CN209487714U - 一种微型柱状天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳包括柱状壳主体部和固定座部，所述柱状壳主体部与所述柱状辐射源匹配，保护柱状辐射源；所述固定座部内部设有柱状辐射源定位孔，天线孔的内壁与柱状辐射源之间的间隙为天线辐射间隙，天线辐射间隙小于λ/32，所述λ为柱状天线辐射的电磁波的波长；所述天线保护壳采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料制成。通过采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料来制作天线保护壳，可实现天线保护壳直接接触辐射源，最大程度的缩小柱状微波天线外露的结构尺寸，特别适合应用与照明领域的智能控制，防止由于微波天线引起的照明暗影问题。

Description

一种微型柱状天线

技术领域

本实用新型涉及微波天线领域，更具体地说涉及一种采用具有特定材料作为柱状天线保护外壳的微型化的柱状天线。

背景技术

微波天线主要包括平板天线和柱状天线等，其中平板天线的辐射源呈平板状，并平行于平板天线的参考地，柱状天线的辐射源呈柱状，并垂直地设置于柱状天线的参考地，当平板天线和柱状天线的辐射源被接入电磁波激励信号后，天线能够在辐射源处出向外辐射电磁波。不同类型的天线都有各自的优点，尤其是在一些特殊的应用中，柱状天线由于横截面积较小，长度较长，相对于平板天线的辐射源更具优势。例如在照明应用中，为了可以检测识别目标区域内人体活动的情况，需要增加感应模块，微波感应模块是比较好的选择。而微波天线是微波感应模块必不可少的部件。一般应用场景照明区域也就是灯具朝向的区域，同时也是微波感应模块需要监控的目标区域，为了保证检测的准确性和灵敏度，微波天线也必须安装在灯具照明的方向上；灯具的散热金属基板会影响天线发射和接收的电磁波信号，即对天线发射的电磁波产生屏蔽、衰减等，而使得天线难以正常工作；如果应用平板天线，由于其整体面积较大，突出安装在基板上必然会对照明影响，类似存在黑影等问题，为了保障灯具基础的照明效果，选择柱状天线，柱状天线的横截面积较小，柱状天线的辐射源以穿过灯具的散热金属基板方式被安装于灯具基板上，并在柱状天线的辐射源朝向的目标区域内检测所述目标区域内的物体的运动状态，通过接收到的电磁波的频率变化来确定出目标区域内的物体的运动状态等等，以在后续供灯具够根据所述目标区域内的物体的运动状态而调整灯光亮度。由于柱状天线的辐射源的横截面积较小，能够减小柱状天线的辐射源对灯具产生的灯光的遮挡。

但是虽然柱状天线的横截面积较小，但是其还是存在对灯光有一定遮挡，影响其照明效果。因此需要尽可能的将柱状天线的结构尺寸做小。图1是常见的柱状天线示意图，柱状天线一般包括电路基板101、采用导电材料制成且贴附在电路基板上的参考地102、垂直设置于电路基板的柱状辐射源103和由塑料制成的天线保护壳体104，所述柱状辐射源的底端设有馈电点105，所述柱状辐射源103与参考地之间设有天线辐射缝隙106，所述柱状辐射源与保护壳体之间设有天线辐射间隙108，所述电路基板的底部设有屏蔽罩107。当然如果不在柱状辐射源的外部增加保护壳体，直接裸露，则该柱状天线的传播效果最好，出于对柱状辐射源的保护和实际产品的美观性，必须要增加该保护壳体。在大自然中，电磁波信号在传输过程中都会存在传输损耗而使电磁波被衰减，传输距离越大，频率越高，损耗越大；且与在信号传输过程中介质关系最大，介质损耗由低到高排列分别为：真空、空气、高介电系数，超低损耗材料、工程塑料、普通材料、吸波材料；在实际应用中真空是不可能存在的，且柱状辐射源如果与空气直接接触会存在设计上的安全问题，其材料离柱状辐射源的天线辐射缝隙越近，损耗越大，介质的厚度越厚，损耗越大，因此普通保护壳体需要将的天线辐射缝隙周围留有足够的空间以确保微波能量的发射与接收，一般要求天线辐射缝隙需要不小于λ/32，因此无法将微波天线做得太细。这样必然带来微波天线整体体积变大的问题，与微波天线的小型化设计相矛盾。

由于灯具的散热金属基板会对柱状天线产生的电磁波造成影响，使得所述柱状天线产生的电磁波被反射、屏蔽或衰减，而影响柱状天线的性能。实际还是需要将微波天线的柱状辐射源加上加上保护壳后突出于灯具的散热金属基板，以减少电磁波被反射、屏蔽或衰减。由于发光的灯珠一般都设置在基板上，其突出设置在基板上，必然对灯珠发光造成影响。图2是常规微波天线引入暗影区域的分析示意图，在灯具的基板上设置有微波天线安装孔201、微波天线安装孔设置得与灯具灯泡或LED灯珠同一个方向，灯板203上设置有多个灯珠；距离微波天线最近的灯珠发光在沿着微波天线的位置必然由于受到微波天线的天线保护罩的遮挡，同时由于需要安装微波天线，其外壳越大，其所占的面积也就越大，在其区域附近将无法设置灯珠；形成暗影区。很显然微波天线越大越长，其产生的暗影区域就越大，对灯具实际照明的影响越大。如果可以将微波天线的直径缩小到尽可能小，则无法布置灯珠的面积也将大幅度缩小，则可以避免或减小出现暗影区域。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如果将柱状微波天线，特别是减小柱状辐射源的保护壳体的尺寸。

为了实现将柱状天线微形化，本实用新型重点从两个方向进行优化：一是选择高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料来替代现有的材料，改变现有设计中为了保证天线的性能，降低损耗，必须维持天线辐射间隙和天线辐射缝隙在一段距离范围内和不能够直接接触的问题；二是研究及试验证明辐射孔附近的外壳的介电损耗对其辐射效率的影响最大，辐射孔附近的外壳与柱状天线的最小距离为天线辐射缝隙，需要尽可能降低天线辐射缝隙周边外壳的厚度或将天线辐射缝隙周边进行镂空处理，仅通过部分加强筋进行连接。

为了解决以上技术问题本实用新型提供了一种微型柱状天线，包括电路基板、设置在电路基板上的参考地、垂直设置于参考地上的柱状辐射源和用于保护柱状辐射源的天线保护壳，其特征在于所述天线保护壳包括柱状壳主体部和固定座部，所述柱状壳主体部与所述柱状辐射源匹配，保护柱状辐射源；所述柱状壳主体部中设有与柱状辐射源匹配的天线孔；天线孔的内壁与柱状辐射源之间的间隙为天线辐射间隙，所述天线辐射间隙小于λ/32，所述λ为柱状天线辐射的电磁波的波长；所述天线保护壳采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料制成。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部的折角部做切角处理。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部的折角部局部镂空或局部抠薄。

所述的微型柱状天线，其特征在于为了降低天线辐射缝隙位置周边外壳的厚度和面积，所述柱状壳主体部与所述固定座部之间通过2个以上的肋条连接，所述柱状壳主体部与所述固定座部之间的镂空部位于辐射孔上方。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳的内壁与柱状辐射源直接接触。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳采用环烯烃共聚物COC、PPO聚苯醚或聚四氟乙烯材料制成。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部通过卡扣结构、嵌套结构、自锁结构或胶粘的方式实现与微波感应器的外壳连接。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述卡扣结构具体为所述固定座部上均匀设有2个以上的卡扣头，微波感应器主体的外壳上设有匹配的卡槽。

所述的微型柱状天线，其特征在于微波感应器主体的外壳上设有与所述固定座部匹配的安装孔，所述安装孔上沿着圆周设有环形凹槽或均匀分布有2个以上的独立凹槽，所述固定座部设有与环形凹槽或独立凹槽匹配的凸部，将所述固定座部的凸部嵌入环形凹槽或独立凹槽实现对天线保护壳的固定。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上设有与所述固定座部匹配的环形安装台阶，所述固定座部通过胶水与环形安装台阶固定连接；或者所述固定座部通过超声波与环形安装台阶熔接。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的胶柱孔，所述固定座部设有与胶柱孔匹配的胶柱，所述胶柱压入胶柱孔后，对胶柱头进行烫胶处理。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的安装孔，所述固定座部设有与安装孔匹配的安装柱，所述安装柱与所述安装孔过盈配合。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的卡槽，所述固定座部设有与卡槽匹配的卡扣，将卡扣压入卡槽实现连接。

所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳与微波感应器主体的外壳采用相同材料制成，所述天线保护壳与微波感应器主体的外壳一体成型制成。

实施本实用新型具有如下有益效果：通过采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料来制作天线保护壳，可实现天线保护壳直接接触辐射源，最大程度的缩小柱状微波天线外露的结构尺寸，特别适合应用与照明领域的智能控制，防止或减少由于微波天线引起的照明暗影问题。

附图说明

图1是常见的柱状天线示意图；

图2是常规微波天线引入暗影区域的分析示意图；

图3是自锁方式固定的微型柱状天线实施结构图；

图4是微型柱状天线对灯具照明效果的影响分析示意图；

图5是通过安装台胶接的微型柱状天线实施结构图；

图6是直接端面胶接的微型柱状天线实施结构图；

图7是外壳一体化微型柱状天线实施结构图；

图8是通过超声波胶接的微型柱状天线实施结构图；

图9是通过烫胶柱固定的微型柱状天线实施结构图；

图10是通过卡扣方式固定的微型柱状天线实施结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本专利针对在保证柱状天线性能的前提下，如何整体上降低柱状天线的结构尺寸，特别是如何降低柱状天线的横截面的大小，降低乃至消除在灯具照明应用中存在暗区的问题，提高灯具的发光效果。

柱状天线其辐射源的长度根据设计的电气原理维持与辐射的高频波的波长维持一定的比例，其基本上没有什么改进的空间，因此重点围绕着其大小进行优化。而其大小由有效辐射源和保护壳体大小来决定，而有效辐射源的大小也基本由其电气原理确定，因此其优化空间也不大，因此重点围绕着保护壳体大小来进行优化。

在大自然中，电磁波信号在传输过程中都会存在传输损耗而使电磁波被衰减，传输距离越大，频率越高，损耗越大；且与在信号传输过程中介质关系最大，介质损耗由低到高排列分别为：真空、空气、高介电系数，超低损耗材料、工程塑料、普通材料、吸波材料；在实际应用中真空是不可能存在的，天线如果与空气直接接触会存在设计上的安全问题，其它材料离天线的天线辐射缝隙越近，损耗越大，介质的厚度越厚，损耗越大，如图1普通外壳材料需要天线的天线辐射缝隙周围留有足够的空间以确保微波能量的发射与接收，已无法满足微波天线的小型化设计；一般要求天线辐射缝隙大于等于λ/32才能确保微波能量的损耗在可接受的范围内。

Top10sCOC材料、环稀烃共聚物COC和聚四氟乙烯在超高频及太赫兹波段比最常用的高密度聚乙烯具有更低的损耗，具有低介电常数，是良好的热塑性塑料。因此以上材料制作的保护壳体对超高频及太赫兹波段具有非常低的损耗，因此可近距离乃至直接接触辐射源时对辐射的电磁波的损耗都非常小。其中以基质材料为Top10sCOC制成的多孔超高频及太赫兹纤维的纤芯中引入亚波长直径的空气孔组成，通过调节纤芯中空气孔的结构参数，可以将模场限制在芯中的空气空洞中，减小超高频及太赫兹纤维材料吸收对超高频及太赫兹能量的转输影响；通常要做成高介电系数，超低损耗材料，需要添加很多陶瓷粉体，使得材料变成豆腐渣了，失去了塑性，但现在利用分子级改性，做成一种塑料型的高介电塑料PPO材料，此材料介电系数高，超低损耗，其损耗在万分之5内，利用此天线材料注塑成型，做成天线外壳来降低辐射损耗，提高辐射效率。因此本专利通过选择高介电系数，超低损耗的材料来替代目前常规的材料来制作微波天线的保护壳体，至少需要保证辐射源周边的外壳材料需要采用该特定的材料制成，这样保护外壳与辐射源之间的间隙，也就是天线辐射间隙和天线辐射缝隙都可以突破必须要大于λ/32的要求，甚至于可以直接接触，这样保护外壳可以做到最小。

柱状天线由于结构限制，其靠近天线辐射缝隙周边外壳，也就是辐射孔附近的外壳对天线的性能影响最大，最优的是该部位外壳完全避空，当考虑到实际连接的需要，优选在保证基本的连接强度前提下，通过均匀分布的几个加强筋实现状壳主体部和固定座部之间的连接，其余部分镂空；或者将该靠近天线辐射缝隙周边外壳做得尽可能薄。

以下是几种微型柱状天线的实施例：

图3是自锁方式固定的微型柱状天线实施结构图；柱状天线包括电路基板101、采用导电材料制成且贴附在电路基板上的参考地102、垂直设置于电路基板的柱状辐射源103和由采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料制成的天线保护壳体104，所述柱状辐射源的底端设有馈电点105，所述柱状辐射源103与参考地之间设有天线辐射缝隙106，所述柱状辐射源与保护壳体之间设有天线辐射间隙108，所述电路基板的底部设有屏蔽罩107。相比于图1的常规柱状天线，由于采用了新的材料，因此天线保护壳体104与柱状辐射源之间的间隙可以设置得非常小，还可以直接接触。突破普通材料需要至少维持在不小于λ/32的范围内。天线保护壳的整体直径比一般的柱状天线要小2*λ/32。图4是微型柱状天线对灯具照明效果的影响分析示意图；相比与图2的一般柱状天线，由于位于灯板上方的柱状天线，由于其整体直径缩小了非常多，因此位于柱状天线周边的灯珠发的光受柱状天线遮挡范围非常小，根据实际照明需求为例，每个灯珠的有效照射角度以120度为了，目前该柱状天线缩小到已足可满足柱状天线周边灯珠可保证其有效照射角度在120度，也就是解决了原有的存在暗影的问题。

由于高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料，如Top10sCOC材料或PPO材料，其价格较贵，因此如果整个微波感应器的外壳都采用该材料，如图7是外壳一体化微型柱状天线实施结构图；采用相同材料一体成型，这样带来的好处是整体结构简单，装配工艺简单，但整体材料成本较高。因此只适合部分应用场合。因此常规的做法是辐射范围内的部分材料采用该特定材料，而其它部分的壳体采用普通材料。具体为至少辐射孔以内到整个柱状辐射源外部的壳体部分都需要采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料制成。因此一般将微波感应器的壳体至少分为两部分，柱状天线保护壳部分单独设置，如图3所示，在微波感应器的主壳体上设有柱状天线保护壳固定孔，柱状天线保护壳固定孔的内孔端面上设有凸棱301，所述柱状天线保护壳在与柱状天线保护壳固定孔连的端面上设有凹槽302，安装时可将凸棱压入凹槽内，实现固定连接；如果所述柱状天线保护壳质地较硬，则可以将微波感应器的主壳体设置沿着柱状天线保护壳固定孔分为2部分，装配时将柱状天线的凹槽卡在微波感应器的主壳体的柱状天线保护壳固定孔之间，实现自锁固定。显然也可以将凸棱设置在所述柱状天线保护壳上，将凹槽设置在柱状天线保护壳固定孔的内孔端面上，可实现同样的固定连接关系。

柱状天线保护壳部与微波感应器的壳体还可以通过胶接的方式进行固定连接，如图5是通过安装台胶接的微型柱状天线实施结构图；图6是直接端面胶接的微型柱状天线实施结构图；可在端面上通过粘胶进行固定。直接端面可以是平齐端面601，也可以是如图5，在连接面上在柱状天线保护壳或微波感应器的主壳体的柱状天线保护壳固定孔上设有台阶状连接部501，通过粘胶实现连接。

还可以如图8的方式，采用最新的超声波胶粘的方式实现两部分的连接，具体为采用特定的工装，在两个部分的连接部施加超声波，两部分之间的连接部发生融合，实现胶粘，该方法实现的连接是不可逆的，如果要打开就要破坏整个壳体。

图9是通过烫胶柱固定的微型柱状天线实施结构图；微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的胶柱孔902，柱状天线保护壳的固定座部设有与胶柱孔匹配的胶柱901，胶柱压入胶柱孔后，对胶柱头进行烫胶处理。实现柱状天线保护壳的固定连接。

图10是通过卡扣方式固定的微型柱状天线实施结构图；微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的卡槽1002，所述固定座部设有与卡槽匹配的卡扣1001，将卡扣压入卡槽实现连接。

以上所揭露的仅为本实用新型一种实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (15)

1.一种微型柱状天线，包括电路基板、设置在电路基板上的参考地、垂直设置于参考地上的柱状辐射源和用于保护柱状辐射源的天线保护壳，其特征在于所述天线保护壳包括柱状壳主体部和固定座部，所述柱状壳主体部与所述柱状辐射源匹配，保护柱状辐射源；所述柱状壳主体部中设有与柱状辐射源匹配的天线孔；天线孔的内壁与柱状辐射源之间的间隙为天线辐射间隙，所述天线辐射间隙小于λ/32，所述λ为柱状天线辐射的电磁波的波长。

2.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳采用高频、超高频及太赫兹波段工作条件下低介电损耗材料制成。

3.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部的折角部做切角处理。

4.根据权利要求1或2所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部的折角部局部镂空或局部抠薄。

5.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于为了降低天线辐射缝隙周边外壳的厚度和面积，所述柱状壳主体部与所述固定座部之间通过2个以上的肋条连接，所述柱状壳主体部与所述固定座部之间的镂空部位于辐射孔上方。

6.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳的内壁与柱状辐射源直接接触。

7.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳采用环烯烃共聚物COC、PPO聚苯醚或聚四氟乙烯材料制成。

8.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述固定座部通过卡扣结构、嵌套结构、自锁结构或胶粘的方式实现与微波感应器的外壳连接。

9.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于所述卡扣结构具体为所述固定座部上均匀设有2个以上的卡扣头，微波感应器主体的外壳上设有匹配的卡槽。

10.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于微波感应器主体的外壳上设有与所述固定座部匹配的安装孔，所述安装孔上沿着圆周设有环形凹槽或均匀分布有2个以上的独立凹槽，所述固定座部设有与环形凹槽或独立凹槽匹配的凸部，将所述固定座部的凸部嵌入环形凹槽或独立凹槽实现对天线保护壳的固定。

11.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上设有与所述固定座部匹配的环形安装台阶，所述固定座部通过胶水与环形安装台阶固定连接；或者所述固定座部通过超声波与环形安装台阶熔接。

12.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的胶柱孔，所述固定座部设有与胶柱孔匹配的胶柱，所述胶柱压入胶柱孔后，对胶柱头进行烫胶处理。

13.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的安装孔，所述固定座部设有与安装孔匹配的安装柱，所述安装柱与所述安装孔过盈配合。

14.根据权利要求8所述的微型柱状天线，其特征在于所述微波感应器主体的外壳上均匀设有2个以上的卡槽，所述固定座部设有与卡槽匹配的卡扣，将卡扣压入卡槽实现连接。

15.根据权利要求1所述的微型柱状天线，其特征在于所述天线保护壳与微波感应器主体的外壳采用相同材料制成，所述天线保护壳与微波感应器主体的外壳一体成型制成。