一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线的制作方法

本发明涉及无线通信及超声水表，尤其涉及一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线。

背景技术：

1、随着时代的发展，传统机械水表早已被电子远传式超声水表所代替。而nb-iot通信技术作为超声水表的一种主流无线通信方式，其通信性能一直备受业内外人士关注。另外影响nb-iot通信性能的主要因素在于其天线性能的好坏，经大量测试发现传统天线在面对如山区、井下等信号微弱环境时无法保证入网成功率，因此如何设计出一款能够适应多种应用环境的高性能天线迫在眉睫。

技术实现思路

1、本发明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马蹄铁形印刷偶极子天线。该天线形状如马蹄铁，传输线与天线臂采用印刷方式敷在介质板上，不仅成本低方便生产，且形状能够完美契合各种形状的超声水表设计。仿真结果显示该设计具有优秀的增益数值和方向性。可采用板载式、接插式、焊接式等多种方式进行连接。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，包括介质层、偶极子天线臂、微带传输线、微带巴伦线、馈电端口，

4、介质层，采用fr-4玻璃纤维布为基材，用以承载微带巴伦线、微带传输线、偶极子天线臂、馈电端口，形状如马蹄铁；

5、偶极子天线臂，包括偶极子天线臂（上）、偶极子天线臂（下），两个偶极子天线臂材质为铜，偶极子天线臂（上）敷设于介质层一条臂的上表面，偶极子天线臂（下）敷设于介质层另一臂的下表面，形状为弧形，长度与宽度根据自由空间和介质层的介电常数进行计算；

6、微带传输线，材质为铜，敷设于介质层中部的上表面、下表面，上表面微带传输线与偶极子天线臂（上）连接，下表面微带传输线与偶极子天线臂（下）连接，宽度与偶极子天线臂一致，垂直于馈电端口上下分布；

7、微带巴伦线，分布于下侧微带传输线两侧，形状为直角三角形，与下侧微带传输线连接为一体，用以平衡馈电点流；

8、馈电端口，激励信号从馈电端口处馈入，馈电端口连接上下两根微带传输线，且宽度与微带传输线一致，马蹄铁形印刷偶极子天线通过馈电端口与超声水表连接，连接方式包括板载、插针、贴片接插、同轴线焊接。

9、进一步地，所述介质层的矩形结构支撑部分根据馈电端口与超声水表的连接方式设计，当采用接插或同轴线焊接方式连接时需要设计支撑部分用来焊接接接插件或贴片器件，当板载时无需设计支撑部分。

10、进一步地，所述介质层厚度视连接方式而定，采用板载设计时以板材厚度为基准，采用接插和同轴线焊接时介质厚度选为0.5mm-1mm。

11、进一步地，所述偶极子天线臂形状为圆弧形，于介质层表面上下、左右镜像分布，圆弧半径以超声水表尺寸为基准，宽度设计为3mm，单臂圆弧长度介于1/4介质层波长与1/4自由空间波长之间，小于3/4圆弧长。

12、进一步地，波长计算公式为：

13、ɛ = c/f*e1/2

14、计算时式中参数近似选取，光速c近似为3*108m/s，自由空间介电常数e为1，fr-4材质介质层介电常数e为4.4，中心频率f为0.91ghz，覆盖国内通用b5、b8通信频段。

15、进一步地，所述微带传输线宽度需与偶极子天线臂宽度一致，长度15mm，微带巴伦线仅设计一处，可选择性的与上下侧微带传输线连为一体。

16、进一步地，采用插针形式连接时，为保证馈电均匀和结构稳固插针数量必须大于3根，采用贴片接插件连接时引脚要大于4个。

17、本发明的有益效果：本发明形状为马蹄铁形，能够契合市场上绝大部分的超声水表（圆形结构）设计，并且可以根据超声水表结构自由选择连接方式。天线单臂长度并未采用传统的1/4波长，而是综合考虑了介质层的影响后进行的综合设计，经仿真实测，该天线不仅在b5、b8频段拥有优秀的通信性能，而且能够实现近360度的全方位传播，大大提升了nb-iot超声水表的可安装性和上下行通信成功率。

技术特征：

1.一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，包括介质层、偶极子天线臂、微带传输线、微带巴伦线、馈电端口，

2.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，所述介质层厚度视连接方式而定，采用板载设计时以板材厚度为基准，采用接插和同轴线焊接时介质厚度选为0.5mm-1mm。

3.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，所述偶极子天线臂形状为圆弧形，于介质层表面上下、左右镜像分布，圆弧半径以超声水表尺寸为基准，宽度设计为3mm，单臂圆弧长度介于1/4介质层波长与1/4自由空间波长之间，小于3/4圆弧长。

4.根据权利要求4所述的一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，波长计算公式为：

5.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，所述微带传输线宽度需与偶极子天线臂宽度一致，长度15mm，微带巴伦线仅设计一处，可选择性的与上下侧微带传输线连为一体。

6.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，其特征在于，采用插针形式连接时，为保证馈电均匀和结构稳固插针数量必须大于3根，采用贴片接插件连接时引脚要大于4个。

技术总结
本发明涉及无线通信及超声水表技术领域,公开了一种应用于超声水表的马蹄铁形印刷偶极子天线，该天线由介质层、偶极子天线臂、微带传输线、微带巴伦线、馈电端口，形状为马蹄铁形，传输线与偶极子天线臂采用印刷方式敷于介质板上，不仅成本低方便生产，且形状能够完美契合各种形状的超声水表设计。天线单臂长度并未采用传统的1/4波长，而是综合考虑了介质层的影响后进行的综合设计，经仿真实测，该天线不仅在B5、B8频段拥有优秀的通信性能，而且能够实现近360度的全方位传播，大大提升了NB‑IoT超声水表的可安装性和上下行通信成功率。

技术研发人员：杨忠洋,刘永广,张公森,范建华,刘福来,赵磊,陈维广
受保护的技术使用者：青岛鼎信通讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14