CN207883892U - 一种接地多频宽带天线的计量仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种接地多频宽带天线的计量仪表，属于仪器仪表技术领域，解决天线导致计量仪表通讯效果差的问题，解决该问题的技术方案主要包括具有金属外壳的基表及连接在基表上的控制器，控制器内安装有电路板和天线，天线包括PCB板，PCB板包括安装部，固定件贯穿安装部将PCB板固定于控制器内，并将天线的接地端与金属外壳相连；本实用新型的优点：通过固定件将所述天线的接地端与金属外壳相连，能使天线辐射的一部分转移到金属壳体上，通过金属壳体增加了天线的辐射效率，同时增强了天线的抗干扰能力，使得辐射能力大大加强，天线性能得以大幅度提升，使天线在极限环境下可以正常通信，传输数据。

Description

一种接地多频宽带天线的计量仪表

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表技术领域，具体涉及一种接地多频宽带天线的计量仪表。

背景技术

物联网远程抄表，重点在于数据的远程传输，信号传输是一个重点。信号的发射和接收主要靠射频模块和天线，射频模块作为一个标准件，差异不大，但是天线的设计很大程度上依赖所安装的平台，另外天线对周边器件及环境很敏感，所以天线都是定制，且要参考结构和硬件，差异很大。天线设计的好坏关系着数据是否可以成功传输。天线属于射频的最前端，它的性能很大程度上决定了产品的性能。

目前的燃气表均有一个大的钢或铝的金属计量壳体。特别是工业表，因为流量大，计量部分的金属壳体非常巨大。金属对电磁波有很强的衰减、反射、屏蔽作用，信号无法辐射出去，天线的效率特别差。金属外壳大幅度加大了天线的匹配难度，再加上一般气表都是装在结构复杂且偏僻的角落，外部环境的复杂，对通信要求极高。

在这种情况下，使用常规天线类型，无法保证通信质量。特别是工业表，常规的天线基本无法与基站建立连接通信，所以目前的工业表采用方式多是用同轴线将天线引出，做成外置天线，放置在远离金属壳体、信号好的地方，但是外置天线方案，结构外观会做出牺牲，而且表整体的IP防护会很差。

同时物联网的通信方式有很多种，比如LoRa、NB-IoT、GPRS等等，选用不同的通信模式，信号调制方式有差异，工作频段和带宽也有差异。不同通讯模式频段很多，同一种通讯方式，也要做到多频点兼容，当用LoRa传输方式，天线要做到兼容470/510M，用NB-IoT通信方式，天线要做到兼容850/900M。使用GPRS通信，天线要兼容900/1800M，每个频段的带宽要求也要至少20M。而且燃气表市场遍布全球，每个市场上的通信频点不一。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就是提供一种接地多频宽带天线的计量仪表，解决现有天线导致计量仪表通讯效果差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的:一种接地多频宽带天线的计量仪表，包括具有金属外壳的基表及连接在基表上的控制器，所述控制器内安装有电路板和天线，所述天线包括PCB板，所述PCB板包括安装部，固定件贯穿安装部将所述PCB板固定于控制器内，并将所述天线的接地端与金属外壳相连。

优选的，所述安装部为设置在PCB板上的接地通孔。

优选的，所述固定件为导电螺钉。

优选的，所述PCB板上具有天线宽带设计的蛇形微带线。

优选的，所述天线还包括谐振组合铜导，所述天线通过谐振组合铜导来兼容不同频段的谐振。

优选的，所述谐振组合铜导包括至少一根细铜导。

优选的，所述谐振组合铜导包括两根细铜导，且两根细铜导的长度不同。

优选的，所述谐振组合铜导上设有与电路板相连的cable线，通过cable线将电路板上的射频输出信号传输至谐振组合铜导上。

优选的，所述cable线上设有用于连接电路板射频输出信号的ipex卡扣。

综上所述，本实用新型的优点：1.通过固定件将所述天线的接地端与金属外壳相连，能使天线辐射的一部分转移到金属壳体上，通过模拟无限大地平面，并人为调试天线的辐射方向，将部分信号辐射放到金属壳体上，使天线和金属外壳一起构成完整的信号辐射，通过金属壳体增加了天线的辐射效率，同时增强了天线的抗干扰能力，金属外壳作为了辐射体的一部分之后，就不存在金属对辐射信号的屏蔽、吸收、干扰，反而因为金属外壳壳体大，使得辐射能力大大加强，天线性能得以大幅度提升，使天线在极限环境下可以正常通信，传输数据；

2.通过固定件贯穿安装部将PCB板固定于控制器内，从而实现了天线内置在控制器内，充分利用了控制器的内部空间，不需要在基板结构上做天线外置处理，组装方便，同时加强了基板的IP防护，从而大大提高了计量仪表整体的防水防尘等级；

3.将安装部设置成接地通孔，有利于固定件的快速安装固定，且加工方便，连接可靠；

4.将固定件设置成导电螺钉，能实现天线的接地端与金属外壳的连接的可靠性，且导电螺钉能保证PCB板的固定效果，避免PCB板的松动；

5.蛇形微带线的设置，实现了PCB板的宽带设计，减小了电路板和天线的匹配难度，节省了模块输出端的匹配，灵活性高，同时生产成本低，便于安装生产，兼容了各个频段，做到了多频段的宽频匹配，同时微带线PCB上在呈蛇形分布，还有助于PCB的分频处理，实现多频点谐振；

6.谐振组合铜导的设置，可以实现天线的多频工作，满足天线的不同通讯需求；

7.将谐振组合铜导设置成至少一条细铜导，细铜导占用面积小，成本低，满足性能需求的同时，能良好的控制物料成本，且可根据不同的应用环境来设置细铜导的数量，实用性能好；

8.将谐振组合铜导设置成两个长度不同的细铜导，能通过不同长度的细铜导，来分别满足不同的谐振频点，满足产品多频工作，不同的通信频点可以共用一款天线，使产品生产和生命周期维护成本大大降低；

9.cable线的设置，能实现电路板射频输出信号的可靠传输，且传输速率高，整体天线抗干扰能力强；

10.ipex卡扣的设置，能实现cable线快速的与电路板相连，安装拆卸方便。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型一种接地多频宽带天线的计量仪表的结构示意图；

图2为本实用新型天线的结构示意图。

附图标记：

1基表、2金属外壳、3控制器、4电路板、5天线、6 PCB板、7安装部、8固定件、9蛇形微带线、10谐振组合铜导、11细铜导、12 cable线、13 ipex卡扣

具体实施方式

如图1、图2所示，一种接地多频宽带天线的计量仪表，包括具有金属外壳2的基表1及连接在基表1上的控制器3，所述控制器3内安装有电路板4和天线5，所述天线5包括PCB板6，所述PCB板6包括安装部7，固定件8贯穿安装部7将所述PCB板6固定于控制器3内，通过固定件8贯穿安装部7将PCB板6固定于控制器3内，从而实现了天线5内置在控制器3内，充分利用了控制器3的内部空间，不需要在基板结构上做天线5外置处理，组装方便，同时加强了基板的IP防护，从而大大提高了计量仪表整体的防水防尘等级，并将所述天线5的接地端与金属外壳2相连，天线5的接地端与金属外壳2相连能使天线5辐射的一部分转移到金属壳体上，通过模拟无限大地平面，并人为调试天线5的辐射方向，将部分信号辐射放到金属壳体上，使天线5和金属外壳2一起构成完整的信号辐射，通过金属壳体增加了天线5的辐射效率，同时增强了天线5的抗干扰能力，金属外壳2作为了辐射体的一部分之后，就不存在金属对辐射信号的屏蔽、吸收、干扰，反而因为金属外壳2壳体大，使得辐射能力大大加强，天线5性能得以大幅度提升，使天线5在极限环境下可以正常通信，传输数据，从而使计量仪表具有通信效果佳，工作稳定，结构安装牢固方便，可生产性高，同时价格便宜的优点，保证了产品外形的完整性，同时兼顾了性能。

所述安装部7为设置在PCB板6上的接地通孔，有利于固定件8的快速安装固定，且加工方便，连接可靠，所述固定件8为导电螺钉，能实现天线5的接地端与金属外壳2的连接的可靠性，且导电螺钉能保证PCB板6的固定效果，避免PCB板6的松动。

另外，所述PCB板6上具有天线5宽带设计的蛇形微带线9，蛇形微带线9实现了PCB板6的宽带设计，减小了电路板4和天线5的匹配难度，节省了模块输出端的匹配，灵活性高，同时生产成本低，便于安装生产，兼容了各个频段，做到了多频段的宽频匹配，同时微带线9PCB上在呈蛇形分布，还有助于PCB的分频处理，实现多频点谐振。

所述天线5还包括谐振组合铜导10，所述天线5通过谐振组合铜导10来兼容不同频段的谐振，可以实现天线5的多频工作，满足天线5的不同通讯需求，所述谐振组合铜导10包括至少一根细铜导11，细铜导11占用面积小，成本低，满足性能需求的同时，能良好的控制物料成本，且可根据不同的应用环境来设置细铜导11的数量，实用性能好。

所述谐振组合铜导10包括两根细铜导11，且两根细铜导11的长度不同，能通过不同长度的细铜导11，来分别满足不同的谐振频点，满足产品多频工作，不同的通信频点可以共用一款天线5，使产品生产和生命周期维护成本大大降低，当细铜导11的数量大于2根时，其中两根的细铜导11可设置成长度相等，且与另外一根或多根细铜导11的长度设置成不相等。

所述谐振组合铜导10上设有与电路板4相连的cable线12，通过cable线12将电路板4上的射频输出信号传输至谐振组合铜导10上，能实现电路板4射频输出信号的可靠传输，且传输速率高，整体天线5抗干扰能力强，所述cable线12上设有用于连接电路板4射频输出信号的ipex卡扣13，能实现cable线12快速的与电路板4相连，安装拆卸方便。

天线的主要评估数据有如下：有源OTA数据包括总全向灵敏度TRP和总辐射功率TIS，无源数据最重要的就是天线效率；根据通信上的3GPP协议规定的天线的测试方案，测试结构如表一所示：

表一

由表一可知，相对于国家通信标准要求，本实用新型的天线的TRP相对于国标提高了4dB，TIS提高了6dB，同时因为金属可以作为了辐射的一部分，没有信号反射、系数和屏蔽，天线的辐射更均匀，更趋近于全向天线，同时增加3dB功率会变大一倍，增加6dB，通信距离会增大一倍。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。

Claims (9)

1.一种接地多频宽带天线的计量仪表，包括具有金属外壳的基表及连接在基表上的控制器，所述控制器内安装有电路板和天线，其特征在于：所述天线包括PCB板，所述PCB板包括安装部，固定件贯穿安装部将所述PCB板固定于控制器内，并将所述天线的接地端与金属外壳相连。

2.根据权利要求1所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述安装部为设置在PCB板上的接地通孔。

3.根据权利要求1所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述固定件为导电螺钉。

4.根据权利要求1所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述PCB板上具有天线宽带设计的蛇形微带线。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述天线还包括谐振组合铜导，所述天线通过谐振组合铜导来兼容不同频段的谐振。

6.根据权利要求5所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述谐振组合铜导包括至少一根细铜导。

7.根据权利要求6所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述谐振组合铜导包括两根细铜导，且两根细铜导的长度不同。

8.根据权利要求5所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述谐振组合铜导上设有与电路板相连的cable线，通过cable线将电路板上的射频输出信号传输至谐振组合铜导上。

9.根据权利要求8所述的一种接地多频宽带天线的计量仪表，其特征在于：所述cable线上设有用于连接电路板射频输出信号的ipex卡扣。