面向物联网应用的新型漏缆的制作方法

本发明涉及一种漏泄同轴电缆，尤其涉及一种面向物联网应用的新型漏缆。

背景技术：

近几年，在物联网RFID、传感应用领域出现了一些新的、迫切的应用需求。这些需求表现在两个方面：1)要求超高频(UHF)物联网天线能够覆盖且仅覆盖一个指定的区域；2)要求无源UHF RFID标签与无源传感器一体化，形成无源RFID/Sensor，实现对特定区域内物体的识读以及物体环境信息的感知。当这个区域为一个狭长区域时，如长排仓储货架的一层上的物品和温湿度监控、工业生产的一条流水作业线上产品的管理、精细作业温室大棚的一行农作物各植株的标志及温湿度控制、安防监控的电子围栏等等，物联网如采用传统的定向辐射天线，会因波束覆盖区域过大或不能灵活调控，难以胜任。现有解决方案一般由多天线同时工作来覆盖需要区域。如何找到一种部署灵活、调控方便、低成本的解决方案，实现制定狭长区域或其它非规则区域RFID/传感覆盖，很值得研究。

漏泄同轴电缆是在同轴电缆外导体开一系列缝隙使其传输能量在可以泄露来同时达到信号传输和天线辐射的目的。考虑到上述物联网应用需求的特点，采用漏缆，即漏泄同轴电缆，可望提供绝佳的解决方案。采用经过特殊设计的漏缆作为超高频物联网天线，通过漏缆的不同交织部署，可灵活、方便地实现对任意区域的分布式覆盖，从而推动物联网无源RFID/传感在仓储货架、工业生产流水作业、绿色农业大棚、安防电子围栏等方面的应用。

目前，现有的漏缆应用于通信领域，其耦合损耗小、辐射能量低，直接应用于超高频物联网系统中时其对无源RFID标签的有效阅读距离只能达到几厘米，无法满足正常工作环境的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具有高耦合损耗的面向物联网应用的新型漏缆。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的面向物联网应用的新型漏缆，包括由内层向外层依次布置的内导体、介质层、外导体、绝缘保护层，所述外导体沿轴向开有连续缝隙，所述连续缝隙的两侧开有周期性缝隙。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的面向物联网应用的新型漏缆，适用于物联网RFID/传感应用，具有高耦合损耗，高耦合损耗的漏泄同轴电缆可以提供较大辐射能量从而远距离激活标签达到阅读的目的。

附图说明

图1为结合开关阵列的物联网多天线系统示意图。

图2为漏泄同轴电缆作为物联网天线分布式覆盖示意图。

图3为本发明实施例中漏泄同轴电缆轴向示意图。

图4为本发明实施例中漏泄同轴电缆外导体开缝结构具体参数示意图。

图5为本发明实施例中倾斜角为0°时外导体开缝结构示意图。

图6为本发明实施例中重叠三角形外导体开缝结构示意图。

图7为本发明实施例中两侧U型外导体开缝结构示意图。

图8为本发明实施例中两侧L型外导体开缝结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的面向物联网应用的新型漏缆，其较佳的具体实施方式是：

包括由内层向外层依次布置的内导体、介质层、外导体、绝缘保护层，所述外导体沿轴向开有连续缝隙，所述连续缝隙的两侧开有周期性缝隙。

所述连续缝隙为波浪形的弯折型缝隙或直线型缝隙，所述连续缝隙两侧的周期性缝隙相互交错布置。

所述周期性缝隙为单个三角形缝隙或多个三角形组合缝隙。

当所述周期性缝隙为单个三角形缝隙时，缝隙采用渐变长斜边三角形缝隙。

所述周期性缝隙为L型或U型缝隙。

本发明的面向物联网应用的新型漏缆，应用于物联网系统，适用于物联网RFID/传感应用，具有高耦合损耗。作为超高频(UHF)物联网天线，高耦合损耗的漏泄同轴电缆可以提供较大辐射能量从而远距离激活标签达到阅读的目的。

本发明中，所述漏泄同轴电缆采用全新的开缝方式，在外导体开有连续弯折型缝隙及其两侧周期性三角形缝隙或三角形组合缝隙以及其它形状缝隙构成漏缆的缝隙阵列；

所述的缝隙阵列中，连续弯折型缝隙是此结构的开缝基础，此连续缝隙可以保证有利于提供稳定均匀的泄露能量，使得漏缆沿轴向电场均匀分布，同时通过调整中心缝隙的宽度及倾斜角可以改变基础漏泄能量的大小。连续弯折型缝隙两侧呈上下交错排列的周期性三角形缝隙或三角形组合缝隙以及其它形状缝隙，可以进一步提高漏泄同轴电缆的耦合损耗，改善漏泄同轴电缆的极化失配问题，提高高耦合损耗漏泄同轴电缆的整体性能。

优选地，所述缝隙阵列中上下交错排列的缝隙采用三角形缝隙结构，其斜边可使周向和轴向场分量具有相位差，可实现椭圆极化方式，有利于提高物联网RFID/传感标签的读取率。

优选地，所述缝隙阵列中上下交错排列的缝隙采用渐变长斜边三角形缝隙或组合缝隙，可使漏泄同轴电缆在开缝处使漏缆特性阻抗变化缓慢，减小反射，降低传输损耗，最终达到高耦合损耗下有较长工作距离。

优选地，所述缝隙阵列中上下交错排列的缝隙采用L型或U型缝隙，在对漏缆周向辐射极化要求不高时，有利于简化漏缆的结构参数设计，增加漏缆加工制造的稳定性。

本发明的有益效果：

1、本发明所提出的应用于物联网系统的高耦合损耗漏泄同轴电缆，给漏泄同轴电缆带来了全新的应用模式，填补了漏缆在物联网RFID/传感应用中的空白。

2、本发明采用全新的连续弯折型开缝形式，保证在无源RFID/传感应用背景下，提供稳定均匀的轴向电场分布，同时通过对缝宽及倾斜角的调整可改变漏缆基础漏泄能量大小。

3、连续弯折型缝隙两侧呈上下交错排列的周期性三角形缝隙或三角形组合缝隙以及其它形状缝隙，可以进一步提高漏泄同轴电缆的耦合损耗，改善漏泄同轴电缆的极化失配问题，减小反射，提高高耦合损耗漏泄同轴电缆作为阅读天线应用于物联网系统中的整体阅读性能。

4、与传统通信漏缆相比，其耦合损耗参数可提高20dB以上，使其作为物联网天线后对无源标签的阅读距离显著增大。

具体实施例：

为使本发明的上述目的、特点和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参照图3，本分发明提出了一种高耦合损耗的漏泄同轴电缆实施例1的结构图，具体包括内导体1、介质层2、外导体3、绝缘保护层4以及外导体中心连续缝隙5和两侧周期性缝隙6。

此结构是周期性结构，设计作为超高频物联网RFID天线，因此工作中心频率为915MHz。根据公式:

其中λ₀为中心工作波长，此处取329mm；ε_r为内外导体之间介质的相对介电常数。因此，从此处可确定在超高频物联网RFID工作模式下的周期P的取值范围。

缝隙周期由下面公式确定：

0.4P≤L≤0.5P

0.5b≤h₁≤b

0.5h₁≤h≤0.9h₁

其中λ₀为中心工作波长，由确定，c为自由空间中电磁波的传播速度，f₀为漏泄同轴电缆设计的中心工作频率；ε_r为内外导体之间介质的相对介电常数；b为漏泄同轴电缆外导体的外径。

连续弯折型缝隙宽度及倾斜角取值为：

1.5mm≤w≤3mm

0°≤θ≤10°

中心缝隙两侧三角形缝隙排列结构距离中心缝隙下顶点的水平距离为0.05P～0.2P。

连续弯折型缝隙目的为了更多地切割电流达到增强耦合损耗的目的，同时提供稳定均匀的轴向电场分布。其取值为1.5mm-3mm。

缝隙倾斜角取值为0°～10°，倾斜角越大，轴向切割电流也增加，耦合损耗增强。

然后确定中心缝隙两边排列的周期性三角形缝隙。确定三角形底边长L取值范围0.4P-0.5P，三角形底边距离中心连续性缝隙中心线15mm-20mm，调整三角形顶点边位置即调整轴向切割槽的倾斜程度可直接控制漏缆的传输损耗和耦合损耗，根据工作距离和阅读距离做出适当调整，使漏缆达到最佳工作性能。

以上各参数选取的原则是：中心缝隙宽度w在所确定的范围内取值，调整w可协调耦合损耗和传输损耗之间关系；三角形底边长主要决定了漏缆的耦合损耗；三角形和中心弯折型缝隙的相对位置直接影响切割电流分布，因此适当优化控制可以达到耦合损耗和传输损耗相互协调，取得折中的参数。

上述实施方案中漏泄同轴电缆外导体开缝周期和尺寸也可以进行如下调整：

外导体3上周期性弯折缝隙切斜角变为0°，从而形成特殊的中心直线型缝隙，如图5所示，这使得漏缆更容易加工，更适用于批量生产。

外导体3上弯折型缝隙两侧的单个三角形缝隙变为交叠三角形缝隙，如图6所示。

外导体3上弯折型缝隙两侧的三角形缝隙结构改变为类U型缝隙结构，如图7所示。

外导体3上弯折型缝隙两侧的结构边为L型缝隙结构，如图8所示。

采用图3所示结构的外导体开缝结构作为数值计算例子：这里举例只是为了演示上述实施方法应用到一根同轴电缆的设计，并不表示上述实施方案只适用以下所列出的数据。

选取外导体外径为21mm，内导体外径为9mm，内外导体之间的绝缘介质为发泡聚乙烯其相对介电常数1.26；漏缆应用于超高频物联网天线，中心工作频率为915MHz。选取开缝周期P＝256mm；中心缝隙宽度w＝2mm，中心弯折型缝隙倾斜角angle＝5°，两侧三角形缝隙底边长L＝113mm，三角形高度h＝15mm，三角形底边距离中心缝隙距离h1＝20mm，三角形顶点相对坐顶点位置m2＝24mm。

在HFSS全波三维电磁仿真设计软件中进行仿真模型，得到此结构中沿着轴向移动2m处的耦合损耗为-46dB(50％)及-50dB(90％)。在功率输出为1W的物联网阅读器，无源标签最小激活功率为-14dBm中，根据弗里斯传输公式可计算得标签的有效阅读距离为1.58m。其传输损耗为0.3dB/m，因此计算可得在15米处对无缘标签的有效阅读距离可达到0.85m。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。