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

一种方向图可重构传感天线
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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