一种煤矿井下无线电波全向接收天线制造技术

本发明专利技术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，本发明专利技术整体结构简单、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。设备故障率较低。设备故障率较低。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下无线电波全向接收天线


[0001]本专利技术属于矿井无线通信天线
，具体是指一种煤矿井下无线电波全向接收天线。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。

技术实现思路

[0006]为解决上述现有难题，本专利技术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，本专利技术整体结构简单、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。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：本专利技术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。
[0008]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。
[0009]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S
11
为
‑
41.59dB，天线增益为6.84d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。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。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。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。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...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛德林，刘艳，王颂华，吴兆吉，韩亚鹏，
申请(专利权)人：中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：