CN107887710B - 天线、查询器天线、应答器天线和应答系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线、查询器天线、应答器天线和应答系统，所述天线包括：金属底座、非金属外壳、电路板和铁氧体。外壳与底座之间限定出容纳空间；电路板设在容纳空间内，电路板上集成有天线线路；铁氧体设在容纳空间内，且铁氧体的至少一部分间隔在电路板与金属底座之间。根据本发明实施例的天线，可以提高天线的信号传输强度，从而提高信号传输的稳定性，另外，本发明设置了金属底座，可以通过金属底座稳定地安装天线，从而提高天线的装配强度。

Description

天线、查询器天线、应答器天线和应答系统

技术领域

本发明属于通信设备技术领域，特别涉及一种天线、查询器天线、应答器天线和应答系统。

背景技术

点式应答器系统包括应答器、查询器主机、查询器天线等。应答器属于地面设备，放置在铁路轨道中间。查询器主机和查询器天线属于车载设备，查询器主机放置在车载机柜中，查询器天线放置在车底，与应答器正对。当有列车经过应答器上方时，列车上查询器通过查询器天线发出的功率载波(27.095MHz)将应答器激活，应答器向查询器发出应答器内置的信息，包括公里标、限速、坡度等各种关键信息。查询器接收到这些信息，通过车载控制系统保证列车的安全运行。应答器传输采用电磁感应构成高速点式数据传输。安装于枕木上的地面应答器不需要外加电源，平时处于休眠状态，仅靠接收查询器的功率而工作，并能在同时向查询器发送信息。

射频天线在系统中起重要作用。一方面他建立了一个稳定的磁场来获取能量使电路工作，另外还传输携带有用信息的载波信号。

相关技术中的查询器天线，常规外形尺寸长445mm宽303mm高103mm，内部在PCB电路板上集成天线线路和匹配电路，外部采用电木和聚酯材料填充，达到保护的作用。为了保证天线发射的电磁场不被干扰或吸收，天线周围不能有金属部件。因此天线外壳采用厚厚的聚酯材料填充。这种外壳很笨重，强度差，远不及金属材料。给车载安装带来不便。由于强度差，天线安装要严格按照要求只能水平吊装，以便减少列车运行过程中震动转弯变速等引起的剪切力和冲击力。由于天线电磁场的强度要求，在车载安装时，天线周边200mm内不能有金属部件。所以查询器天线的安装环境的要求和安装支架的设计十分苛刻，很难满足。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种天线，可以提高信号传输的稳定性。

本发明第二方面提供了一种应用该天线的查询器。

本发明第三方面提供了一种应用该天线的应答器。

本发明第四方面提供了一种应用该天线的应答系统。

根据本发明实施例的天线，包括：金属底座、非金属外壳、电路板和铁氧体。所述外壳与所述底座之间限定出容纳空间；所述电路板设在所述容纳空间内，所述电路板上集成有天线线路；所述铁氧体设在所述容纳空间内，且所述铁氧体的至少一部分间隔在所述电路板与所述金属底座之间。

根据本发明实施例的天线，可以提高天线的信号传输强度，从而提高信号传输的稳定性，另外，本发明设置了金属底座，可以通过金属底座稳定地安装天线，从而提高天线的装配强度。

另外，根据本发明上述实施例的天线，还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述铁氧体与所述电路板面向所述金属底座的表面贴合。

在本发明的一个实施例中，所述铁氧体的边沿伸出所述电路板的边沿。

进一步地，所述铁氧体任一处的边沿均凸出所述电路板的边沿至少30毫米。

在本发明的一个实施例中，所述铁氧体与所述金属底座的内底面贴合，且所述铁氧体覆盖所述金属底座的整个内底面或所述金属底座内底面的一部分。

在本发明的一个实施例中，所述容纳空间内填充有绝缘减震介质。

进一步地，所述容纳空间内填充有聚氨酯。

在本发明的一个实施例中，所述电路板由支撑柱支撑，且所述支撑柱连接在所述金属底座和所述非金属外壳中的至少一个上。

在本发明的一个实施例中，所述铁氧体与所述电路板贴合，且所述铁氧体和所述电路板与所述金属底座间隔开，所述支撑柱设在所述金属底座上并与所述电路板和所述铁氧体中的至少一个相连。

在本发明的另一实施例中，所述铁氧体与所述金属底座的内底面贴合，所述电路板与所述金属底座和所述铁氧体间隔开，所述支撑柱设在所述金属底座上并与所述电路板相连。

在本发明的一个实施例中，所述电路板、所述铁氧体和所述金属底座为沿竖直方向依次布置并相互平行的板状，所述电路板在水平面上的投影位于所述铁氧体在水平面上的投影的外轮廓内。

在本发明的一个实施例中，所述铁氧体被构造成磁通量大于所述天线电路的最大磁通量。

在本发明的一个实施例中，所述非金属外壳与所述金属底座的结合处设有柔性密封圈。

在本发明的一个实施例中，所述非金属外壳与所述金属底座螺钉连接。

在本发明的一个实施例中，所述非金属外壳为玻璃钢壳体。

本发明还公开了一种用于应答系统的查询器，所述查询器包括根据前述的天线。

本发明还公开了一种用于应答系统的应答器，所述应答器包括根据前述的天线。

本发明还公开了一种应答系统，包括查询器天线和应答器天线，所述查询器天线和所述应答器天线中的至少一个包括前述的天线。

附图说明

图1至图6是本发明不同实施例的天线的示意图。

附图标记：天线1，金属底座11，非金属外壳12，电路板13，铁氧体14，容纳空间15，支撑柱16。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述本发明实施例的天线1。

如图1至图6，根据本发明实施例的天线1，包括：金属底座11、非金属外壳12、电路板13和铁氧体14。外壳与底座之间限定出容纳空间15，外壳和底座对电路板13提供保护。电路板13设在容纳空间15内，电路板13上集成有天线1线路，天线1线路用于接受或发送信号。铁氧体14设在容纳空间15内，且铁氧体14的至少一部分间隔在电路板13与金属底座11之间。

本发明中，天线1结构采用金属底座11支撑，为了去掉金属底座11对天线1性能的影响，在PCB下方安装铁氧体磁片。铁氧体磁片的导磁率非常高，使天线1的大部分磁力线从铁氧体层通过，避免了被金属壳体吸收。

通过铁氧体14，可以加强电路板13上天线1线路的信号，从而提高传输的信号强度，而且，从而减小金属底座11以及周围环境的金属对信号传输的影响。而且金属底座11结构强度高，可以方便天线1的安装，并提高天线1的装配强度。

根据本发明实施例的天线1，可以提高天线1的信号传输强度，从而提高信号传输的稳定性，另外，本发明设置了金属底座11，可以通过金属底座11稳定地安装天线1，从而提高天线1的装配强度。

另外，根据本发明上述实施例的天线1，还可以具有如下附加的技术特征：

如图1、图2、图5和图6，在本发明的一个实施例中，铁氧体14与电路板13面向金属底座11的表面贴合。

进一步地，如图5和图6，铁氧体14的边沿伸出电路板13的边沿。

优选地，铁氧体14任一处的边沿均凸出电路板13的边沿至少30毫米。

另外，如图3、图4、图5和图6，在本发明的一些实施例中，铁氧体14与金属底座11的内底面贴合，且铁氧体14覆盖金属底座11的整个内底面或金属底座11内底面的一部分。

结合上述描述，本发明的天线1可以包括上述技术特征中的一个，也可以是上述技术特征的结合，例如，本发明的天线1至少包括:

方案1，铁氧体14与电路板13贴合，且铁氧体14与金属底座11间隔开，如图1和图2；

方案2，铁氧体14与金属底座11贴合，且铁氧体14与电路板13间隔开，如图3和图4；

方案3，铁氧体14的两个侧面分别于电路板13和金属底座11贴合，如图5和图6；

方案4，电路板13、铁氧体14以及金属底座11每两个之间均间隔开，且铁氧体14位于电路板13和金属底座11之间。

另外，如图2、图4以及图6，为了提高天线1的结构强度和稳定性，在本发明的一个实施例中，容纳空间15内填充有绝缘减震介质，绝缘减震介质可以充满容纳空间15，可以提高天线的减震性能。

进一步地，绝缘减震介质可以为聚氨酯，或者说容纳空间15内填充有聚氨酯。

当然，如图1至图4，可以通过支撑柱16来支撑电路板13，具体而言，电路板13由支撑柱16支撑，且支撑柱16连接在金属底座11和非金属外壳12中的至少一个上。

尤其是电路板13悬空于容纳空间15内时(例如前述的方案方案1、2、4)，可以通过支撑柱16来支撑电路板13，另外，在铁氧体14悬空时，同样可以通过支撑柱16或其它结构来支撑铁氧体14。用来支撑铁氧体14的支撑柱16可以为用来支撑电路板13的支撑柱16，换句话说，金属底座11和非金属外壳12中的至少一个上设置了支撑柱16，铁氧体14和电路板13均安装在支撑柱16上。

如图1和图2，铁氧体14与电路板13贴合，且铁氧体14和电路板13与金属底座11间隔开，支撑柱16设在金属底座11上，且支撑柱与电路板13铁氧体14中的至少一个相连。

如图3和图4，铁氧体14与金属底座11的内底面贴合，电路板13与金属底座11和铁氧体14间隔开，支撑柱16设在金属底座11上并与电路板13相连。

另外，支撑柱16可以安装在金属底座11和非金属外壳12中的一个上，也可以在金属底座11和外壳上都设置金属支撑柱16，由于金属底座11的结构强度高，优选地，将支撑柱16设置于金属底座11上。

需要说明的是，本发明也可以采用其他结构来定位电路板13，例如，在容纳空间15内设置隔板来支撑电路板13，或者直接将电路板13与非金属外壳12固定连接或一体成型。

在一些情形下，电路板13与铁氧体14均被稳定地安装，例如前述的方案4，可以不设置支撑柱16，而将电路板13和铁氧体14安装在金属底座11上，同样地，如果将电路板13和铁氧体14稳定地安装于非金属外壳12上，也可以无需设置支撑柱。

另外，通过在容纳空间15内填充物料也可以实现电路板13的稳定以及减震等，在容纳空间15内填充了物料来定位电路板13和铁氧体14时，可以不设置支撑柱16来安装电路板13，当然，同时支撑柱16和填充物料可以进一步地提高电路板13的装配稳定性。

如图1至图6，进一步地，电路板13、铁氧体14和金属底座11为沿竖直方向依次布置并相互平行的板状，电路板13在水平面上的投影位于铁氧体14在水平面上的投影的外轮廓内。也就是说，铁氧体14的覆盖范围大于电路板13的覆盖范围，这样，通过铁氧体14可以起到很好的作用，降低或避免金属底座11对电路板13的屏蔽效果。

在本发明的一个实施例中，铁氧体14被构造成磁通量大于天线1电路的最大磁通量。

在本发明的一个实施例中，非金属外壳12与金属底座11的结合处设有柔性密封圈。

进一步地非金属外壳12与金属底座11螺钉连接。

优选地，非金属外壳12为玻璃钢壳体。以实现密封。

如图1所示，天线1采用电路板13集成天线1线路和匹配电路，形成核心部件。电路板13(例如PCB板)集成电路输出部件连接同轴线缆。信号通过线缆传输到主机。电路板13的下方安装铁氧体磁片，使用频率27±5MHz。铁氧体磁片的使用原理由于铁氧体导磁率非常高，而磁损耗相对很小。天线1下方安装铁氧体磁片后使天线1的大部分磁力线从铁氧体层通过，避免了被金属壳体吸收。使天线1达到隔离金属目的。天线1最下方用金属底座11固定。金属底座11可以采用铝合金、镁合金或铜板等材质，杜绝使用铁质材料。因为铁质材料的磁导率和磁损耗较高，会吸收天线1辐射出来的磁力线，增加损耗。天线1上方采用非金属材料外壳覆盖。首选玻璃钢等抗老化强度高的材质。非金属外壳12和金属底座11之前可以采用螺栓紧固，安装方便。非金属外壳12和金属底座11之间装有柔性密封圈，或其他密封措施，以达到防尘防水的目的。

与相关技术中的天线1相比，本发明的天线1具有突出的技术效果。

1、相关方案，外壳全部采用聚酯材料，强度差。安装时只能水平吊装。本发明采用金属底座11增加了结构强度，便于安装。安装时可以吊装或侧装甚至倾斜安装。

2、在线路下方使用铁氧体材料隔绝金属底座11对天线1的影响。而且增加了磁通量，提高天线1性能。

3.、相关方案，在天线后方金属环境不同，天线的频率会有一定波动，磁场强度降低，造成信号失真，甚至无法发送接收到信号，因此相关方案对天线周围金属环境的要求非常苛刻，一般要求天线后侧50mm内不能有金属部件。本发明对天线1金属底座11后方对金属环境没有严格要求。即金属底座11后方是否有金属，金属尺寸的大小，对天线1的性能影响波动可以忽略不计。安装时不需要考虑净空问题。

4、相关方案，查询器天线厚度一般在100mm左右。本发明天线1厚度可以缩减至60mm以内，有效降低了安装占用空间。

下面参照附图描述本发明的一些天线1的具体实施方案。

方案1

如图1，本发明的天线1采用PCB板集成天线1线路和匹配电路，形成核心部件。PCB板集成电路输出部件连接同轴线缆。信号通过线缆传输到主机。PCB板的下方紧贴安装铁氧体磁片。铁氧体的面积尺寸需要超出天线1区域面积至少30mm/边。铁氧体性能在27MHz频率下，磁导率越高越好，磁损耗越小越好。铁氧体厚度根据需要保证磁片的磁通量大于天线1的最大磁通量，防止因铁氧体磁饱和而产生的损耗。天线1最下方用金属底座11固定。金属底座11与PCB板之间留有间距，PCB板用支撑柱16支撑。天线1上方采用非金属材料外壳覆盖。首选玻璃钢等抗老化强度高的材质。非金属外壳12和金属底座11之前可以采用螺栓紧固，安装方便。非金属外壳12和金属底座11之间装有柔性密封圈，或其他密封措施，以达到防尘防水的目的。

方案2

如图2，方案2和方案1的不同点在于，在方案1内的容纳空间15内填充了聚氨酯填充，以增加产品的抗震和抗压能力。

方案3

如图3，采用PCB板集成天线1线路和匹配电路，形成核心部件。PCB板集成电路输出部件连接同轴线缆。信号通过线缆传输到主机。在金属底座11上方紧贴安装铁氧体磁片。磁片面积尽量填充金属底座11内部。同时铁氧体的面积尺寸需要超出天线1区域面积至少30mm/边。铁氧体性能在27MHz频率下，磁导率越高越好，磁损耗越小越好。铁氧体厚度根据需要保证磁片的磁通量大于天线1的最大磁通量，防止因铁氧体磁饱和而产生的损耗。最下方用金属底座11固定。金属底座11与PCB板之间留有间距，PCB板用支撑柱16支撑。天线1上方采用非金属材料外壳覆盖。首选玻璃钢等抗老化强度高的材质。非金属外壳12和金属底座11之前可以采用螺栓紧固，安装方便。非金属外壳12和金属底座11之间装有柔性密封圈，或其他密封措施，以达到防尘防水的目的。

方案4

如图4，方案4和方案3的不同点在于，在方案4内的容纳空间15内填充了聚氨酯填充，以增加产品的抗震和抗压能力。

方案5

如图5，采用PCB板集成天线1线路和匹配电路，形成核心部件。PCB板集成电路输出部件连接同轴线缆。信号通过线缆传输到主机。在金属底座11上方紧贴安装铁氧体磁片。磁片上方紧贴安装PCB板。磁片面积尽量填充金属底座11内部。同时铁氧体的面积尺寸需要超出天线1区域面积至少30mm/边。如图中所示。铁氧体性能在27MHz频率下，磁导率越高越好，磁损耗越小越好。铁氧体厚度根据需要保证磁片的磁通量大于天线1的最大磁通量，防止因铁氧体磁饱和而产生的损耗。天线1上方采用非金属材料外壳覆盖。首选玻璃钢等抗老化强度高的材质。非金属外壳12和金属底座11之前可以采用螺栓紧固，安装方便。非金属外壳12和金属底座11之间装有柔性密封圈，或其他密封措施，以达到防尘防水的目的。

方案6

如图6，方案6和方案5的不同点在于，在方案6内的容纳空间15内填充了聚氨酯填充，以增加产品的抗震和抗压能力。

本发明还提供了一种查询器，查询器包括前述的天线1。提高应答系统的稳定性，装配强度，以及降低了应答系统对环境的要求。

本发明还提供了一种应答器，应答器包括前述的天线1。提高应答系统的稳定性，装配强度，以及降低了应答系统对环境的要求。

本发明还提供了一种应答系统，包括查询器和应答器，查询器和应答器中的至少一个包括前述的天线1。提高应答系统的稳定性，装配强度，以及降低了应答系统对环境的要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种天线，其特征在于，包括：

金属底座；

非金属外壳，所述外壳与所述底座之间限定出容纳空间；

电路板，所述电路板设在所述容纳空间内，所述电路板上集成有天线线路；

铁氧体，所述铁氧体设在所述容纳空间内，且所述铁氧体的至少一部分间隔在所述电路板与所述金属底座之间，

所述容纳空间内填充有绝缘减震介质，所述电路板、所述铁氧体和所述金属底座为沿竖直方向依次布置并相互平行的板状，所述电路板在水平面上的投影位于所述铁氧体在水平面上的投影的外轮廓内，

其中，所述铁氧体的边沿伸出所述电路板的边沿，所述电路板由支撑柱支撑，且所述支撑柱连接在所述金属底座和所述非金属外壳中的至少一个上，

所述铁氧体与所述金属底座的内底面贴合，所述电路板与所述金属底座和所述铁氧体间隔开，或

所述铁氧体与所述电路板贴合，且所述铁氧体和所述电路板与所述金属底座间隔开，所述支撑柱设在所述金属底座上并与所述电路板和所述铁氧体中的至少一个相连。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述铁氧体任一处的边沿均凸出所述电路板的边沿至少30毫米。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的天线，其特征在于，所述铁氧体与所述金属底座的内底面贴合，且所述铁氧体覆盖所述金属底座的整个内底面或所述金属底座内底面的一部分。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述容纳空间内填充有聚氨酯。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述铁氧体被构造成磁通量大于所述天线线路 的最大磁通量。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述非金属外壳与所述金属底座的结合处设有柔性密封圈。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述非金属外壳为玻璃钢壳体。

8.一种用于应答系统的查询器，其特征在于，所述查询器包括根据权利要求1-7中任一项所述的天线。

9.一种用于应答系统的应答器，其特征在于，所述应答器包括根据权利要求1-7中任一项所述的天线。

10.一种应答系统，其特征在于，包括查询器和应答器，所述查询器的天线和所述应答器的天线中的至少一个包括根据权利要求1-7中任一项所述的天线。