CN106058428A - 射频天线及基于该射频天线的井盖检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频天线及基于该射频天线的井盖检测系统，该天线包括：金属井盖；馈电线，其一端连接在与所述金属井盖中心距离L的位置，所述L值为使所述金属井盖在需要的工作频率上达到要求的辐射方向图的距离值；外接端子，与所述馈电线的另一端连接。本发明将金属井盖作为天线无需在井盖上开孔、开槽，只需要一个小的螺纹盲孔连接馈电线即可，对井盖的机械强度和防护性能不产生影响。此外，还能够对馈电点进行优化，在给定的井盖尺寸、给定的工作频率上达到实际需要的辐射方向图，在需要的方向上辐射能量最大，在不需要的方向上具有较小的辐射能量。

Description

射频天线及基于该射频天线的井盖检测系统

技术领域

本发明涉及射频天线及基于该射频天线的井盖检测系统，属于射频通信技术领域。

背景技术

井盖是通往地下设施的出入口顶部的封闭物，凡是安装城市地下排水管道和地下管线的地方都需要安装井盖，它是城市重要的基础设施的不可缺少的一部分。井盖是进出维护、检修地下管线的门户，井盖的检查维护需要很大的工作量，而且井盖损坏或被盗后会对道路上的行人、车辆造成很大的安全风险。能够检测信息和状态的智能井盖对维护城市的正常运行、保证城市人民的正常生产、生活和社会发展都具有重要意义。

由于检测设备要位于井内，大多数都采用无线通信的方式将相关信息传输到地面上的接收设备，而很大一部分井盖都是金属材料制成的，若将无线电天线安装到井盖以下，井盖会对无线电信号造成屏蔽，导致接收不到电子信息，目前有一些技术用来解决这一问题，如专利“201310260883.5窨井盖无线防盗报警器”、“201320178269.X一种螺丝状的射频天线”和“201520494800.3一种多功能抗金属太阳能井盖天线”都是采用在井盖上开孔、开缝隙和设置预留口的方式来解决井盖对无线电信号屏蔽的问题。

这些解决方案都需要在井盖上开孔、槽等，可以在一定程度上解决井盖对无线电信号屏蔽的问题，但开了孔、槽后会影响到井盖的整体结构，开的孔小对无线电信号的传输特性改善不大，开的孔大会对井盖的机械强度和防护性能产生影响，只能在这两种因素之间选择一个平衡点。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有提供一种射频天线及基于该射频天线的井盖检测系统，本发明通过将金属井盖作为无线电天线的一部分，在无须破坏井盖整体结构的基础上，提高信号传输的效率，并增加金属井盖下无线电收发设备的传输范围。

实现本发明目的采用的技术方案是一种射频天线，该天线包括：

金属井盖；

馈电线，其一端连接在与所述金属井盖中心距离L的位置，所述L值为使所述金属井盖在需要的工作频率上达到要求的辐射方向图的距离值；

外接端子，与所述馈电线的另一端连接。

进一步地，所述的射频天线还包括：

匹配电路，连接在所述外接端子与馈电线的另一端之间。

在上述技方案中，所述金属井盖的工作频率范围是200～1000MHz。

本发明还提供一种井盖检测系统，包括井盖检测装置和上述的射频天线，该系统还包括：

无线信号发射设备，与所述外接端子连接；以及

无线信号接收设备，接收所述金属井盖辐射出的信号。

附图说明

图1为本发明射频天线的结构示意图。

图2为本发明射频天线中金属井盖的辐射方向图。

图3为本发明射频天线中金属井盖实施例一的结构示意图。

图4为本发明射频天线中金属井盖实施例一中金属井盖的辐射方向图。

图5为本发明射频天线中金属井盖实施例一的输入回波损耗图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明射频天线包括金属井盖1、馈电线2、匹配电路3、外接端子4和无线发射设备5。

金属井盖1是半径为R圆形井盖，井盖厚度为H，井盖的材料为导电金属材料，则通过合适的激励就可以在井盖上激励起震荡电磁波，该电磁波可以向空间发射，在井盖上方空间发射的电磁波就可以被外部的无线信号接收设备接收到。

本发明中电磁波的激励方式采用一个馈电线2直接连在金属井盖1上位于距离井盖中心L的地方，L值的选择要求为使所述金属井盖在需要的工作频率上达到要求的辐射方向图。这种结构的电磁辐射分析可以用商业电磁场分析软件(如HFSS)进行分析和优化，通过优化L的值就能够在需要的频率上得到一种比较合适的辐射方向图。

目前金属井盖的直径一般在300～800mm，厚度在20mm左右，通过电磁场软件模拟分析，这个尺寸范围的井盖可以在200～1000MHz的频率范围内起到辐射器的作用，因而本发明中利用金属井盖作为辐射单元的天线其工作频率范围是200～1000MHz。

采用上述天线中金属井盖作为电磁波辐射结构，一般来说其输入阻抗和连接的电路是不匹配的，因此需要采用匹配电路3，该匹配电路3由电感和电容组成，电感和电容是储能元件，它产生的损耗很小，能够把能量最大程度的传递给辐射单元。电路部分的输出阻抗一般为50欧姆，只要测出辐射单元的输入阻抗，就可以利用电路分析软件综合出在给定频率上的电感和电容值。由于井盖尺寸是根据井来确定的，不能随意改变其尺寸，通过给定尺寸的井盖，调整L值使天线的辐射方向图达到要求，但这样该井盖并不一定工作在我们需要的频率上，该匹配电路的作用是将其匹配到我们需要的频率上。

本发明射频天线具有两大优点：一是无需在井盖上开孔、开槽，只需要一个小的螺纹盲孔连接馈电线即可，对井盖的机械强度和防护性能不产生影响；另一个就是本发明利用井盖做辐射单元，能够对馈电点进行优化，在给定的井盖尺寸、给定的工作频率上达到实际需要的辐射方向图，在需要的方向上辐射能量最大，在不需要的方向上具有较小的辐射能量，图2是一个优化后的典型方向图。

基于上述射频天线的结构和优点，本发明还包括使用上述天线的井盖检测系统，该井盖检测系统还包括井盖检测装置、无线发射设备和无线接收设备，其中，无线发射设备5与射频天线中的外接端子4连接，无线接收设备接收所述金属井盖辐射出的信号。

井盖检测系统实现包括井盖检测信息的信号传输过程如下：

井盖检测装置将包括井盖检测信息的信号传输至无线发射设备5；

井盖检测装置通过外接端子4将信号传输至上述的射频天线中的馈电线2，信号经馈电线2传输至金属井盖1，金属井盖1将信号经过电磁波向外辐射出；

无线信号接收设备接收金属井盖1辐射出的信号，从而得到井盖检测信息。

实施例一

本实施例给出具体的实例来说明本发明射频天线的结构及使用。

如图3所示，圆形的金属井盖1的直径为600mm，厚度为26mm，让它工作在450MHz频率作为天线使用。通过优化使馈电线2的馈线点到井盖中心的距离为90mm，馈电线2的长度为10mm，采用一个电感和一个电容进行匹配得到匹配电路3，匹配电感L＝139nH，匹配电容C＝91nH，电感和电容的组合形式并不限于图1中的组合，也可以是其它形式。外接端子4与无线发射设备5相连。

圆形的金属井盖1加上匹配电路3后可以作为天线较好的工作在450MHz，其辐射方向图如图4所示，其经过匹配后的输入回波损耗值如图5所示。从图4可以看出，该井盖天线的3dB波束宽度为60度，波束的中心在与垂直方向成60度夹角的方向上。一般与井盖检测设备通信的装置安装在地面上几米至几十米高的位置，且与井盖距离几百米到一公里，这个波束正好可以覆盖这些范围。从图5可以看出，这个天线工作在450MHz，其回波损耗的-10dB带宽是5MHz，完全可以满足井盖检测设备的发射要求。

Claims (6)

1.一种射频天线，其特征在于，包括：

金属井盖；

馈电线，其一端连接在与所述金属井盖中心距离L的位置，所述L值为使所述金属井盖在需要的工作频率上达到要求的辐射方向图的距离值；

外接端子，与所述馈电线的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，包括：

匹配电路，连接在所述外接端子与馈电线的另一端之间，该匹配电路与金属井盖在需要的工作频率上匹配。

3.根据权利要求2所述的射频天线，其特征在于：所述金属井盖的工作频率范围是200～1000MHz。

4.一种井盖检测系统，包括井盖检测装置和权利要求1所述的射频天线，其特征在于，还包括：

无线信号发射设备，与所述外接端子连接；以及

无线信号接收设备，接收所述金属井盖辐射出的信号。

5.根据权利要求4所述的井盖检测系统，其特征在于，包括：

匹配电路，连接在所述外接端子与馈电线的另一端之间，该匹配电路与金属井盖在需要的工作频率上匹配。

6.根据权利要求5所述的井盖检测系统，其特征在于：所述金属井盖的工作频率范围是200～1000MHz。