CN109193156A - 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，各种无线系统对容量、功能、带宽等性能要求越来越高。显然，提高系统容量、增加系统功能、扩展系统带宽，可以满足现实需求，但付出的代价是在同一无线系统平台上搭载的信息子系统数量将增加，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系统的成本增加、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，从降低系统的整体成本、减轻重量、减小系统的雷达散射截面、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、系统化和网络化。
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，通信系统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系统表面的吸收率。
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 (10)

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。
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)。
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)的顶部与所述接地板(2)的内侧面之间的距离大于0。
6.根据权利要求5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。
7.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：所述第一开关(121)为微波开关。
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：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。
9.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。
10.根据权利要求9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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