一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线制造技术

本发明专利技术涉及一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，其主要技术特点是：包括主控电路、电调谐适配电路、天馈系统电路；主控电路由单片机芯片及晶振模块连接构成，该单片机芯片产生不同频率的PWM信号并输出至电调谐适配电路的输入端；电调谐适配电路由检波电路、运算放大器电路连接构成并输出两路不同PWM信号至天馈系统电路；天馈系统电路包括依次连接的管道感应天线、输入匹配电容、π型滤波器、第一级压控选频电路、第二级压控选频电路；管道感应天线由管道地波感应振子和同轴电缆馈线组成。本发明专利技术设计合理，能够有效收集金属管道上或者PVC管道内的液体介质所感应的无线电信号，大幅度提高NB‑IOT物联网设备信息传输成功率和稳定性。

A kind of all band narrowband IOT electrically tunable pipeline induction antenna

【技术实现步骤摘要】
一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线
本专利技术属于窄带物联网
，尤其是一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线。
技术介绍
在网络传输技术迅猛发展的今天，NB-IOT(基于蜂窝的窄带物联网)技术以其高连通性、高穿透力的特性很快在物联网水表、物联网燃气表等应用领域发展成为技术主流产品。但是在实际应用过程中，由于传输环境的复杂、信号遮挡严重以及外界干扰的影响、基站部署的覆盖连续性问题，使NB-IOT信号不可避免的存在信号盲区和信号弱区，严重影响到NB-IOT设备的信息传输可靠性和稳定性。目前，用于物联网水表、物联网燃气表的已知天线主要采用螺旋天线和PCB天线，上述天线技术固定设计为50欧姆阻抗的固定式天线，其受周围阻挡物特别是金属物品影响严重，驻波比随围环境变化而变化这样严重影响天线的通讯效果；同时上述天线主要采用感应空中信号的方式收集无线电信号，空中信号弱的时候感应值无法达到信息收发所需的最小值，使无线电通讯及其不可靠，导致NB-IOT信号收发失败。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，其利用金属管道或者PVC管道内的液体介质感应NB-IOT无线电信号，从根本上解决了复杂环境下的安装于管道上的无线电信号感应问题，有效提高了NB-IOT的传输可靠性和稳定性。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，包括主控电路、电调谐适配电路、天馈系统电路；所述主控电路由单片机芯片及晶振模块连接构成，该单片机芯片产生不同频率的PWM信号并输出至电调谐适配电路的输入端；所述电调谐适配电路由检波电路、运算放大器电路连接构成，该检波电路对PWM信号进行检波并将该频率下的检波电压输出至运算放大器电路，该运算放大器电路对检波电压进行放大及分压处理后分别输出两路不同PWM信号至天馈系统电路；所述天馈系统电路包括依次连接的管道感应天线、输入匹配电容、π型滤波器、第一级压控选频电路、第二级压控选频电路，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路分别与电调谐适配电路输出的两路不同PWM信号相连接，管道感应天线通过π型滤波器与第一压控选频电路相连接，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路之间通过匹配电容相连接，第二级压控选频电路还与NB-IOT模组及带外高频滤波电路相连接；所述管道感应天线由管道地波感应振子和同轴电缆馈线组成，管道地波感应振子包括垂直设置的天线阵子和振子接地端，振子接地端底部与安装在管道上的NB-IOT终端相连接，所述同轴电缆馈线安装在振子接地端。进一步，所述电调谐适配电路的具体构成及连接关系为：所述检波电路由电容C42、电容C43、电容C44、电阻R22、电阻R23、二极管D05和二极管D06组成，电阻R23、电容C43、电容C44一端与电调谐适配电路的输入端相连接，电容C43的另一端与电阻R22、电容C42、二极管D06正极、二极管D05负极相连接，二极管D06负极、二极管D05正极、电阻R22、电容C42、电阻R23、电容C44另一端共同接地；所述运算放大器电路由电压调节电路和分压电路构成，检波电路的输出端与由运算放大器及其电压跟随电路构成的电压调节电路相连接，检波电压输入到运算放大器的输入端上，该运算放大器的电压跟随电路对检波电压进行整形和滤波后，输出第二路PWM信号并连接到天馈系统电路的压敏电容器VOC2上；该运算放大器产生的一级输出信号经分压电路输出第一路PWM并连接到天馈系统电路的压敏电容器VOC1上。进一步，所述天馈系统电路的具体构成及连接关系为：所述π型滤波器由电感L05、电容C20、电容C21连接构成，所述第一级压控选频电路由电感L04及压敏电容VC02连接构成，所述第二级压控选频电路由电感L02、电感L03和压敏电容VC01组成；管道感应天线通过输入匹配电容C22连接电感L05、电容C21的一端，电容C21另一端与电容C20的一端接地，电感L05的另一端与电容C20的另一端及电感L04及压敏电容VC02的一端相连接，电感L04及压敏电容VC02另一端通过匹配电容C15与电感L02、电感L03和压敏电容VC01一端相连接，电感L02的另一端连接NB-IOT模组，电感L03的另一端连接电容C16、电容C17、电容C18并联组成带外高频滤波电路。进一步，所述振子接地端上制有螺纹孔，并通过螺栓与管道上的NB-IOT终端安装在一起。进一步，所述天线阵子和振子接地端相互垂直并由钢材料一体制成。进一步，所述管道为金属管道或PVC管道，所述管道内的介质为液体介质。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术安装在窄带物联网NB-IOT物联网水表、物联网燃气表等管道仪表上，利用连接于外接金属管道或PVC管道内的液体介质进行无线电信号的感应和采集，即使在地下室或天线周围全部被阻挡的情况下，也可以通过管道感应到无线电信号，并且能够感应到管道远端的无线电信号，从而实现NB-IOT模组与运营商基站无线电传输功能，有效解决了NB-IOT物联网水表、物联网燃气表在实际使用中面临的信号盲区、弱信号区的无线电传输能力问题。本专利技术经实际的安装测试，可以有效地感应到复杂和多阻挡环境下的无线电信号，实际测试灵敏度高于普通螺旋天线和PCB天线20DBM以上，特别适合于安装于管道上的设备的无线电传输。2、本专利技术通过感应金属管道或管道内的液体介质进行信号采集，由于有实际物体的感应，本身信号就优越于空中微弱的无线电信号，并且不受周围阻挡物的影响。3、本专利技术采用压敏电容进行自适应调节输入阻抗配合独特的钢片天线设计方式，天线驻波比在同环境下实现自适应跟随调节，极大程度上适应不同环境下的使用。4、本专利技术采用天线阻抗自适应技术，电调谐的方式使不同长度的管道达到50欧姆匹配阻抗，其性能明显优于螺旋天线和PCB天线对周围阻挡物和感应物对天线驻波比的影响。5、本专利技术设计合理，能够有效收集金属管道上或者PVC管道内的液体介质所感应的无线电信号，避开复杂和多阻挡环境下的无线电信号传输减弱的弱点，大幅度提高NB-IOT物联网设备信息传输成功率。而且，不受设备周围环境和阻挡物的影响，可以通过电调谐适配电路自适应环境改变后的天馈系统参数使信息的接收和发射稳定可靠。同时，将其安装在管道物联网设备上，不受管道长度及口径的限制进行自我天馈系统的自适应调节，具有性能稳定、成功率高等特点，可广泛用于用于水表、气表、热表、消防管道监控等应用领域。附图说明图1是本专利技术的功能结构图；图2是本专利技术的主控电路原理图；图3是本专利技术的电调谐适配电路原理图；图4是本专利技术的天馈系统电路原理图；图5是本专利技术的管道感应天线结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施做进一步详述。一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，如图1所示，包括依次连接的主控电路、电调谐适配电路、天馈系统电路以及管道感应天线。如图2所示，所述主控电路是由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，其特征在于：包括主控电路、电调谐适配电路、天馈系统电路；所述主控电路由单片机芯片及晶振模块连接构成，该单片机芯片产生不同频率的PWM信号并输出至电调谐适配电路的输入端；所述电调谐适配电路由检波电路、运算放大器电路连接构成，该检波电路对PWM信号进行检波并将该频率下的检波电压输出至运算放大器电路，该运算放大器电路对检波电压进行放大及分压处理后分别输出两路不同PWM信号至天馈系统电路；所述天馈系统电路包括依次连接的管道感应天线、输入匹配电容、π型滤波器、第一级压控选频电路、第二级压控选频电路，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路分别与电调谐适配电路输出的两路不同PWM信号相连接，管道感应天线通过π型滤波器与第一压控选频电路相连接，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路之间通过匹配电容相连接，第二级压控选频电路还与NB-IOT模组及带外高频滤波电路相连接；所述管道感应天线由管道地波感应振子和同轴电缆馈线组成，管道地波感应振子包括垂直设置的天线阵子和振子接地端，振子接地端底部与安装在管道上的NB-IOT终端相连接，所述同轴电缆馈线安装在振子接地端。/n...

【技术特征摘要】
1.一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，其特征在于：包括主控电路、电调谐适配电路、天馈系统电路；所述主控电路由单片机芯片及晶振模块连接构成，该单片机芯片产生不同频率的PWM信号并输出至电调谐适配电路的输入端；所述电调谐适配电路由检波电路、运算放大器电路连接构成，该检波电路对PWM信号进行检波并将该频率下的检波电压输出至运算放大器电路，该运算放大器电路对检波电压进行放大及分压处理后分别输出两路不同PWM信号至天馈系统电路；所述天馈系统电路包括依次连接的管道感应天线、输入匹配电容、π型滤波器、第一级压控选频电路、第二级压控选频电路，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路分别与电调谐适配电路输出的两路不同PWM信号相连接，管道感应天线通过π型滤波器与第一压控选频电路相连接，第一级压控选频电路、第二级压控选频电路之间通过匹配电容相连接，第二级压控选频电路还与NB-IOT模组及带外高频滤波电路相连接；所述管道感应天线由管道地波感应振子和同轴电缆馈线组成，管道地波感应振子包括垂直设置的天线阵子和振子接地端，振子接地端底部与安装在管道上的NB-IOT终端相连接，所述同轴电缆馈线安装在振子接地端。


2.根据权利要求1所述的一种全频段窄带物联网电调谐管道感应天线，其特征在于：所述电调谐适配电路的具体构成及连接关系为：所述检波电路由电容C42、电容C43、电容C44、电阻R22、电阻R23、二极管D05和二极管D06组成，电阻R23、电容C43、电容C44一端与电调谐适配电路的输入端相连接，电容C43的另一端与电阻R22、电容C42、二极管D06正极、二极管D05负极相连接，二极管D06负极、二极管D05正极、电阻R22、电容C42、电阻R23、电容C44另一端共同接地；所述运算放大器电路由电压调节电路和分压电路构成，检波电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春，
申请(专利权)人：辽宁地质工程职业学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21