CN116864958B - 一种煤矿井下无线电波全向接收天线 - Google Patents

一种煤矿井下无线电波全向接收天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿井无线通信天线技术领域，具体指的是一种煤矿井下无线电波全向接收天线，工作频段为930MHz~950MHz，采用高介电常数柔性介质基板，同时利用曲流技术，实现了天线的小型化，缩小了设备整体尺寸，通过渐变微带线的应用拓宽了天线的工作带宽，通过天线阵列的方式，利用辐射场的叠加原理，在天线小型化的同时保证天线的增益；利用柔性介质基板较柔软的特性，通过HFSS软件仿真分析，利用天线阵列的柔性弯曲，改变了辐射场的叠加效果从而实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果；采用SMA馈电接头与易拆卸调节杆，实现了天线单元便于安装维护的技术效果，本发明整体结构简单、成本低廉易于制造，便于调节，质量轻较易安装维护，设备故障率较低。

Description

一种煤矿井下无线电波全向接收天线
技术领域
本发明属于矿井无线通信天线技术领域，具体是指一种煤矿井下无线电波全向接收天线。
背景技术
煤矿生产及其井下环境的特殊性，决定了煤矿对通信的依赖性比较强，矿井通信系统在煤矿的生产调度、安全管理、监控、抢险救灾中发挥着重要的作用。随着煤矿对通信要求的提高，有线通信已无法适应煤矿发展的需要，矿井无线通信越来越成为煤矿井下主要的通信手段。
由于煤矿井下潮湿、巷道空间狭小、自然条件差、地形复杂，巷道内有拐角、分支以及爆炸危险的气体等，同时巷道内还存在大量工业干扰，致使井下无线传输损耗大，通信环境非常恶劣，因此在设计煤矿井下无线电波通信用的天线时，其工作频率必须选择在合适的频段内。当工作频率在高频段时，通信相对稳定、信噪比高、灵活性强、天线的尺寸也较小，但高频段下的电磁波绕射能力较弱，电磁波的能量较高，与本质安全的要求相矛盾；当工作频率在低频段时，信道容量相对较小且天线的体积较大，功耗较大，但其信号传输损耗低、无线传输距离较远、绕射能力较强，考虑到与地面通信的兼容性及本质安全的要求，煤矿井下通讯天线的工作频率优选900MHz~1000MHz，以提高矿井内无线传输距离和绕射能力，提高系统稳定性和可靠性，减少基站用量。
单极子天线因其具有良好的全向辐射性、结构简单且成本低廉被广泛应用至无线通信系统，现有的煤矿井下无线电波接收天线也大多采用单极子天线，但由于煤矿井下无线通信的工作频段相对较低，致使传统结构的单极子天线体积较大，重量也较重，不利于安装维护，对煤矿井下无线通信系统的施工也增加了难度，为了满足无线通信产品体积小，高稳定性等要求，天线的发展目标逐渐变为平面化、小型化多元化应用等，矩形平面单极子天线拥有较大的阻抗带宽，且辐射方向图不易受其他因素影响，具有较强的抗干扰能力，结构更加易于调节优化以及小型化设计，是一种性能稳定且优良的全向天线。
煤矿井下作为一种特殊的工作场所，其爆炸气体含量大大超过地面，故对巷道内通信系统的设计必须符合本质安全的要求，且巷道空间狭小，也使得天线设备的安装位置在巷道的侧壁上，但现有煤矿井下通信用天线设备体积较大，安装维护困难，不便更换，且对天线的相对位置以及接收信号的面积难以进行调节，因此，研究、设计一种体积小、易安装维护同时便于调节的煤矿井下无线电波接收天线具有良好的应用价值。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明提供了一种煤矿井下无线电波全向接收天线，工作频段为930MHz~950MHz，采用高介电常数柔性介质基板，同时利用曲流技术，实现了天线的小型化，缩小了设备整体尺寸，通过渐变微带线的应用拓宽了天线的工作带宽，通过天线阵列的方式，利用辐射场的叠加原理，在天线小型化的同时保证天线的增益；利用柔性介质基板较柔软的特性，通过HFSS软件仿真分析，利用天线阵列的柔性弯曲，改变了辐射场的叠加效果从而实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果；采用SMA馈电接头与易拆卸调节杆，实现了天线单元便于安装维护的技术效果，本发明整体结构简单、成本低廉易于制造，便于调节，质量轻较易安装维护，设备故障率较低。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，包括小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元、旋转调节型功分器馈电组、嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合和抗震抗压安装底座，所述抗震抗压安装底座活动设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合的下部，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元和旋转调节型功分器馈电组设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合的内部，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元设于旋转调节型功分器馈电组的上部，其中，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元包括小型化柔性微带馈电单极子天线一、小型化柔性微带馈电单极子天线二、调节支撑架和易拆卸调节杆，所述调节支撑架对称设于旋转调节型功分器馈电组的上部两侧，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二分别竖直设于旋转调节型功分器馈电组的上部另两侧，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二分别同向设于调节支撑架的两端，所述易拆卸调节杆分别设于小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二的上部，所述易拆卸调节杆的两端分别滑动设于调节支撑架的上部。
进一步地，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一与小型化柔性微带馈电单极子天线二的结构相同，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一包括柔性基板、小型化贴片、渐变微带线和接地面，所述柔性基板竖直设于旋转调节型功分器馈电组上，所述小型化贴片和渐变微带线印刷设于柔性基板的一面上，所述小型化贴片设于渐变微带线的上部，所述接地面印刷设于柔性基板的另一面上，所述接地面设于渐变微带线的后方，所述小型化贴片整体呈长方形结构，所述小型化贴片的四角设有导流圆弧，所述小型化贴片上贯穿设有截断横槽一、截断横槽二、导流横槽一、导流横槽二、导流竖槽和截断半圆，所述截断横槽一贯穿小型化贴片的一侧面设于渐变微带线的上方，所述导流竖槽垂直设于截断横槽一的端部，所述导流横槽一设于导流竖槽远离截断横槽一的端部，所述导流横槽二设于导流竖槽的中部，所述导流横槽一和导流横槽二分别与导流竖槽相垂直，所述截断横槽一、导流竖槽、导流横槽一和导流横槽二连通设置，所述截断横槽二贯穿小型化贴片的侧面设于导流横槽一与导流横槽二之间，所述截断横槽二与截断横槽一同侧设置，所述截断半圆贯穿小型化贴片的侧面设于截断横槽一与截断横槽二之间，所述导流横槽二的长度小于导流横槽一的长度，所述导流横槽一的长度小于截断横槽一的长度，所述截断横槽二的长度等于导流横槽二的长度，所述渐变微带线的两侧对称倾斜设有微带渐变线，所述微带渐变线与竖直线所呈的角度小于30度，所述渐变微带线与接地面的下端设有馈电接头，所述馈电接头采用SMA接头，采用曲流技术，增加小型化贴片表面的有效电流路径，实现了天线的小型化，缩小了设备整体尺寸，同时渐变微带线的应用拓宽了天线的工作带宽，面对天线的小型化，小型化贴片表面电流强度也会相应缩减，单个天线单元的增益会有所下降，通过天线同向阵列的方式，利用辐射场的叠加原理，在天线小型化的同时保证了天线整体的增益。
作为优选地，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一与小型化柔性微带馈电单极子天线二的工作频段为930MHz~950MHz，所述小型化贴片的宽度小于0.15λ0，所述小型化贴片的长度小于0.1λ0，所述渐变微带线的长度为0.07λ0，所述接地面的长度小于0.04λ0，λ0为工作频率下对应的自由空间波长，所述截断横槽一、截断横槽二、导流竖槽和导流横槽二的宽度为3mm~5mm，所述导流横槽二的宽度为6mm~10mm，所述截断半圆的半径小于15mm，通过HFSS软件的仿真分析，天线阵列的中心频率为930MHz~950MHz，在其中心频率处的回波损耗S11为-41.59dB，天线增益为6.84dBi，符合煤矿井下接收天线的应用要求。
作为优选地，所述柔性基板采用聚酰亚胺材质，其介电常数为3.5，所述柔性基板的厚度为3mm~6mm，所述小型化贴片、渐变微带线和接地面采用铜片，所述小型化贴片、渐变微带线和接地面的厚度小于1mm，采用高介电常数柔性基板，一方面有利于天线的小型化，另一方面利用柔性介质基板较柔软的特性，通过HFSS软件的仿真分析，利用天线阵列的柔性弯曲，改变了辐射场的叠加效果，天线阵列相对弯曲时，E面方向辐射场相对减弱，H面方向辐射场叠加增强，从而实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果。
作为优选地，所述调节支撑架和易拆卸调节杆为ABS塑料材质，硬质塑料保证强度的同时质量较轻，不影响天线的基本性能，具有透波性好、抗老化能力强、防火性和防紫外线的特点。
进一步地，所述调节支撑架包括支撑板、弧形支撑侧板、滑动支撑槽和紧固支撑槽，所述支撑板对称设于旋转调节型功分器馈电组的两侧，所述弧形支撑侧板分别对称设于支撑板的上端，所述滑动支撑槽分别贯穿设于弧形支撑侧板上，所述紧固支撑槽分别不贯穿设于弧形支撑侧板上，所述紧固支撑槽分别设于滑动支撑槽的外侧，所述易拆卸调节杆的两端分别滑动设于滑动支撑槽，所述易拆卸调节杆的两端分别啮合设有紧固螺钉，所述紧固螺钉在紧固支撑槽内活动，采用易拆卸调节杆与SMA馈电接头，实现了天线单元便于安装维护的技术效果。
进一步地，所述旋转调节型功分器馈电组包括馈电隔离防护盒、旋转电机、旋转轴、威尔金森功分器、转接连接器和馈电接口，所述馈电隔离防护盒设于柔性基板的下部，所述馈电隔离防护盒的底部贯穿对称设有弧形通风槽，所述馈电隔离防护盒的顶部贯穿对称设有条状通风槽，所述条状通风槽分别设于小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二的内侧，所述旋转轴设于馈电隔离防护盒的下部，所述旋转电机设于旋转轴的下部，所述旋转电机的输出端与旋转轴电连接，所述旋转电机设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合内，所述威尔金森功分器设于馈电隔离防护盒的内部，所述转接连接器分别设于威尔金森功分器的两侧，所述转接连接器的上部分别与馈电接头啮合连接，所述馈电接口贯穿馈电隔离防护盒的侧壁设于威尔金森功分器上，所述威尔金森功分器包括介质基板、端口一、端口二、端口三和隔离电阻，所述介质基板水平设于馈电隔离防护盒的中部，所述端口一、端口二和端口三印刷设于介质基板的上部，所述端口二与端口三对称设于端口一的两侧，所述端口一与馈电接口焊接连接，所述端口二与端口三分别与转接连接器相连，所述隔离电阻设于端口二与端口三之间，通过旋转便于调节天线与基站的相对位置，达到最优的传输路径，使天线的信号接收更准确。
作为优选地，所述威尔金森功分器的工作频段为930MHz~950MHz，所述介质基板采用FR4材质，所述介质基板的厚度为1.5~3mm，通过HFSS的仿真，威尔金森功分器在930MHz~950MHz的S11为-39.64dB，插入损耗S21和S31分别为-3.17dB和-3.22dB，隔离度S23为-21.03dB，振幅不平衡度控制在0.2dB以内，回波损耗与隔离度小于-15dB，基本符合天线阵列的应用标准。
进一步地，所述嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合包括散热流通底箱、鼓风机、稳固支撑柱、防护桶体和防护盖，所述散热流通底箱设于馈电隔离防护盒的下方，所述旋转电机设于散热流通底箱内，所述散热流通底箱的侧壁上贯穿均布设有倾角散热槽，所述散热流通底箱的一侧壁内嵌入对称设有通气管，所述鼓风机设于散热流通底箱的外侧壁上，所述鼓风机与通气管连通，所述散热流通底箱的顶部贯穿对称设有通气顶槽，所述稳固支撑柱设于散热流通底箱的上部，所述稳固支撑柱设于通气顶槽的外侧，所述稳固支撑柱与馈电隔离防护盒触接，所述通气顶槽与弧形通风槽的位置对应设置，所述防护桶体设于散热流通底箱的上部，所述防护桶体设于小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元和旋转调节型功分器馈电组的外侧，所述防护桶体的侧壁下部贯穿对称设有电缆滑槽，所述防护桶体的侧壁中下部贯穿均布设有通气孔，所述通气孔分别设于电缆滑槽之间，所述电缆滑槽与馈电接口的位置对应设置，所述防护桶体的上部贯穿侧壁对称设有定位插槽，所述定位插槽内设有定位挡板，所述定位挡板的高度小于定位插槽的深度，所述防护盖活动设于防护桶体上，所述防护盖的内部设有定位台阶，所述定位台阶的半径与防护桶体的外半径相等，所述定位台阶上对称设有定位卡板，所述定位卡板的端部设有定位卡勾，所述定位卡板的厚度等于定位挡板到定位插槽内壁的距离，通气顶槽、弧形通风槽和条状通风槽相互连通，通过鼓风机不断进行散热与除杂，保障了设备的稳定运行，降低故障率。
作为优选地，所述防护桶体和防护盖为ABS塑料材质，具有透波性好、抗老化能力强、防火性和防紫外线的特点。
进一步地，所述抗震抗压安装底座包括安装座板、安装支脚、活动支撑柱、固定支撑柱和高压弹簧，所述安装座板设于散热流通底箱的下方，所述固定支撑柱均布设于安装座板的上部，所述安装支脚分别对称均布设于安装座板的两侧，所述安装支脚分别设于倾角散热槽的侧面，所述活动支撑柱分别活动设于固定支撑柱内，所述活动支撑柱均布设于散热流通底箱的下部，所述高压弹簧套接设于固定支撑柱的外侧，所述高压弹簧连接安装座板和散热流通底箱，具有抗震抗压的效果，提高设备的稳定性。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，工作频段为930MHz~950MHz，采用高介电常数柔性介质基板，同时利用曲流技术，实现了天线的小型化，缩小了设备整体尺寸，通过渐变微带线的应用拓宽了天线的工作带宽，通过天线阵列的方式，利用辐射场的叠加原理，在天线小型化的同时保证天线的增益不小于6.84dBi；利用柔性介质基板较柔软的特性，通过HFSS软件仿真分析，利用天线阵列的柔性弯曲，改变了辐射场的叠加效果从而实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果；采用SMA馈电接头与易拆卸调节杆，实现了天线单元便于安装维护的技术效果，本发明整体结构简单、成本低廉易于制造，便于调节，质量轻较易安装维护，设备故障率较低。
附图说明
图1为本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线结构示意图；
图2为本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线的内部结构示意图；
图3为小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元的结构示意图；
图4为小型化柔性微带馈电单极子天线一的主视图；
图5为小型化柔性微带馈电单极子天线一的后视图；
图6为小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元、旋转调节型功分器馈电组和抗震抗压安装底座组合的左视图；
图7为旋转调节型功分器馈电组的内部结构示意图；
图8为旋转调节型功分器馈电组的内部结构俯视图；
图9为馈电隔离防护盒的顶部示意图；
图10为散热流通底箱内部结构示意图；
图11为防护盖结构示意图；
图12为小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二弯曲状态下的S11曲线对比图；
图13为小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二弯曲状态下E面方向图对比图；
图14为小型化柔性微带馈电单极子天线一和小型化柔性微带馈电单极子天线二弯曲状态下H面方向图对比图。
其中，1、小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元，2、旋转调节型功分器馈电组，3、嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合，4、抗震抗压安装底座，5、小型化柔性微带馈电单极子天线一，6、小型化柔性微带馈电单极子天线二，7、调节支撑架，8、易拆卸调节杆，9、柔性基板，10、小型化贴片，11、渐变微带线，12、接地面，13、紧固螺钉，14、馈电隔离防护盒，15、旋转电机，16、旋转轴，17、威尔金森功分器，18、转接连接器，19、馈电接口，20、散热流通底箱，21、鼓风机，22、稳固支撑柱，23、防护桶体，24、防护盖，25、安装座板，26、安装支脚，27、活动支撑柱，28、固定支撑柱，29、高压弹簧，7-1、支撑板，7-2、弧形支撑侧板，7-3、滑动支撑槽，7-4、紧固支撑槽，10-1、导流圆弧，10-2、截断横槽一，10-3、截断横槽二，10-4、导流横槽一，10-5、导流横槽二，10-6、导流竖槽，10-7、截断半圆，11-1、微带渐变线，11-2、馈电接头，14-1、弧形通风槽，14-2、条状通风槽，17-1、介质基板，17-2、端口一，17-3、端口二，17-4、端口三，17-5、隔离电阻，20-1、倾角散热槽，20-2、通气管，20-3、通气顶槽，23-1、电缆滑槽，23-2、通气孔，23-3、定位插槽，23-4、定位挡板，24-1、定位台阶，24-2、定位卡板，24-3、定位卡勾。
具体实施方式
下面结合具体实施对本专利的技术方案作进一步详细地说明，本发明所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。
以下结合附图，对本发明做进一步详细说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线包括抗震抗压安装底座4，抗震抗压安装底座4的上部活动设有嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合3，嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合3的内部设有小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1和旋转调节型功分器馈电组2，小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1设于旋转调节型功分器馈电组2的上部，其中，抗震抗压安装底座4包括安装座板25，安装座板25的上部均布设有固定支撑柱28，安装座板25的两侧分别对称均布设有安装支脚26，固定支撑柱28内分别活动设有活动支撑柱27，活动支撑柱27均布设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合3的下部，固定支撑柱28的外侧套接设有高压弹簧29；嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合3包括散热流通底箱20，散热流通底箱20设于安装座板25的上方，高压弹簧29连接安装座板25和散热流通底箱20，散热流通底箱20的侧壁上贯穿均布设有倾角散热槽20-1，安装支脚26分别设于倾角散热槽20-1的侧面，散热流通底箱20的一侧壁内嵌入对称设有通气管20-2，散热流通底箱20的外侧壁上设有鼓风机21，鼓风机21与通气管20-2连通，散热流通底箱20的顶部贯穿对称设有通气顶槽20-3，散热流通底箱20的上部设有稳固支撑柱22，稳固支撑柱22设于通气顶槽20-3的外侧，散热流通底箱20的上部设有防护桶体23，防护桶体23设于小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1和旋转调节型功分器馈电组2的外侧，防护桶体23的侧壁下部贯穿对称设有电缆滑槽23-1，防护桶体23的侧壁中下部贯穿均布设有通气孔23-2，通气孔23-2分别设于电缆滑槽23-1之间，防护桶体23的上部贯穿侧壁对称设有定位插槽23-3，定位插槽23-3内设有定位挡板23-4，防护桶体23上活动设有防护盖24，防护盖24的内部设有定位台阶24-1，定位台阶24-1的半径与防护桶体23的外半径相等，定位台阶24-1上对称设有定位卡板24-2，定位卡板24-2的端部设有定位卡勾24-3，定位卡板24-2的厚度等于定位挡板23-4到定位插槽23-3内壁的距离；旋转调节型功分器馈电组2包括馈电隔离防护盒14，馈电隔离防护盒14设于散热流通底箱20的上方，馈电隔离防护盒14与稳固支撑柱22触接设置，馈电隔离防护盒14的底部贯穿对称设有弧形通风槽14-1，弧形通风槽14-1与通气顶槽20-3的位置对应设置，馈电隔离防护盒14的顶部贯穿对称设有条状通风槽14-2，馈电隔离防护盒14的下部设有旋转轴16，旋转轴16的下部设有旋转电机15，旋转电机15设于散热流通底箱20内，旋转电机15的输出端与旋转轴16电连接，馈电隔离防护盒14的内部设有威尔金森功分器17，威尔金森功分器17的两侧分别设有转接连接器18，威尔金森功分器17上贯穿馈电隔离防护盒14的侧壁设有馈电接口19，馈电接口19与电缆滑槽23-1的位置对应设置，威尔金森功分器17的工作频段为930MHz~950MHz，威尔金森功分器17包括介质基板17-1，介质基板17-1水平设于馈电隔离防护盒14的中部，介质基板17-1的厚度为1.5~3mm，介质基板17-1的上部印刷设有端口一17-2、端口二17-3和端口三17-4，端口二17-3与端口三17-4对称设于端口一17-2的两侧，端口一17-2与馈电接口19焊接连接，端口二17-3与端口三17-4分别与转接连接器18相连，端口二17-3与端口三17-4之间设有隔离电阻17-5，威尔金森功分器17在930MHz~950MHz的S11为-39.64dB，插入损耗S21和S31分别为-3.17dB和-3.22dB，隔离度S23为-21.03dB，振幅不平衡度控制在0.2dB以内，回波损耗与隔离度小于-15dB；小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1包括调节支撑架7，调节支撑架7对称设于馈电隔离防护盒14的上部两侧，馈电隔离防护盒14的上部另两侧分别竖直设有小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6，小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6分别同向设于调节支撑架7的两端，小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6分别设于条状通风槽14-2的外侧，小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6的上部分别设有易拆卸调节杆8，调节支撑架7包括支撑板7-1，支撑板7-1对称设于馈电隔离防护盒14的两侧，支撑板7-1的上端分别对称设有弧形支撑侧板7-2，弧形支撑侧板7-2上分别贯穿设有滑动支撑槽7-3，弧形支撑侧板7-2上分别不贯穿设有紧固支撑槽7-4，紧固支撑槽7-4分别设于滑动支撑槽7-3的外侧，易拆卸调节杆8的两端分别滑动设于滑动支撑槽7-3，易拆卸调节杆8的两端分别啮合设有紧固螺钉13，紧固螺钉13在紧固支撑槽7-4内活动；小型化柔性微带馈电单极子天线一5与小型化柔性微带馈电单极子天线二6的结构相同，小型化柔性微带馈电单极子天线一5与小型化柔性微带馈电单极子天线二6的工作频段为930MHz~950MHz，小型化柔性微带馈电单极子天线一5包括柔性基板9，柔性基板9竖直设于馈电隔离防护盒14上，柔性基板9采用聚酰亚胺材质，柔性基板9的厚度为3mm~6mm，柔性基板9的一面上印刷设有小型化贴片10和渐变微带线11，小型化贴片10设于渐变微带线11的上部，柔性基板9的另一面上印刷设有接地面12，接地面12设于渐变微带线11的后方，小型化贴片10、渐变微带线11和接地面12采用铜片，小型化贴片10、渐变微带线11和接地面12的厚度小于1mm，小型化贴片10整体呈长方形结构，小型化贴片10的宽度小于0.15λ0，小型化贴片10的长度小于0.1λ0，渐变微带线11的长度为0.07λ0，接地面12的长度小于0.04λ0，λ0为工作频率下对应的自由空间波长，小型化贴片10的四角设有导流圆弧10-1，小型化贴片10上贯穿设有截断横槽一10-2、截断横槽二10-3、导流横槽一10-4、导流横槽二10-5、导流竖槽10-6和截断半圆10-7，截断横槽一10-2贯穿小型化贴片10的一侧面设于渐变微带线11的上方，导流竖槽10-6垂直设于截断横槽一10-2的端部，导流横槽一10-4设于导流竖槽10-6远离截断横槽一10-2的端部，导流横槽二10-5设于导流竖槽10-6的中部，导流横槽一10-4和导流横槽二10-5分别与导流竖槽10-6相垂直，截断横槽一10-2、导流竖槽10-6、导流横槽一10-4和导流横槽二10-5连通设置，截断横槽二10-3贯穿小型化贴片10的侧面设于导流横槽一10-4与导流横槽二10-5之间，截断横槽二10-3与截断横槽一10-2同侧设置，截断半圆10-7贯穿小型化贴片10的侧面设于截断横槽一10-2与截断横槽二10-3之间，导流横槽二10-5的长度小于导流横槽一10-4的长度，导流横槽一10-4的长度小于截断横槽一10-2的长度，截断横槽二10-3的长度等于导流横槽二10-5的长度，截断横槽一10-2、截断横槽二10-3、导流竖槽10-6和导流横槽二10-5的宽度为3mm~5mm，导流横槽二10-5的宽度为6mm~10mm，截断半圆10-7的半径小于15mm，渐变微带线11的两侧对称倾斜设有微带渐变线11-1，微带渐变线11-1与竖直线所呈的角度小于30度，渐变微带线11与接地面12的下端设有馈电接头11-2，馈电接头11-2采用SMA接头，馈电接头11-2分别与转接连接器18的上部啮合连接，通过HFSS软件的仿真分析，天线阵列的中心频率为930MHz~950MHz，在其中心频率处的回波损耗S11为-41.59dB，天线增益为6.84dBi。
具体使用时，工作人员根据基站设置的位置，确定煤矿井下无线电波全向接收天线的安装位置，由于整体质量较轻，故仅需采用铆钉通过安装支脚26将安装座板25固定于巷道的侧壁上，旋动打开防护盖24，如图12、图13和图14所示，根据HFSS的仿真分析结果，小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6在天线相对弯曲状态下的中心频率变化较小，其中心频率处的回波损耗S11均满足应用要求，相对弯曲状态下的增益波动在1.5dBi以内，随着弯曲角度的加大，E面方向辐射场相对减弱，H面方向辐射场叠加增强，天线接收信号的面积变窄，信号增强，传输距离相对增加，实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果，可根据巷道内基站的分布进行天线弯曲程度的调节，只需拧松紧固螺钉13，使易拆卸调节杆8在滑动支撑槽7-3内滑动调节，然后拧紧紧固螺钉13即可，盖上防护盖24，使定位卡板24-2插入定位插槽23-3后旋转使定位卡勾24-3卡入定位挡板23-4的下方即可，操作方便；当安装位置偏离与基站的最佳传输位置时，由于本发明小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1具备全向性，只需启动旋转电机15，带动小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1和旋转调节型功分器馈电组2调整到与基站的最佳相对位置即可；当煤矿井下无线电波全向接收天线受到外力冲击时，防护桶体23与防护盖24优先保护小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元1，活动支撑柱27向固定支撑柱28内滑动，配合高压弹簧29的弹性，起到了缓冲抗震的作用，保证了煤矿井下无线电波全向接收天线的稳定性；在此过程中，鼓风机21通过通气管20-2对散热流通底箱20内吹气，通气顶槽20-3、弧形通风槽14-1和条状通风槽14-2的设置使散热流通底箱20、馈电隔离防护盒14和防护桶体23相互连通，对本发明的内部不断进行散热与除杂，保障了设备的稳定运行，降低故障率；当小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6损坏需更换维护时，只需拧下紧固螺钉13与馈电接头11-2，取下易拆卸调节杆8即可拆除小型化柔性微带馈电单极子天线一5和小型化柔性微带馈电单极子天线二6，操作简便，提高施工效率。
本发明提供的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，工作频段为930MHz~950MHz，采用高介电常数柔性介质基板，同时利用曲流技术，实现了天线的小型化，缩小了设备整体尺寸，通过渐变微带线的应用拓宽了天线的工作带宽，通过天线阵列的方式，利用辐射场的叠加原理，在天线小型化的同时保证天线的增益不小于6.84dBi；利用柔性介质基板较柔软的特性，通过HFSS软件仿真分析，利用天线阵列的柔性弯曲，改变了辐射场的叠加效果从而实现了对接收信号的面积进行调节的技术效果；采用SMA馈电接头与易拆卸调节杆，实现了天线单元便于安装维护的技术效果，本发明整体结构简单、成本低廉易于制造，便于调节，质量轻较易安装维护，设备故障率较低。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：包括小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元（1）、旋转调节型功分器馈电组（2）、嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合（3）和抗震抗压安装底座（4），所述抗震抗压安装底座（4）活动设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合（3）的下部，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元（1）和旋转调节型功分器馈电组（2）设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合（3）的内部，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元（1）设于旋转调节型功分器馈电组（2）的上部，其中，所述小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元（1）包括小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）、小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）、调节支撑架（7）和易拆卸调节杆（8），所述调节支撑架（7）对称设于旋转调节型功分器馈电组（2）的上部两侧，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）和小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）分别竖直设于旋转调节型功分器馈电组（2）的上部另两侧，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）和小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）分别同向设于调节支撑架（7）的两端，所述易拆卸调节杆（8）分别设于小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）和小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）的上部，所述易拆卸调节杆（8）的两端分别滑动设于调节支撑架（7）的上部；
所述小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）与小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）的结构相同，所述小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）包括柔性基板（9）、小型化贴片（10）、渐变微带线（11）和接地面（12），所述柔性基板（9）竖直设于旋转调节型功分器馈电组（2）上，所述小型化贴片（10）和渐变微带线（11）印刷设于柔性基板（9）的一面上，所述小型化贴片（10）设于渐变微带线（11）的上部，所述接地面（12）印刷设于柔性基板（9）的另一面上，所述接地面（12）设于渐变微带线（11）的后方，所述小型化贴片（10）整体呈长方形结构，所述小型化贴片（10）的四角设有导流圆弧（10-1），所述小型化贴片（10）上贯穿设有截断横槽一（10-2）、截断横槽二（10-3）、导流横槽一（10-4）、导流横槽二（10-5）、导流竖槽（10-6）和截断半圆（10-7），所述截断横槽一（10-2）贯穿小型化贴片（10）的一侧面设于渐变微带线（11）的上方，所述导流竖槽（10-6）垂直设于截断横槽一（10-2）的端部，所述导流横槽一（10-4）设于导流竖槽（10-6）远离截断横槽一（10-2）的端部，所述导流横槽二（10-5）设于导流竖槽（10-6）的中部，所述导流横槽一（10-4）和导流横槽二（10-5）分别与导流竖槽（10-6）相垂直，所述截断横槽一（10-2）、导流竖槽（10-6）、导流横槽一（10-4）和导流横槽二（10-5）连通设置，所述截断横槽二（10-3）贯穿小型化贴片（10）的侧面设于导流横槽一（10-4）与导流横槽二（10-5）之间，所述截断横槽二（10-3）与截断横槽一（10-2）同侧设置，所述截断半圆（10-7）贯穿小型化贴片（10）的侧面设于截断横槽一（10-2）与截断横槽二（10-3）之间，所述导流横槽二（10-5）的长度小于导流横槽一（10-4）的长度，所述导流横槽一（10-4）的长度小于截断横槽一（10-2）的长度，所述截断横槽二（10-3）的长度等于导流横槽二（10-5）的长度，所述渐变微带线（11）的两侧对称倾斜设有微带渐变线（11-1），所述微带渐变线（11-1）与竖直线所呈的角度小于30度，所述渐变微带线（11）与接地面（12）的下端设有馈电接头（11-2），所述馈电接头（11-2）采用SMA接头；
所述小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）与小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）的工作频段为930MHz~950MHz，所述小型化贴片（10）的宽度小于0.15λ0，所述小型化贴片（10）的长度小于0.1λ0，所述渐变微带线（11）的长度为0.07λ0，所述接地面（12）的长度小于0.04λ0，λ0为工作频率下对应的自由空间波长，所述截断横槽一（10-2）、截断横槽二（10-3）、导流竖槽（10-6）和导流横槽二（10-5）的宽度为3mm~5mm，所述导流横槽二（10-5）的宽度为6mm~10mm，所述截断半圆（10-7）的半径小于15mm；
所述调节支撑架（7）包括支撑板（7-1）、弧形支撑侧板（7-2）、滑动支撑槽（7-3）和紧固支撑槽（7-4），所述支撑板（7-1）对称设于旋转调节型功分器馈电组（2）的两侧，所述弧形支撑侧板（7-2）分别对称设于支撑板（7-1）的上端，所述滑动支撑槽（7-3）分别贯穿设于弧形支撑侧板（7-2）上，所述紧固支撑槽（7-4）分别不贯穿设于弧形支撑侧板（7-2）上，所述紧固支撑槽（7-4）分别设于滑动支撑槽（7-3）的外侧，所述易拆卸调节杆（8）的两端分别滑动设于滑动支撑槽（7-3），所述易拆卸调节杆（8）的两端分别啮合设有紧固螺钉（13），所述紧固螺钉（13）在紧固支撑槽（7-4）内活动；
所述旋转调节型功分器馈电组（2）包括馈电隔离防护盒（14）、旋转电机（15）、旋转轴（16）、威尔金森功分器（17）、转接连接器（18）和馈电接口（19），所述馈电隔离防护盒（14）设于柔性基板（9）的下部，所述馈电隔离防护盒（14）的底部贯穿对称设有弧形通风槽（14-1），所述馈电隔离防护盒（14）的顶部贯穿对称设有条状通风槽（14-2），所述条状通风槽（14-2）分别设于小型化柔性微带馈电单极子天线一（5）和小型化柔性微带馈电单极子天线二（6）的内侧，所述旋转轴（16）设于馈电隔离防护盒（14）的下部，所述旋转电机（15）设于旋转轴（16）的下部，所述旋转电机（15）的输出端与旋转轴（16）电连接，所述旋转电机（15）设于嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合（3）内，所述威尔金森功分器（17）设于馈电隔离防护盒（14）的内部，所述转接连接器（18）分别设于威尔金森功分器（17）的两侧，所述转接连接器（18）的上部分别与馈电接头（11-2）啮合连接，所述馈电接口（19）贯穿馈电隔离防护盒（14）的侧壁设于威尔金森功分器（17）上，所述威尔金森功分器（17）包括介质基板（17-1）、端口一（17-2）、端口二（17-3）、端口三（17-4）和隔离电阻（17-5），所述介质基板（17-1）水平设于馈电隔离防护盒（14）的中部，所述端口一（17-2）、端口二（17-3）和端口三（17-4）印刷设于介质基板（17-1）的上部，所述端口二（17-3）与端口三（17-4）对称设于端口一（17-2）的两侧，所述端口一（17-2）与馈电接口（19）焊接连接，所述端口二（17-3）与端口三（17-4）分别与转接连接器（18）相连，所述隔离电阻（17-5）设于端口二（17-3）与端口三（17-4）之间。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：所述柔性基板（9）采用聚酰亚胺材质，所述柔性基板（9）的厚度为3mm~6mm，所述小型化贴片（10）、渐变微带线（11）和接地面（12）采用铜片，所述小型化贴片（10）、渐变微带线（11）和接地面（12）的厚度小于1mm。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：所述威尔金森功分器（17）的工作频段为930MHz~950MHz，所述介质基板（17-1）采用FR4材质，所述介质基板（17-1）的厚度为1.5~3mm。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：所述嵌入鼓风型防尘保护罩壳组合（3）包括散热流通底箱（20）、鼓风机（21）、稳固支撑柱（22）、防护桶体（23）和防护盖（24），所述散热流通底箱（20）设于馈电隔离防护盒（14）的下方，所述旋转电机（15）设于散热流通底箱（20）内，所述散热流通底箱（20）的侧壁上贯穿均布设有倾角散热槽（20-1），所述散热流通底箱（20）的一侧壁内嵌入对称设有通气管（20-2），所述鼓风机（21）设于散热流通底箱（20）的外侧壁上，所述鼓风机（21）与通气管（20-2）连通，所述散热流通底箱（20）的顶部贯穿对称设有通气顶槽（20-3），所述稳固支撑柱（22）设于散热流通底箱（20）的上部，所述稳固支撑柱（22）设于通气顶槽（20-3）的外侧，所述稳固支撑柱（22）与馈电隔离防护盒（14）触接，所述通气顶槽（20-3）与弧形通风槽（14-1）的位置对应设置，所述防护桶体（23）设于散热流通底箱（20）的上部，所述防护桶体（23）设于小型化轻重量柔性易拆卸全向天线单元（1）和旋转调节型功分器馈电组（2）的外侧，所述防护桶体（23）的侧壁下部贯穿对称设有电缆滑槽（23-1），所述防护桶体（23）的侧壁中下部贯穿均布设有通气孔（23-2），所述通气孔（23-2）分别设于电缆滑槽（23-1）之间，所述电缆滑槽（23-1）分别设于调节支撑架（7）的外侧，所述防护桶体（23）的上部贯穿侧壁对称设有定位插槽（23-3），所述定位插槽（23-3）内设有定位挡板（23-4），所述定位挡板（23-4）的高度小于定位插槽（23-3）的深度，所述防护盖（24）活动设于防护桶体（23）上，所述防护盖（24）的内部设有定位台阶（24-1），所述定位台阶（24-1）的半径与防护桶体（23）的外半径相等，所述定位台阶（24-1）上对称设有定位卡板（24-2），所述定位卡板（24-2）的端部设有定位卡勾（24-3），所述定位卡板（24-2）的厚度等于定位挡板（23-4）到定位插槽（23-3）内壁的距离。
5.根据权利要求4所述的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：所述抗震抗压安装底座（4）包括安装座板（25）、安装支脚（26）、活动支撑柱（27）、固定支撑柱（28）和高压弹簧（29），所述安装座板（25）设于散热流通底箱（20）的下方，所述固定支撑柱（28）均布设于安装座板（25）的上部，所述安装支脚（26）分别对称均布设于安装座板（25）的两侧，所述安装支脚（26）分别设于倾角散热槽（20-1）的侧面，所述活动支撑柱（27）分别活动设于固定支撑柱（28）内，所述活动支撑柱（27）均布设于散热流通底箱（20）的下部，所述高压弹簧（29）套接设于固定支撑柱（28）的外侧，所述高压弹簧（29）连接安装座板（25）和散热流通底箱（20）。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下无线电波全向接收天线，其特征在于：所述调节支撑架（7）、易拆卸调节杆（8）、防护桶体（23）和防护盖（24）为ABS塑料材质。
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