一种通讯基站天线装置的制作方法

本发明属于基站天线设备技术领域，涉及一种通讯基站天线装置，基于loar(中文释义)无线组网，与通讯基站配合应用于电能表集抄领域。

背景技术：

在移动通信网工程设计中，应该根据网络的覆盖要求、话务量分布、抗干扰要求和网络服务质量等实际情况来合理的选择基站天线。由于天线类型的选择与地形、地物，以及话务量分布紧密相关，可以将天线使用环境大致分为五种类型：城区、密集城区、郊区、农村地区和交通干线：一是城区基站天线，城区基站宜选用水平半功率角为60度左右的中等增益的双极化天线，例如水平半功率角为65度的15dbi双极化天线；二是密集城区基站天线，密集城区基站选用电子式倾角的水平半功率角为60度左右的中等增益双极化天线较为合适；三是农村地区基站天线，cdma网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角较大的高增益单极化天线，例如水平半功率角为90度的17dbi单极化天线，gsm网络农村地区定向基站宜选用水平半功率角适配的高增益单极化天线，例如水平半功率角为90度或65度的17dbi单极化天线，全向基站则可以选用11dbi的全向天线；四是郊区基站天线，郊区的情况介于城区和农村之间，对于站距较大的基站，可以参照农村基站天线的选用原则，反之则参照城区基站天线的选用原则；五是交通干线基站天线，如果覆盖目标仅为高速公路或铁路等交通干线，可以考虑使用8字形天线。基站天线设置需要重点考虑下倾角、方向角、天线挂高、天线分集距离和隔离距离等参数。

中国专利201810001788.6公开的一种差分双频双极化双环基站天线，包括介质基板、金属地板、馈电金属贴片、四组辐射贴片组、第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线、第四同轴线；所述馈电金属贴片设置在介质基板的上表面；所述四组辐射贴片组设置在介质基板的下表面，并围绕该介质基板的中心均匀分布，且彼此之间呈镜像对称；每组辐射贴片组均由两个大小不一但形状相同的内、外辐射贴片组成，为内外嵌套式双环结构，且呈对角对称的两个内辐射贴片、两个外辐射贴片分别构成为一对偶极子贴片，即四组辐射贴片组共构成有四对偶极子贴片；所述金属地板设置在介质基板的下方，所述第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和第四同轴线彼此平行地设置在介质基板和金属地板之间，且所述第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和第四同轴线的内导体穿过介质基板与馈电金属贴片连接，其外导体分别与四组辐射贴片组的四个外辐射贴片一一对应相接，即一个外辐射贴片连接一个同轴线的外导体，所述第一同轴线、第二同轴线、第三同轴线和第四同轴线的底部穿过金属地板后外接sma头；中国专利201711394803.x公开的一种带气弹簧的多接头户外基站天线，包括底座和设置在底座上的发射锅，所述的发射锅中穿设并固定有波导管，波导管的端部固定有馈源，波导管内固定有集成电路板，其特征在于，所述的底座与发射锅之间设置有能够将发射锅安装在底座上的安装装置，所述的安装装置包括竖直设置在底座上的立柱和设置在立柱上的安装柱，所述安装柱的一端固定在发射锅上，安装柱的另一端开设有安装孔，所述的立柱穿设在所述安装孔中，立柱的下端通过轴承二固定在底座上，所述底座的中部开设有一安装槽，轴承二的外圈与安装槽紧配合，轴承二的内圈与立柱紧配合，所述的立柱与安装柱之间设置有能够带动安装柱上下升降且将其定位在立柱上的升降定位机构，所述的升降定位机构包括为气弹簧，所述的立柱上套设并固定有一安装板，气弹簧的下端固定在安装板上，气弹簧的上端竖直向上且与上述安装柱通过定位块固定连接；中国专利201721377421.1公开的一种双极化基站天线，包括天线固定架、天线放置盒、天线伸出口和双极化振子，所述天线固定架上方安装有夹头夹紧螺杆，所述夹头夹紧螺杆上方安装有锯齿夹头，所述天线放置盒上方设置有中部固定器，所述中部固定器上方安装有放置盒旋转头，所述放置盒旋转头上方安装有放置盒打开盖，所述放置盒打开盖上方连接有所述天线伸出口，所述天线伸出口下方安装有角度调节轴，所述天线放置盒内部安装有天线支撑脚，所述天线支撑脚上方连通有基站天线，所述基站天线上方安装有所述双极化振子，所述双极化振子下方安装有金属反射板；中国专利201721709287.0公开的一种双频双极化小基站天线，包括覆盖频段为698mhz-960mhz的低频辐射单元、覆盖频段为1710mhz-2700mhz的高频辐射单元、合路器，低频辐射单元和高频辐射单元皆采用印刷版振子，低频辐射单元和高频辐射单元前后并排放置，并通过合路器进行连接；中国专利201720879158.x公开的一种低增益低旁瓣微基站天线，包括地板上设置的n个排列组阵的交叉振子对，每个交叉振子对包括两个交叉放置的下垂宽带振子，两个下垂宽带振子分别印制在介质基板上，在介质基板与该下垂宽带振子相对的另一面设有微带线，在地板上设有两路印制馈电网络，分别对阵列两子阵进行馈电，在馈电网络设有威尔金森功分器，该威尔金森功分器通过各级功分支路对各阵元馈电，其中n为大于等2的自然数；中国专利201721599177.3公开的一种双频户外基站天线，包括避雷针、天线体、活动管、旋转架、主支撑架、天线安装夹码、太阳能电池板、cpu处理器、天线馈线，所述旋转架上方设置有所述活动管，所述活动管表面设置有所述太阳能电池板，所述活动管上方设置有所述天线体，所述天线体表面设置有所述太阳能电池板，所述太阳能电池板内侧设置有玻璃钢外罩，所述玻璃钢外罩内部设置有天线抱杆，所述天线抱杆旁边设置有所述天线安装夹码；中国专利201711337790.2公开的一种双馈双极化5ghz基站天线，包括天线罩、设置在天线罩内的pcb板、焊接在pcb板上的水平天线单元和垂直天线单元、金属板；水平天线单元沿水平方向焊接在pcb板上，垂直天线单元沿垂直方向焊接在pcb板上；水平天线单元包括2n个沿水平方向间隔的焊接在pcb板上的水平阵子，2n个水平阵子通过传输线与pcb板上的水平天线馈点相连；其中，n是大于3的自然数；垂直天线单元包括2n个沿垂直方向间隔的焊接在pcb板上的垂直阵子，2n个垂直阵子通过传输线与pcb板上的垂直天线馈点相连；其中，n是大于3的自然数；水平天线馈点和垂直天线馈点分别与同轴电缆的芯线相连；中国专利201611071291.9公开的一种双列大下倾角基站天线，包括两个单列天线阵列，单列天线阵列包括反射板、辐射单元、隔离板和隔离条和馈电网络，反射板关于中心线对称，若干辐射单元沿反射板的中心线等间距的设置，馈电网络设置在反射板的背面，隔离条设置在相邻的辐射单元之间，隔离板设置在隔离条的两侧，隔离板设置在反射板的内侧，隔离板相对于辐射单元对称设置；中国专利201721552655.5公开的一种基站天线，包括抱杆、铰链、板状天线、走线架、馈线卡、接地器、基站、室内超柔跳线、防雷保护器、馈线过线窗、主馈线、室外跳线、绝缘密封胶带、接头密封件、保护层、耐磨层、调节支架、天线本体、绝缘套和阻水层，板状天线的下方靠近右侧位置设置有绝缘密封胶带，室外跳线的一端连接有接头密封件，走线架的内部设置有天线本体，天线本体的内部设置有主馈线，馈线卡的一侧安装有接地器；中国专利201721249828.6公开的一种新型扩频宽带基站天线，包括反射板、天线辐射单元及耦合单元，所述天线辐射单元通过支撑柱固定在反射板的上方，所述耦合单元固定在天线辐射单元的上方，其特征在于，所述天线辐射单元包括第一辐射臂、第二辐射臂、第三辐射臂、第四辐射臂、介质基板及馈线结构，所述馈线结构包括第一及第二馈线，所述第一辐射臂、第四辐射臂及第一馈线印制在介质基板的上表面，所述第二辐射臂、第三辐射臂及第二馈线印制在介质基板的下表面，所述第一及第三辐射臂构成+45度极化振子，由第一馈线馈电，所述第二及第四辐射臂构成-45度极化振子，由第二馈线馈电；所述耦合单元由三个圆形金属片构成，三个圆形金属片纵向排列；所述第一、第二、第三及第四辐射臂的结构相同，均包括印制在介质基板的菱形贴片及半圆形贴片，所述菱形贴片开有u型缝隙，所述半圆形贴片加载在菱形贴片的一个角上；上述专利产品和现有技术中的基站天线中采用无流量的无线通讯技术的，比如zigbee、wifi和蓝牙等无线技术，存在功耗大，通讯距离近，穿透性差，组网需要大量的网络中继点以及网络容量小的缺陷；采用2g/3g/4g移动通信技术的，2g的gsm网络正在面临退市，3g/4g网络虽然可以有大量的移动通信基站支持，但是模块的费用非常昂贵，并且需要开通移动专线，支付流量费用。因此，急需研发设计一种具有功率低、通讯距离远和网络容量大的通讯基站天线装置，以实现良好的社会价值和经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计一种通讯基站天线装置，在5-10公里的范围内接入上万个无线节点，效率高于传统的点对点轮询的通讯模式，大幅降低节点通讯功耗。

为了实现上述目的，本发明涉及的通讯基站天线装置的主体结构包括dc-dc电路、rs485电路、ldo电路、loar模块电路、mcu主控电路、uart、spi和天线；dc-dc电路和rs485电路并联设置，ldo电路串联在dc-dc电路与rs485电路之间，dc-dc电路分别与loar模块电路和mcu主控电路串联，rs485电路通过uart与mcu主控电路串联，loar模块电路通过spi与mcu主控电路连接，loar模块电路与外置的天线串联，dc-dc电路、rs485电路、ldo电路、loar模块电路、mcu主控电路、uart和spi集成设置在印制电路板上，dc-dc电路与loar模块电路和mcu主控电路之间的电压均为3.3v，rs485电路与ldo电路之间的电压为5v。

本发明涉及的dc-dc电路的电路结构包括一号滤波器、限流电阻、降压芯片、电感储能、一号分压电阻和续流二极管；并行设置的一号滤波器和限流电阻分别与降压芯片连接，降压芯片分别与电感储能和一号分压电阻连接，一号分压电阻与电感储能的输出端连接，降压芯片与电感储能之间设置有续流二极管；一号滤波器和限流电阻的输入电压均为12v，续流二极管的输出电压为3.3v。

本发明涉及的rs485电路的电路结构包括一号电平转换器、二号电平转换器、二号分压电阻、rs485芯片、一号上拉电阻、二号上拉电阻、一号下拉电阻、二号滤波器和tvs管；并行设置的一号电平转换器、二号电平转换器和二号分压电阻分别与rs485芯片连接，二号分压电阻与rs485芯片之间设置有一号上拉电阻，rs485芯片分别与二号上拉电阻和一号下拉电阻连接，rs485芯片与二号上拉电阻之间设置有二号滤波器，二号上拉电阻与一号下拉电阻之间设置有tvs管；rs485芯片和二号滤波器的输入电压均为5v。

本发明涉及的ldo电路的电路结构包括三号滤波器、ldo降压芯片和四号滤波器；三号滤波器与ldo降压芯片连接，ldo降压芯片与四号滤波器连接；三号滤波器的输入电压为12v，四号滤波器的输出电压为5v。

本发明涉及的loar模块电路的电路结构包括五号滤波器、lora芯片、π型滤波器和二号上拉电阻；五号滤波器与lora芯片连接，lora芯片分别与π型滤波器和二号上拉电阻连接；五号滤波器和lora芯片的输入电压均为3.3v。

本发明涉及的loar模块电路的参数包括：工作电压为2.4-3.6v，工作温度为-40-85℃，工作湿度为10-90％，工作频率为401-510mhz，发射状态的功耗≤100ma，接收状态的功耗≤14ma，睡眠状态的功耗≤2ua，最大发射功率为19±1dbm，调制方式为lora\2-fsk\gfsk\ook，ook调制方式下的通信速率为1.2-32.768kbps，lora调制方式下的通信速率为0.2-37.5kbps，通信速率可编程自定义，在低速率下使用lora调制方式，通讯协议为spi。

本发明涉及的mcu主控电路的电路结构包括六号滤波器、mcu芯片、mcu复位电路、晶体振荡器、仿真器、loar复位电路和三号上拉电阻；六号滤波器与mcu芯片连接，mcu芯片分别与mcu复位电路、晶体振荡器、仿真器和loar复位电路连接，mcu芯片与loar复位电路之间设置有三号上拉电阻；六号滤波器和mcu芯片的输入电压均为3.3v。

本发明涉及的uart的原理是串并转换和并串转换；spi支持双全工。

本发明涉及的天线的电性能参数包括：频段范围为470-510mhz，增益为5dbi，带宽为40mhz，驻波比≤2.0，水平功率角度为360°，垂直功率角度为7°，极化方式为垂直，最大功率为100w，输入阻抗为50ω，接头形式为n公头；天线的机械性能参数包括：规格为500x∮20mm，净重为0.3kg，外罩材料为玻璃钢，适应温度为-40-+60℃，抗风能力为60m/s，振子材料为铜，雷电保护方式为直流接地，安装类型为螺旋安装。

本发明涉及的通讯基站天线装置使用时，与通讯基站配合在电能表的集抄领域，对基站下组网的电能表进行数据抄收，通讯频段为免费使用的470-510mhz，具有超低功耗，超远距离，高穿透性和成本低的性能。

本发明与现有技术相比，通过loar无线通讯技术对整栋楼层的电能表进行组网，接入通讯基站，进而连接到主站服务器，实现大范围的电能表数据集抄功能，不再需要接入移动网络(2g/3g/4g)，不再需要流量付费，采用提高接收机灵敏度的loar无线通讯技术，拥有超强的链路预算，不需要很高的发射功率，接收机采用直接序列扩频技术的高扩频因子，获得较高的信号增益，与fsk的信噪比需要8db相比，loar的信噪比需要-20db，解决了现有技术中无线模块通讯距离近，穿透性差和功耗高的问题；其具有低功率，远距离通讯和网络容量大的优势，在5到10公里的范围内接入上万个无线节点，效率远高于传统的点对点轮询的通讯模式，同时能够大幅降低节点通讯功耗。

附图说明：

图1为本发明的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的dc-dc电路的电路结构原理示意图。

图3为本发明涉及的rs485电路的电路结构原理示意图。

图4为本发明涉及的ldo电路的电路结构原理示意图。

图5为本发明涉及的loar模块电路的电路结构原理示意图。

图6为本发明涉及的mcu主控电路的电路结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步描述。

实施例：

本实施例涉及的通讯基站天线装置的主体结构包括dc-dc电路1、rs485电路2、ldo电路3、loar模块电路4、mcu主控电路5、uart6、spi7和天线8；dc-dc电路1和rs485电路2并联设置，ldo电路3串联在dc-dc电路1与rs485电路2之间，dc-dc电路1分别与loar模块电路4和mcu主控电路5串联，rs485电路2通过uart(通用异步收发传输器)6与mcu主控电路5串联，loar模块电路4通过spi(串行外设接口)7与mcu主控电路5连接，loar模块电路4与外置的天线8串联，dc-dc电路1、rs485电路2、ldo电路3、loar模块电路4、mcu主控电路5、uart6和spi7集成设置在印制电路板上，dc-dc电路1与loar模块电路4和mcu主控电路5之间的电压均为3.3v，rs485电路2与ldo电路3之间的电压为5v。

本实施例涉及的dc-dc电路1的电路结构包括一号滤波器10、限流电阻11、降压芯片12、电感储能13、一号分压电阻14和续流二极管15；并行设置的一号滤波器10和限流电阻11分别与降压芯片12连接，降压芯片12分别与电感储能13和一号分压电阻14连接，一号分压电阻14与电感储能13的输出端连接，降压芯片12与电感储能13之间设置有续流二极管15；一号滤波器10和限流电阻11的输入电压均为12v，续流二极管15的输出电压为3.3v。

本实施例涉及的rs485电路2的电路结构包括一号电平转换器20、二号电平转换器21、二号分压电阻22、rs485芯片23、一号上拉电阻24、二号上拉电阻25、一号下拉电阻26、二号滤波器27和tvs管28；并行设置的一号电平转换器20、二号电平转换器21和二号分压电阻22分别与rs485芯片23连接，二号分压电阻22与rs485芯片23之间设置有一号上拉电阻24，rs485芯片23分别与二号上拉电阻25和一号下拉电阻26连接，rs485芯片23与二号上拉电阻25之间设置有二号滤波器27，二号上拉电阻25与一号下拉电阻26之间设置有tvs管(瞬变电压抑制二极管)28；rs485芯片23和二号滤波器27的输入电压均为5v。

本实施例涉及的ldo电路3的电路结构包括三号滤波器30、ldo降压芯片31和四号滤波器32；三号滤波器30与ldo降压芯片31连接，ldo降压芯片31与四号滤波器32连接；三号滤波器30的输入电压为12v，四号滤波器32的输出电压为5v。

本实施例涉及的loar模块电路4的电路结构包括五号滤波器40、lora芯片41、π型滤波器42和二号上拉电阻43；五号滤波器40与lora芯片41连接，lora芯片41分别与π型滤波器42和二号上拉电阻43连接；五号滤波器40和lora芯片41的输入电压均为3.3v。

本实施例涉及的loar模块电路4的参数包括：工作电压为2.4-3.6v，工作温度为-40-85℃，工作湿度为10-90％(无冷凝)，工作频率为401-510mhz(可在程序中配置)，发射状态的功耗≤100ma(401-510mhz，17dbm)，接收状态的功耗≤14ma(401-510mhz，lora调制)，睡眠状态的功耗≤2ua，最大发射功率为19±1dbm(可编程自定义)，调制方式为lora\2-fsk\gfsk\ook(lora调制下，能够获得优于传统调制性能优势)，ook调制方式下的通信速率为1.2-32.768kbps，lora调制方式下的通信速率为0.2-37.5kbps，通信速率可编程自定义，在低速率(<5kbps)下使用lora调制方式，通讯协议为spi。

本实施例涉及的mcu主控电路5的电路结构包括六号滤波器50、mcu芯片51、mcu复位电路52、晶体振荡器53、仿真器54、loar复位电路55和三号上拉电阻56；六号滤波器50与mcu芯片51连接，mcu芯片51分别与mcu复位电路52、晶体振荡器53、仿真器54和loar复位电路55连接，mcu芯片51与loar复位电路55之间设置有三号上拉电阻56；六号滤波器50和mcu芯片51的输入电压均为3.3v。

本实施例涉及的uart6的原理是串并转换和并串转换；spi7支持双全工。

本实施例涉及的天线8的电性能参数包括：频段范围为470-510mhz，增益为5dbi，带宽为40mhz，驻波比≤2.0，水平功率角度为360°，垂直功率角度为7°，极化方式为垂直，最大功率为100w，输入阻抗为50ω，接头形式为n公头；天线8的机械性能参数包括：规格为500x∮20mm，净重为0.3kg，外罩材料为玻璃钢，适应温度为-40-+60℃，抗风能力为60m/s，振子材料为铜，雷电保护方式为直流接地，安装类型为螺旋安装。

本实施例涉及的通讯基站天线装置使用时，与通讯基站配合在电能表的集抄领域，对基站下组网的电能表进行数据抄收，通讯频段为免费使用的470～510mhz，具有超低功耗(静态模式的电流为1微安)，超远距离(在发射功率为100mw的城市环境中为5公里)，高穿透性(能够穿透整栋楼层)和成本低的性能。