一种应用于超声水表的外接双频单极子天线制造技术

本发明专利技术涉及NB

【技术实现步骤摘要】
一种应用于超声水表的外接双频单极子天线


[0001]本专利技术涉及NB
‑
IoT无线通信及超声水表
，尤其涉及一种应用于超声水表的外接双频单极子天线。

技术介绍

[0002]随着时代的进步，超声水表已在逐渐替代传统机械水表。而超声水表的数据传输方式多以NB
‑
IoT通信技术为主，但NB
‑
IoT通信技术的信号穿透能力差且易受环境干扰，尤其当超声水表装于井下这种无信号环境时，超声水表无法准时传出数据。为此本专利技术设计出一种外接双频单极子天线，以实现信号的传递。内部采用耦合或者直连的方式与井下超声水表进行连接，外部采用双频天线设计，在提升了通信范围的同时，独特的形状设计也大大提升了通信的效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有超声水表天线技术中存在的不足，提出了一种应用于超声水表的外接双频单极子天线。该天线主体采用双频设计，以实现良好的通信性能，与超声水表的连接可根据应用场景选用耦合器连接或直连两种方式，耦合器连接主要针对防尘防潮要求比较高的井下场景，而直接连接主要适用于对防尘防潮要求不高但对信号强度要求较高的井下应用场景。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种应用于超声水表的外接双频单极子天线，其特征在于，包括耦合器 、连接线、外接双频天线、外接双频天线结构外壳4部分，可采用耦合器或者直连的方式与超声水表进行连接，其中：
[0006]耦合器可拆卸，包括耦合线圈和耦合器结构外壳，耦合线圈材质为铜，宽度4mm，耦合线圈紧贴耦合器结构外壳底部，耦合器结构外壳为圆环形，使用时紧扣于超声水表外壳上端，外壳包裹整个耦合线圈，圆环形外径与超声水表圆形外壳半径一致，采用卡扣的方式与超声水表连接到一起；连接线，连接线为可拆卸同轴线，以螺母连接的方式与耦合器和外接天线连为一体；
[0007]同轴连接线为可拆卸同轴线，以螺母连接的方式与耦合器和外接天线连为一体；
[0008]外接双频天线，天线主体材质为铜，采用单极子双频设计，天线整体包含传输线、双频天线臂、FR4介质板、参考地、馈电端口；传输线、双频天线臂、参考地、馈电端口材质均为铜；
[0009]外接双频天线结构外壳，形状为球冠形，采用铆钉或者螺母与井盖连为一体。
[0010]进一步的，所述耦合器中耦合线圈紧贴耦合器结构外壳底部，耦合器结构外壳紧扣于表壳上端，以实现绝佳的耦合效果，耦合器结构外壳与超声水表上壳的连接方式除卡扣外还可采用粘贴或者一体化注塑（二者同一材质）的方式，禁止采用磁吸的方式进行连接（影响耦合性能）。
[0011]进一步的，所述超声水表的内部天线要设计为半圆形或其他紧贴硬件电路板边缘分布的形状，以实现良好的耦合效果，内部天线与硬件电路板的连接方式为板载式或接插式两种。
[0012]进一步的，所述同轴连接线末端耦合器可拆卸，当与水表直连时需拆除耦合器并采用螺母的方式与水表连接，但要求超声水表留有外部天线接口。
[0013]进一步的，所述连接方式为耦合连接时同轴线只用来连接耦合线圈和外接双频天线，参考地不起作用；当采用直连的方式进行连接时参考地要与硬件电路板内部参考地连为一体，此时天线本质为倒“F”式设计。
[0014]进一步的，外接双频天线结构外壳形状除可设计为球冠形外，还可设计为梯台或者圆台的形状，以保证结构外壳拥有良好的应力，防止路面踩踏和车辆碾压。
[0015]进一步的，所述天线主要应用于安装在井下无信号区域的超声水表，因此外接天线结构外壳底面至少要预留有4个孔洞用于外部连接，连接方式包括螺母或者铆钉两种。
[0016]进一步的，所述外接双频天线的天线臂长度介于1/4介质层波长与1/4自由空间波长之间，不同频段下波长计算公式为：
[0017]ɛ = c/f
n
*e
n1/2
[0018]ɛ
n
、f
n
、e
n
中的n=1，2，光速c近似为3*108m/s，自由空间介电常数e1为1，FR
‑
4材质介质层介电常数e2为4.4，对于B5、B8通信频段，中心频率f1定为0.91GHz（确定右侧天线臂长度），而对于B3通信频段，中心频率定位1.8 GHz（确定左侧天线臂长度），经计算可知右侧天线臂长度范围为40mm
‑
83mm，左侧天线臂长度范围为20mm
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41mm。
[0019]专利技术有益效果：
[0020]本专利技术主要应用于超声水表领域，根据应用场景的不同设计了两种连接方式，外接天线采用双频设计，通信频段覆盖国内通用的B3、B5、B8，实测具有良好的通信效率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术外接双频单极子天线安装应用示意图。
[0022]图2为本专利技术外接双频单极子天线整体示意图。
[0023]图3为本专利技术耦合器与表端连接示意图。
[0024]图4为本专利技术外接双频单极子天线主体示意图。
[0025]图5为本专利技术耦合器与表端连接主视与左视图。
[0026]图6为本专利技术外接天线S11回波损耗仿真结果图。
[0027]图7为本专利技术外接天线3D仿真方向。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。
[0029]实施例一：
[0030]一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线设计，通过耦合连接的方式与超声水表连接，包括以下步骤：
[0031]步骤一，计算设计参数：
[0032]外接双频天线结构设计如图1右侧俯视图和图2所示，包括传输线，外接双频天线臂，FR4介质板，参考地，馈电端口5部分。本天线设计主要应用于超声水表NB
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IoT通信，通信频段为国内通用B3、B5、B8频段，因此双频的中心频率f1和f2分别定为0.91GHz和1.8GHz，设计带宽要求覆盖B3、B5、B8所有上下行通信频段。
[0033]FR
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4介质板，介电常数为4.4，厚度定为1.6mm，长L和宽W参数分别为100mm和60mm；传输线长度l为55mm，宽度w1为5mm，双频天线臂左侧天线臂长度l1为26mm，宽度w2为24mm（增大带宽）；右侧天线臂宽度w3为2mm，总长度l2为80mm，为提升天线的方向性，右侧天线臂分别在 30mm处和60mm处向右弯折了90度，外接双频天线臂长度的计算公式如下：
[0034]ɛ
n = c/f
n
*e
n1/2
[0035]ɛ
n、fn、en中的n=1，2，光速c近似为3*108m/s，自由空间介电常数e1为1，FR
‑
4材质介质层介电常数e2为4.4，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于超声水表的外接双频单极子天线，其特征在于，包括耦合器 、同轴连接线、外接双频天线、外接双频天线结构外壳，通过耦合器或者直连的方式与超声水表进行连接，其中：耦合器可拆卸，包括耦合线圈和耦合器结构外壳，耦合线圈材质为铜，宽度4mm，耦合线圈紧贴耦合器结构外壳底部，耦合器结构外壳为圆环形，使用时紧扣于超声水表外壳上端，外壳包裹整个耦合线圈，圆环形外径与超声水表圆形外壳半径一致，采用卡扣的方式与超声水表连接到一起；同轴连接线为可拆卸同轴线，以螺母连接的方式与耦合器和外接天线连为一体；外接双频天线，天线主体材质为铜，采用单极子双频设计，天线整体包含传输线、双频天线臂、FR4介质板、参考地、馈电端口；传输线、双频天线臂、参考地、馈电端口材质均为铜；外接双频天线结构外壳，形状为球冠形，采用铆钉或者螺母与井盖连为一体。2.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的外接双频单极子天线，其特征在于，所述耦合器结构外壳与超声水表的外壳的连接方式包括卡扣、粘贴、一体化注塑。3.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的外接双频单极子天线，其特征在于，所述同轴连接线末端耦合器可拆卸，同轴连接线与超声水表的连接方式包括：直连、耦合连接，当与超声水表直连时需拆除耦合器并采用螺母的方式与水表连接，参考地与超声水表硬件电路板内部参考地连为一体，此时天线为倒“F”式设计，当耦合连接时同轴连接线只用来连接耦合线圈和外接双频天线，参考地不起作用；当采用直连的方式进行连接时参考地要与超...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨忠洋，刘福来，刘永广，张公森，赵磊，陈维广，范建华，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司青岛鼎信通讯电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：