CN107732430A - 同时适用于2g、3g、4g通讯的全波段高增益天线、装置 - Google Patents

同时适用于2g、3g、4g通讯的全波段高增益天线、装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线、装置，包括：SMA连接器、SYV‑50‑3同轴射频电缆、紫铜管和天线馈线；同轴射频电缆的铜芯焊接在SMA公头连接器上；紫铜管套在同轴射频电缆上，紫铜管与SMA公头连接器金属尾端的距离保持在设定距离M；天线馈线通过SMA母头连接器与SMA公头连接器的配合，实现天线馈线与SYV‑50‑3同轴射频电缆的电信号连接。本发明天线克服了在高增益的条件下，天线尺寸大的缺点；解决了不同工程现场外环境本身2G、3G、4G信号覆盖的局限性，在有限空间内实现了在铸铁井盖下方同时适用2G、3G、4G于通讯的全波段天线。

Description

同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线、装置
技术领域
本发明涉及一种天线装置，尤其涉及应用于隧道铸铁井内屏蔽条件下的安装于二层子盖上的同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线。
背景技术
城市电力隧道分布广泛，很多偏远地区本身2G、3G、4G信号强度不同，尤其在铸铁井盖下方的屏蔽环境下，铸铁井盖下方的二层子盖上安装的无线模块发射信号，更是很难被有效、稳定的接收。为保障地下管廊的通信、供电安全，将智能监控井盖的监控信息通过天线获得稳定的通讯传输信号，实时上传到隧道外网络平台，是非常有必要的。
现有技术中应用于隧道检查井内子盖的天线主要覆盖2G信号，对于没有2G信号覆盖，而只有3G或者4G信号覆盖的情况下，则无法通过天线实现正常通信。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，该天线可以实现在铸铁井盖屏蔽存在且不确定是2G、3G还是4G的情况下，隧道内与隧道外流畅通信，保障了智能井盖的监控信息有效、及时的可靠传输。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，所述全波段高增益天线为1/4λ天线，所述1/4λ天线包括：SMA连接器、SYV-50-3同轴射频电缆、紫铜管和天线馈线；
所述SYV-50-3同轴射频电缆的铜芯焊接在SMA公头连接器上；所述紫铜管套在所述SYV-50-3同轴射频电缆上，所述紫铜管与SMA公头连接器金属尾端的距离保持在设定距离M；
所述天线馈线通过SMA母头连接器与SMA公头连接器的配合，实现天线馈线与SYV-50-3同轴射频电缆的电信号连接；天线馈线将天线接收的信号传输给无线模块。
进一步地，所述SYV-50-3线缆去掉外护套、屏蔽层、铝箔层，保留绝缘护套和铜芯。采用SYV-50-3同轴线的内芯做天线主振子是为了获得一致性很好的阻抗匹配，保证信号通过50欧姆阻抗的RG316馈线传输时低损耗的衰减。
进一步地，为适应在2G、3G、4G不同频段下，天线均能获得良好的增益，通过不断去隧道实验，确定SYV-50-3同轴射频电缆铜芯的长度为82.5-102.5m，天线的增益范围为5dBi-9dBi。
进一步地，所述紫铜管与SMA公头连接器金属尾端的距离保持在0.9mm～1.1mm。紫铜管是作为天线的扼流环使用的，需要避免与天线馈线的屏蔽层短路，实验室调试出来0.9mm～1.1mm距离的时候天线效果最好。
进一步地，所述紫铜管远离SMA公头连接器的设定位置，用专用工装卡印做防脱处理。
进一步地，在所述SMA公头连接器尾端以及紫铜管连接位置加套设定长度的防水带胶热缩管。
进一步地，所述SYV-50-3射频同轴线铜芯的分布参数、阻抗与天线馈线一致。
本发明进一步公开了一种应用于隧道检查井内子盖屏蔽条件下的天线装置，包括：同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线、汇接板和外接天线馈线；
在所述汇接板的两端分别设置全波段高增益天线，所述汇接板两端的全波段高增益天线共线设置；在所述汇接板上沿与所述全波段高增益天线垂直的方向设置外接天线馈线，所述全波段高增益天线、外接天线馈线和汇接板的组合件置于三通外壳内；
所述三通外壳固定在隧道检查井内子盖上，所述外接天线馈线的一端与汇接板连接、另一端穿出三通外壳与内子盖控制板上的信号发射装置连接；所述全波段高增益天线的天线馈线一端固定在汇接板上，另一端穿出三通外壳，并沿内子盖圆周方向固定在内子盖上。
进一步地，将三通外壳及全波段高增益天线放置于天线保护套管内，固定在内子盖上，所述天线沿子盖圆周方向布置，并用管卡固定。
进一步地，通过设置在三通外壳上的灌胶孔进行灌胶处理。
本发明有益效果：
该天线克服了在高增益的条件下，天线尺寸大的缺点；解决了不同工程现场外环境本身2G、3G、4G信号覆盖的局限性，在有限空间内实现了在铸铁井盖下方同时适用2G、3G、4G于通讯的全波段天线。该天线结构小巧、机械强度高、制作加工简单，电气性能稳定、损耗小、辐射效率高，便于安装内置于智能井盖上方。
该天线单根可独立工作，2根天线同时安装其信号强度、增益与单根天线一致，本发明中采取对称式安装方式，实现了任一根天线的信号从铸铁井盖与大地缝隙处发射穿出，即可满足应用要求，此种安装方式增加了二层子盖安装的随意性、避免了井盖安装时需要不断旋转的反复调整。
说明书附图
图1为本发明天线的加工示意图；
图2为本天线的馈线示意图
图3为本天线测量驻波比示意图
图4是本发明内子盖整体俯视图；
图5为为本发明的天线三通装配图；
图6为本发明的天线三通剖视图；
其中，1-1SMA公头连接器，1-2带胶热缩管，1-3紫铜管，1-4SYV-50-3同轴射频电缆，1-5卡印；
2-1SMA母头连接器，2-2同轴射频电缆RG316；
3-1.内子盖，3-2.天线三通，3-3.天线套管，3-4.管卡，3-5.全波段高增益天线，3-6.三通外壳，3-7.汇接板，3-8.外接天线馈线。
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介绍。
本发明公开了一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线3-5，如图1所示，该天线的设计以隧道现场的实际环境出发，增加天线信号辐射范围，通过设定特定的天线径向部分的长度，结合本发明中天线的安装方式，从而实现信号有效穿透外铸铁井盖，达到外部可接收到的信号强度。
天线为1/4λ天线，可同时在2G、3G、4G通讯的频段内工作，天线主要包含：SMA公头连接器1-1(SMA-J5、内螺纹内针)、SYV-50-3同轴射频电缆1-4、紫铜管1-3、RG316同轴射频电缆2-2和SMA母头连接器2-1(SMA-K-1.5外螺纹内孔)。
将SYV-50-3线缆去掉外护套、屏蔽层、铝箔层，保留绝缘护套以及铜芯；
SYV-50-3同轴射频电缆1-4的铜芯焊接在SMA公头连接器1-1上；紫铜管1-3套在SYV-50-3同轴射频电缆1-4上，紫铜管1-3是作为天线的扼流环使用的，需要避免与天线馈线的屏蔽层短路，实验室调试出来的紫铜管1-3与SMA公头连接器1-1金属尾端的距离保持在0.9mm～1.1的时候天线效果最好。本实施例中选取紫铜管1-3与SMA公头连接器1-1金属尾端的距离为1mm。
RG316同轴射频电缆2-2如图2所示，RG316同轴射频电缆2-2通过SMA母头连接器2-1与SMA公头连接器1-1的配合，实现RG316同轴射频电缆2-2与SYV-50-3同轴射频电缆1-4的同轴连接。
本天线设计依据1/4λ天线工作原理，采用SYV-50-3铜芯作为天线振子，天线长度越长、增益越高，但是天线的长短和波长成正比，与频率成反比，频率越高，波长越短，天线越短。为适应在2G、3G、4G不同频段下，天线均能获得良好的增益，通过做了天线后，不断去隧道实验，确定天线主振子铜芯的长度为82.5-102.5m，天线的增益范围为5dBi-9dBi。
天线采用紫铜管1-3，将其作为扼流环，使高频电流在电缆内部流动，避免向外辐射，根据巴伦原理，起到匹配天线阻值的作用，使整根天线的阻值调整至50欧姆输出；然后通过转接板接50欧姆的天线馈线。
天线振子采用SYV-50-3射频同轴线的铜芯，此铜芯具机械强度高、高导电性等诸多优越性能。其分布参数均匀、阻抗与天线馈线一致。可以有效避免了线束产生不均匀性和阻抗的不确定性，导致的损耗增加、平衡恶化。可以损耗很小的情况下传递极大的功率。
作为优选的实施方式，在缩小体积、保证2G、3G、4G不同频率波段发射效率的前提下，确定天线长度为92.5mm，采用外径40mm内径30mm长度44.5mm紫铜管1-3，此铜管机械强度高、辐射效率高，电气连接性能稳定可靠，且具有耐腐蚀、抗老化等优异性能。
该天线的设计主要涉及于1/4λ天线调节水平波瓣的宽度，增加信号在水平方向投射出的信号强度，从而避开铸铁井盖的屏蔽。同时外径40mm内径30mm长度44.5mm紫铜管1-3的设计作为扼流环，阻止了高频电流向外辐射，使整根天线的阻值调整至50欧姆输出；在功率损耗极低的情况下，将信号发射出去。同时天线方向在径向方向的辐射最强，如图3所示，根据现场环境实际测试天线信号强度可达18dB，在2G、3G、4G频宽范围内工作时驻波比为：1.5～3之间，符合实际的应用要求。
综合以上因素，选择适合同轴射频电缆铜芯以及紫铜管1-3的长度。天线的增益越高，发送信号的能力越强，能量越集中，辐射范围越窄，鉴于隧道检查井下屏蔽条件的特殊环境，本应用权衡增益和辐射范围两方面因素，通过增加天线辐射范围，避开铸铁井盖的屏蔽范围，通过井盖与井圈之间缝隙、井盖本身漏水孔、井壁的反射与折射作用，利用周围环境辐射信号出去。
天线的制作方法：
1、将SYV-50-3线缆去掉外护套、屏蔽层、铝箔层，保留绝缘护套以及铜芯；
2、将电缆内芯焊接在SMA-J5连接器内针上；
3、焊好内针的线缆从接头小的那一端穿过、压至SMA连接器内针与金属外壳平齐；避免针往后脱出，这样与馈线端SMA连接器母头连接时，连接器的内针的长度不足以插到馈线端母头连接器的内孔里去，就会接触不良。
4、将紫铜管1-3穿入焊接好SMA-J5连接器的绝缘护套以及铜芯上，严格控制SMA-J5连接器金属尾端与紫铜管1-3的距离为1mm。
5、在紫铜管1-3距离SMA连接器的远端，在规定距离位置用专用工装卡印1-5，做防脱处理。
对SMA连接器尾端以及紫铜管1-3连接位置加套长25mm防水带胶热缩管1-2。
本发明还公开了一种应用于隧道检查井内子盖3-1屏蔽条件下的天线装置，如图5和图6所示，包括：上述全波段高增益天线3-5、汇接板3-7和SYV-50-3外接天线馈线3-8；
在汇接板3-7的两端分别设置全波段高增益天线3-5，汇接板3-7两端的全波段高增益天线3-5共线设置；在汇接板3-7上沿与全波段高增益天线3-5垂直的方向设置外接天线馈线3-8，全波段高增益天线3-5、外接天线馈线3-8和汇接板3-7的组合件置于三通外壳3-6内；
如图4所示，三通外壳3-6固定在隧道检查井内子盖3-1上，外接天线馈线3-8的一端与汇接板3-7连接、另一端穿出三通外壳3-6与内子盖3-1控制板上的信号发射装置连接；全波段高增益天线3-5的天线馈线一端固定在汇接板3-7上，另一端穿出三通外壳3-6，并沿内子盖3-1圆周方向固定在内子盖3-1上。
全波段高增益天线3-5外设置天线套管3-3，天线套管3-3与天线三通3-2外壳的两端过盈配合，用于密封天线套管3-3。天线三通3-2外壳上设有灌胶孔。
具体使用时，按照如下方法安装：
(1)将两根全波段高增益天线3-5与天线馈线对接后分别焊接在一个汇接板3-7上，全波段高增益天线3-5共线设置，外接天线馈线3-8与全波段高增益天线3-5方向垂直；
(2)将全波段高增益天线3-5、外接天线馈线3-8和汇接板3-7的组合件固定放入三通外壳3-6内，将天线三通3-2外壳及天线放置于天线保护套管内，并固定在内子盖3-1上，全波段高增益天线3-5沿子盖圆周方向布置，并用管卡3-4固定；
(3)固定完全波段高增益天线3-5后，通过天线三通3-2外壳的灌胶孔进行灌胶处理，灌胶前，将天线三通3-2外壳的三端与子盖和外接天线馈线3-8入口涂抹液体生料带，防止胶流出。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述全波段高增益天线为1/4λ天线，所述1/4λ天线包括：SMA连接器、SYV-50-3同轴射频电缆、紫铜管和天线馈线；
所述SYV-50-3同轴射频电缆的铜芯焊接在SMA公头连接器上；所述紫铜管套在所述SYV-50-3同轴射频电缆上，所述紫铜管与SMA公头连接器金属尾端的距离保持在设定距离M；
所述天线馈线通过SMA母头连接器与SMA公头连接器的配合，实现天线馈线与SYV-50-3同轴射频电缆的电信号连接。
2.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述SYV-50-3线缆去掉外护套、屏蔽层、铝箔层，保留绝缘护套和铜芯。
3.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述SYV-50-3同轴射频电缆铜芯的长度为82.5-102.5m，天线的增益范围为5dBi-9dBi。
4.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述紫铜管与SMA公头连接器金属尾端的距离保持在0.9mm～1.1mm。
5.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述紫铜管远离SMA公头连接器的设定位置，用专用工装卡印做防脱处理。
6.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，在所述SMA公头连接器尾端以及紫铜管连接位置加套设定长度的防水带胶热缩管。
7.如权利要求1所述的一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线，其特征在于，所述SYV-50-3射频同轴线铜芯的分布参数、阻抗与天线馈线一致。
8.一种应用于隧道检查井内子盖屏蔽条件下的天线装置，其特征在于，包括：权利要求1-7所述的任一种同时适用于2G、3G、4G通讯的全波段高增益天线、汇接板和外接天线馈线；
在所述汇接板的两端分别设置全波段高增益天线，所述汇接板两端的全波段高增益天线共线设置；在所述汇接板上沿与所述全波段高增益天线垂直的方向设置外接天线馈线，所述全波段高增益天线、外接天线馈线和汇接板的组合件置于三通外壳内；
所述三通外壳固定在隧道检查井内子盖上，所述外接天线馈线的一端与汇接板连接、另一端穿出三通外壳与内子盖控制板上的信号发射装置连接；所述全波段高增益天线的天线馈线一端固定在汇接板上，另一端穿出三通外壳，并沿内子盖圆周方向固定在内子盖上。
9.如权利要求8所述的一种应用于隧道检查井内子盖屏蔽条件下的天线装置，其特征在于，将三通外壳及全波段高增益天线放置于天线保护套管内，固定在内子盖上，所述天线沿子盖圆周方向布置，并用管卡固定。
10.如权利要求8所述的一种应用于隧道检查井内子盖屏蔽条件下的天线装置，其特征在于，通过设置在三通外壳上的灌胶孔进行灌胶处理。
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