专利名称：照明及通信两用电器的制作方法
技术领域：
照明及通信两用电器，属于无线通信领域，涉及以照明电器为载体的无线通信基站天线技术。
背景技术：
现有的无线通信基站天线主要建在高层建筑楼顶，以CDMA基站为例，平均发射功率为0.25W，覆盖半径为100m～500m。天线大多以铜或铜合金作为材料，形状以直线和平板为主。
传统的基站天线存在很多问题1、由于目前城市建筑物楼顶已经各类基站林立，网络优化新基站选址很难。
2、由于传统的基站距离移动台的平均距离为250m，基站及移动站的发射功率都较大。
3、由于传统基站覆盖范围较大，其内的建筑地形复杂，某些地点的信号衰减可能很大。
4、各式林立的基站影响城市形象。
将照明灯与天线集成的技术将很好地解决上述的问题。
目前，这方面的专利有“Integrated lighting and data communication apparatus”(美国专利，作者Mitchell；James P，专利号US6,653,932)以及“半导体照明及通信两用基站灯”(中国专利，作者刘耀进，申请号200410060892.0)。
这些专利的核心思想为将一个发光二极管与信号传输处理装置进行整合，以白光或红外线为信号载体。收到信号，经过收发信机处理后，由电力线进行传输。
这样的方法确实具有电力线传输的优点，但是在无线信号传输上却有诸多问题1、若以红外线作为信号载体，红外线在实际应用中可划分为以下三个波段近红外波长为0.77～3.0μm、中红外波长为3.0～30μm、远红外波长为30～1000μm，而GSM或CDMA(若都以1.8G为载波)的波长为16.7cm，所以不能用于现在GSM或CDMA无线通信。
2、若以红外线作为信号载体，现有的基于GSM和CDMA的所有的基站和移动台都要重新设计，所有的设备、算法都被弃用。
另外，利用分布式天线的思想也可以解决传统基站的问题。
目前，这方面的专利有“一种微蜂窝分布式天线系统”(中国专利，作者邢文韬，专利号02288157.3)。
这些专利的核心思想为在于提供一种分布式天线，实现既可以减少基站个数，降低成本，又能改善覆盖效果。
这种方法的缺点在于在有限的空间内以增加天线来改善覆盖效果，势必将影响美观且增加基站选址难度。
发明内容
本发明提供一种照明及通信两用电器，将照明电器和通信基站天线有效地集成在一起。整个装置作为照明电器不影响照明功能；作为通信基站天线具有使用方便，分布更灵活，功耗、辐射更小，不影响城市美观。
本发明的核心思想在于通信基站天线以一定的方式集成于照明电器任意部分，与照明电器融为一体。
本发明技术方案为照明及通信两用电器，如图1所示，包括照明电器1和无线通信基站天线，无线通信基站天线由彼此相连的收发信机3和天线4组成，其特征在于，所述无线通信基站天线以照明电器1为载体，二者集成在一起；其中，收发信机3与照明电器1并联。
所述照明电器1可以是各种照明灯，如白炽灯、电子节能灯、普通荧光灯、分离式节能灯、高压钠灯。
所述收发信机3与可以集成在照明电器1内，也可以置于照明电器1外。
所述天线4以小尺寸小功率的天线为主，可以集成在照明电器1内，也可以置于照明电器1外。
本发明是这样工作的照明电器以传统方式接入电力网，提供照明；无线通信基站天线通过天线4接收无线高频信号，经收发信机3处理后转化为低频信号，再通过信号传输通道进行传输；或者，无线通信基站天线通过收发信机3将信号传输通道传送的低频信号转换成高频信号再通过天线4发射出去。
照明灯以家庭光源为主，包括白炽灯、电子节能灯、普通荧光灯、分离式节能灯等，同时也包括工业用照明，如高压钠灯等等。从而可以适应不同场合的要求。
由于使用地点多为小范围的室内，所以天线4以小尺寸小功率的天线为主。
与以前的专利，如“Integrated lighting and data communication apparatus”(美国专利，作者Mitchell；James P，专利号US6,653,932)以及“半导体照明及通信两用基站灯”(中国专利，作者刘耀进，申请号200410060892.0)相比，本发明的创新点在于按照明灯的不同尺寸，以不同的方式把现有的某些形状天线与照明灯整合，同时又在不影响照明灯透光度的情况下，达到最佳的通信效果。这样做的好处是1、可以根据照明灯的尺寸，在现有的天线外观基础上选择最佳的尺寸、性能，从而实现简单，节省精力、成本；2、以电磁波传输，与现有的所有移动通信标准兼容，现有的通信设备，包括基站、移动台都能保留。
本发明有益效果是1、有效地解决了目前基站选址难的问题，且基站完全隐蔽，美观。
2、由于缩短了接入点和移动台的距离，所以较好地解决手机辐射功率大的问题。
3、由于缩短了接入点和移动台的距离，所以较好地解决传统基站周围强辐射的问题。
4、安全，美观。无线接入点与照明灯集成在一起，在防火，防其它伤害上更安全，且外形更美观。
5、兼容现有的移动通信标准，可以形成一个稳定且十分广大的市场。
6、方便，灵活，可控的接入，可以完全根据用户的需求，由用户自主控制安装和开关，就像安装灯泡一样简捷方便。
图1为照明及通信两用电器的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。照明电器1以传统方式接入电力网，提供照明；收发信机3与照明电器1并联。
图2为本发明的一种实施方式—电子节能灯集成螺旋天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为电子节能灯，所述天线4为缠绕螺旋天线，L为天线电子节能灯的长度，D为电子节能灯灯头的直径，B是电子节能灯单管的直径，P为天线4的直径，α为缠绕螺旋天线的角度。缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的电子节能灯灯管的外壁。所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
图3为本发明的一种实施方式—电子节能灯集成螺旋天线(天线阵)的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为电子节能灯，所述天线4为缠绕螺旋天线(天线阵)，L为天线电子节能灯的长度，D为电子节能灯灯头的直径，B是电子节能灯单管的直径，P为天线4的直径，α为缠绕螺旋天线的角度。缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的电子节能灯灯管的外壁。由于螺旋天线的互阻抗可忽略不计，所以宜组成螺旋天线阵，以增大其发射功率。所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
图4为本发明的一种实施方式—荧光灯集成螺旋天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为荧光灯，所述天线4为缠绕螺旋天线，L为荧光灯灯管的长度，D为荧光灯灯管的直径，P为螺旋天线全长，F荧光灯插头的长度，α为缠绕螺旋天线的角度。缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近荧光灯插头的灯管外壁。所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
图5为本发明的一种实施方式—高压钠灯集成螺旋天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为高压钠灯，所述天线4为缠绕螺旋天线，L为高压钠灯的长度，D为高压钠灯灯管的直径，P为螺旋天线全长，α为缠绕螺旋天线的角度。缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的高压钠灯灯管的外壁。所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
图6为本发明的一种实施方式—分离式节能灯集成螺旋天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为分离式节能灯，所述天线4为缠绕螺旋天线，L为分离式节能灯的长度，D为分离式节能灯灯管的宽度，B为分离式节能灯灯管的直径，R为螺旋天线全长，α为缠绕螺旋天线的角度。缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的分离式节能灯的外壁。所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
图7为本发明的一种实施方式—荧光灯集成直线天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为荧光灯，所述天线4为直线型天线，L为荧光灯灯管的长度，D为荧光灯灯管的直径，R为直线天线全长，P为直线天线的直径，F荧光灯插头的长度。直线型天线镀在荧光灯外壁，采用水平极化，同轴馈电的方式。
图8为本发明的一种实施方式—高压钠灯集成直线天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为高压钠灯，所述天线4为直线型天线，L为高压钠灯的长度，D为高压钠灯灯管的直径，R为直线天线全长，P为直线天线的直径。直线型天线镀在高压钠灯外壁，采用水平极化，同轴馈电的方式。
图9为本发明的一种实施方式—白炽灯集成环形天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，3是收发信机，4是天线。所述照明电器1具体为白炽灯，所述天线4为环状天线，L为照明灯全长，D为白炽灯灯泡的直径，P为天线的直径。环状天线镀在白炽灯外壁，采用双线传输线馈电，圆极化方式。
图10为图9所示意的本发明的一种实施方式—白炽灯集成环形天线的俯视图。
其中，1是照明电器，4是天线。所述照明电器1具体为白炽灯，所述天线4为环状天线，D为白炽灯灯泡的直径，R为环状天线所围成的环形直径。
图11为本发明的一种实施方式—荧光灯集成偶极子天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，4是天线。所述照明电器1具体为荧光灯，所述天线4为直线型偶极子天线，L为荧光灯的长度，D为荧光灯灯管的直径，P为直线型偶极子天线的长度，F荧光灯插头的长度。直线型偶极子天线镀在荧光灯灯管的外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式。收发信机3悬于照明灯外部。
图12为本发明的一种实施方式—电子节能灯集成偶极子天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，4是天线。所述照明电器1具体为电子节能灯，所述天线4为直线型偶极子天线，L为电子节能灯的长度，D为电子节能灯灯管的直径，P为直线型偶极子天线的长度。直线型偶极子天线镀在电子节能灯灯管的外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式。收发信机3集成于照明灯内部。
图13本发明的一种实施方式—为白炽灯集成偶极子天线的结构示意图。
其中，1是照明电器，4是天线。所述照明电器1具体为白炽灯，所述天线4为线型偶极子天线，L为白炽灯的长度，R为白炽灯灯泡的直径。线型偶极子天线镀在白炽灯灯泡外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式。收发信机3集成于照明灯内部。
具体实施例方式
仅以照明灯为例，以金属或半导体材质的细丝为天线材料，或镀在照明灯外壁，或采用不同的缠绕方式缠绕在照明灯管上，使天线的外观形状不同，从而在不影响照明灯透光度的情况下，达到通信最佳效果1)如图2～图6所示，细丝以单螺旋状缠绕镀在照明灯外壁靠近灯座部分。一端接收发信机，另一端开口。采用圆极化，同轴馈电的方式。
2)如图7～图8所示，细丝以直线型镀在照明灯外壁，一端接收发信机，采用水平极化，同轴馈电的方式。
3)如图9～图10所示，细丝以圆环型镀在照明灯外壁，采用圆极化，双线传输线馈电方式。
4)如图11所示，两段细丝构成偶极子天线镀在照明灯外壁，两端都接收发信机，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式。收发信机悬于照明灯外部。
5)如图12～图13所示，两段细丝构成偶极子天线镀在照明灯外壁，两端都接收发信机，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式。收发信机集成于照明灯外部。
6)经过实测，细丝导体材料和匝数对天线性能的影响不大。
下面以1.8G载波为例，详细描述各个参数。
如图2所示，为电子节能灯集成螺旋天线，螺旋天线组成天线阵。，由B/λ＜0.18可知，天线为全向天线。其中P＝0.017λ。各参数如表1所示表1
如图3所示，为电子节能灯集成螺旋天线，只有单个螺旋天线。
由B/λ＜0.18可知，天线为全向天线。其中P＝0.017λ。各参数如表2所示表2
如图4所示，为普通荧光灯集成螺旋天线，只有单个螺旋天线。
由D/λ＜0.18可知，天线为全向天线。其中P＝0.017λ。各参数如表3所示表3
如图5所示，为高压钠灯集成螺旋天线，只有单个螺旋天线。各参数如表4所示表4
如图6所示，为分离式节能灯集成螺旋天线，只有单个螺旋天线。各参数如表5所示表5
如图7所示，为普通荧光灯集成直线天线。要求L/λ≈1，P＝0.017λ，天线基本为全向天线。各参数如表6所示表6
如图8所示，为高压钠灯集成直线天线。各参数如表7所示表7
如图9、图10所示，为白炽灯集成环形天线。当小环天线直径D≈0.1λ时，天线可视为全向天线。各参数如表8所示表8
如图11所示，为荧光灯集成偶极子天线。将天线长度定为λ/2≈10cm。各参数如表9所示表9
如图12所示，为电子节能灯集成偶极子天线。将天线长度定为λ/2≈10cm。各参数如表10所示表10
如图13所示，为白炽灯集成偶极子天线。各参数如表11所示表11
权利要求
1.照明及通信两用电器，包括照明电器(1)和无线通信基站天线，无线通信基站天线由彼此相连的收发信机(3)和天线(4)组成，其特征在于，所述无线通信基站天线以照明电器(1)为载体，二者集成在一起；其中，收发信机(3)与照明电器(1)并联。
2.根据权利要求1所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)可以是各种照明灯，如白炽灯、电子节能灯、普通荧光灯、分离式节能灯、高压钠灯、低压汞灯。
3.根据权利要求1所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述收发信机(3)可以集成在照明电器(1)内，也可以置于照明电器(1)外。
4.根据权利要求1所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述天线(4)以小尺寸小功率的天线为主，可以集成在照明电器(1)内，也可以置于照明电器(1)外。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为电子节能灯，所述天线(4)为缠绕螺旋天线，缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的电子节能灯灯管的外壁；所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为荧光灯，所述天线(4)为缠绕螺旋天线，缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近荧光灯插头的灯管外壁；所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为高压钠灯，所述天线(4)为缠绕螺旋天线，缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的高压钠灯灯管的外壁；所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为分离式节能灯，所述天线(4)为缠绕螺旋天线，缠绕螺旋天线呈螺旋状缠绕在靠近灯头位置的分离式节能灯的外壁；所述缠绕螺旋天线采用圆极化，同轴馈电的方式。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为荧光灯；所述天线(4)为直线型天线，镀在荧光灯外壁，采用水平极化，同轴馈电的方式。
10.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为高压钠灯；所述天线(4)为直线型天线，镀在高压钠灯外壁，采用水平极化，同轴馈电的方式。
11.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为白炽灯；所述天线(4)为环状天线，镀在白炽灯外壁，采用双线传输线馈电，圆极化方式。
12.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为荧光灯；所述天线(4)为直线型偶极子天线，镀在荧光灯灯管的外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式；所述收发信机(3)悬于照明灯外部。
13.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为电子节能灯；所述天线(4)为直线型偶极子天线，镀在电子节能灯灯管的外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式；收发信机(3)集成于照明灯内部。
14.根据权利要求1、2、3或4所述的照明及通信两用电器，其特征在于，所述照明电器(1)具体为白炽灯；所述天线(4)为线型偶极子天线，镀在白炽灯灯泡外壁，采用水平极化，双导体传输线馈电的方式；收发信机(3)集成于照明灯内部。
全文摘要
照明及通信两用电器，属于无线通信领域，涉及以照明电器为载体的无线通信基站天线技术。本发明包括照明电器1和无线通信基站天线，无线通信基站天线由彼此相连的收发信机3和天线4组成；无线通信基站天线以照明电器1为载体，二者集成在一起；其中，收发信机3与照明电器1并联。照明电器1可以是各种照明灯；收发信机3与可以集成在照明电器1内，也可以置于照明电器外；天线4可以集成在照明电器1内，也可以置于照明电器外。本发明有效地解决了目前基站选址难的问题，且基站完全隐蔽，美观；缩短了接入点和移动台的距离，能较好地解决手机辐射的问题；兼容现有的移动通信标准；使用方便、灵活。
文档编号H04B1/38GK1945985SQ200610021069
公开日2007年4月11日 申请日期2006年6月1日 优先权日2006年6月1日
发明者唐友喜, 刘宇畅 申请人:电子科技大学