定连接,所述天线板紧贴设置在所述介质板的顶部;在所述底座的底部设有馈电网络;所述底座与所述接地板螺纹配合;所述连接杆的顶部穿过所述天线板的中心;在所述天线板的顶部设有多个辐射单元,每个所述辐射单元均与所述连接杆电连接,多个所述辐射单元围绕所述天线板的中心对称分布;在所述天线板的顶部还分布设有多个传感器,每个所述传感器均为无源传感器,且所述传感器的测量数据通过所述辐射单元发射出去。
本发明的有益效果是:采用无源设计,利用馈电网络实现天线工作电能的供应,馈电结构简单,进一步使得传感节点趋向于微型化,持久化,安装维护方便,且不需要更换电池,节能环保;另外,通过多个辐射单元实现传感数据的接收和发送,适用于特殊环境下、工作人员不宜进入环境内的环境参数测量。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步:所述底座为顶部开口的空腔状结构。
上述进一步方案的有益效果是:能够隔离传感器对天线馈电性能的影响。
进一步:所述接地板为外凸状的弧形盖状结构,且所述接地板的内侧面为金属材质。
上述进一步方案的有益效果是:减小馈电网络对天线、传感器的影响。
进一步:所述馈电网络包括由多个第一金属臂组成的十字交叉网络,每个所述第一金属臂均贴设在所述底座的底部,且所述连接杆固定设置在所述十字交叉网络的中心;每个所述第一金属臂在远离所述底座中心的一端均连接有一根柱子;在每个所述第一金属臂上均设有一个第一开关。
上述进一步方案的有益效果是:每个第一开关分别为一个馈电口,连接杆与第一金属臂之间形成单极子馈电结构,为天线提供电能供应;通过调整四个第一开关的开闭状态,来调整四个第一金属臂之间的连通状态,从而调整馈电频率,进而根据实际需要可以实现对天线的方向图进行改变,实现天线方向图可重构。
进一步:所述柱子的顶部与所述接地板的内侧面之间的距离大于0。
进一步:所述柱子优选为铜质金属柱子。
上述进一步方案的有益效果是:利于导电。
进一步:所述第一开关为微波开关。
上述进一步方案的有益效果是:方便实现自动化。
进一步:所述介质板的底部与所述接地板的顶部之间的距离大于0。
进一步:每个所述辐射单元均由多个半径不等、且同心布置的环形金属圈构成;每个所述环形金属圈分别与所述连接杆电连接。
上述进一步方案的有益效果是:利用环形金属圈构成辐射单元,能够有效地辐射或者接收无线电波。
进一步:相邻两个所述环形金属圈之间的距离相等。
上述进一步方案的有益效果是:能够实现通信信号的稳定发射与接收。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构示意图;
图2为本发明实施例一的主视图;
图3为本发明实施例一底座的俯视图;
图4为本发明实施例二的俯视图;
附图中,各标号所代表的部件名称如下:
1、底座,11、连接杆,12、馈电网络,121、第一开关,122、第一金属臂,123、柱子,2、接地板,3、介质板,4、天线板,41、辐射单元,411、环形金属圈,42、第二金属臂,43、第二开关,44、传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例一,如图1、图2和图3所示,一种方向图可重构传感天线,其包括底座1、接地板2、介质板3和天线板4,所述接地板2设置在所述底座1的顶部,在所述底座1的中心设有连接杆11,所述连接杆11的顶部穿过所述接地板2,并与所述介质板3固定连接,所述天线板4紧贴设置在所述介质板3的顶部;在所述底座1的底部设有馈电网络12;所述底座1与所述接地板2螺纹配合。
所述底座1为顶部开口的空腔状结构,能够隔离传感元件对天线性能的影响。
所述接地板2为外凸状的弧形盖状结构;所述接地板2的内侧面为金属材质。
如图3所示,所述馈电网络12包括由多个第一金属臂122组成的十字交叉网络,每个所述第一金属臂122均贴设在所述底座1的底部,且所述连接杆11固定设置在所述十字交叉网络的中心;每个所述第一金属臂122在远离所述底座1中心的一端均连接有一根柱子123;在每个所述第一金属臂122上均设有一个第一开关121。
所述第一开关121及所述第一金属臂122的数量均为四个。
所述柱子123的顶部与所述接地板2的内侧面之间的距离大于0;所述柱子123优选为铜质金属柱子。
所述第一开关121为微波开关,即射频开关。
通过调整四个所述第一开关121的开闭状态,来调整四个第一金属臂122之间的连通状态,从而调整馈电频率,进而根据实际需要可以实现对天线的方向图进行改变。
方向图是衡量天线性能好坏的重要指标之一,通过对天线的辐射方向图进行改变重构,通信***可以有效地避开电子阻塞及噪声环境,同时可以提高有效地全向辐射能量以及***表面的吸收率。
介质板3的底部与所述接地板2的顶部之间的距离大于0。
所述连接杆11的顶部穿过所述天线板4的中心;在所述天线板4的顶部设有多个辐射单元41,每个所述辐射单元41均与所述连接杆11电连接,多个所述辐射单元41围绕所述天线板4的中心对称分布;在所述天线板4的顶部还分布设有多个传感器44,每个所述传感器44均均为无源传感器,且所述传感器44的测量数据通过所述辐射单元41发射出去。
采用无源传感器,如电容式传感器(其具体结构和工作原理均为现有公知技术,在此不再赘述),在满足环境数据测量的同时,不需要外部电源,能够实现恶劣环境的环境参数测量。
在本实施例中,所述传感器44的数量优选为四个,且四个所述传感器44呈中心对称分布;其中,四个所述传感器44分别为温湿度传感器、压力传感器、颗粒浓度传感器、气体浓度传感器,分别用于测量环境中温湿度、压力、颗粒浓度及气体浓度等参数。
每个所述辐射单元41均由多个半径不等、且同心布置的环形金属圈411构成;每个所述环形金属圈411分别与所述连接杆11电连接。
相邻两个所述环形金属圈411之间的距离相等。
相邻两个所述环形金属圈411之间的距离与最小半径的所述环形金属圈411的内径相等。
实施例二,一种方向图可重构传感天线,其包括上述实施例一所描述的所有结构,及对天线板4的进一步改进,具体改进如下所述。
如图4所示,在相邻两个所述辐射单元41之间均设有一个第二金属臂42,每个所述第二金属臂42靠近所述连接杆11的一端均与所述连接杆11电连接;在每个所述第二金属臂42上均设有一个第二开关43;所述传感器44对应设置在所述第二金属臂42远离所述连接杆11的一端。
所述第二开关43为微波开关,即射频开关。
四个所述第二金属臂42两两垂直,共同组成十字交叉状。
第二金属臂42的设置,一方面可以起到抑制顶部辐射的作用,另一方面,由于第二金属臂42之间的电磁耦合,还能够起到增强水平方向辐射的作用。
实施例三,传感器44的功能还能通过以下方式实现。
在所述连接杆11远离所述底座1的一端连接有多层金属片,所述金属片呈螺旋状,且多层所述金属片由不同的金属材料制成;在所述金属片远离所述连接杆11的一端连接有指针式仪表,构成方向图可重构测温传感天线;螺旋状的不同金属片在不同的温度下膨胀或者收缩量不等,从而带动指针式仪表转动,读取当前温度数值,测温灵敏度高。
在所述连接杆11远离所述底座1的一端连接有压力仪表的指针,构成方向图可重构压力传感天线;通过压力仪表的指针感受周围环境的压力变化,进行压力测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种方向图可重构传感天线,其特征在于:包括底座(1)、接地板(2)、介质板(3)和天线板(4),所述接地板(2)设置在所述底座(1)的顶部,在所述底座(1)的中心设有连接杆(11),所述连接杆(11)的顶部穿过所述接地板(2),并与所述介质板(3)固定连接,所述天线板(4)紧贴设置在所述介质板(3)的顶部;在所述底座(1)的底部设有馈电网络(12);所述底座(1)与所述接地板(2)螺纹配合;所述连接杆(11)的顶部穿过所述天线板(4)的中心;在所述天线板(4)的顶部设有多个辐射单元(41),每个所述辐射单元(41)均与所述连接杆(11)电连接,多个所述辐射单元(41)围绕所述天线板(4)的中心对称分布;在所述天线板(4)的顶部还分布设有多个传感器(44),每个所述传感器(44)均为无源传感器,且所述传感器(44)的测量数据通过所述辐射单元(41)发射出去;
所述馈电网络(12)包括由多个第一金属臂(122)组成的十字交叉网络,每个所述第一金属臂(122)均贴设在所述底座(1)的底部,且所述连接杆(11)固定设置在所述十字交叉网络的中心;每个所述第一金属臂(122)在远离所述底座(1)中心的一端均连接有一根柱子(123);在每个所述第一金属臂(122)上均设有一个第一开关(121),并通过调整四个第一开关(121)的开闭状态,来调整四个第一金属臂(122)之间的连通状态。
2.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述底座(1)为顶部开口的空腔状结构。
3.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述接地板(2)为外凸状的弧形盖状结构,且所述接地板(2)的内侧面为金属材质。
4.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述柱子(123)的顶部与所述接地板(2)的内侧面之间的距离大于0。
5.根据权利要求4所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述柱子(123)优选为铜质金属柱子。
6.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述第一开关(121)为微波开关。
7.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:所述介质板(3)的底部与所述接地板(2)的顶部之间的距离大于0。
8.根据权利要求1所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:每个所述辐射单元(41)均由多个半径不等、且同心布置的环形金属圈(411)构成;每个所述环形金属圈(411)分别与所述连接杆(11)电连接。
9.根据权利要求8所述一种方向图可重构传感天线,其特征在于:相邻两个所述环形金属圈(411)之间的距离相等。
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