專利名稱：隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)點天線裝置。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由布置在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的具有感知能力、計算能力和通信能力的 傳感器節(jié)點通過無線通信方式，相互傳遞信息，協(xié)同地完成監(jiān)測任務(wù)的自組織網(wǎng)絡(luò)。無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國內(nèi)外倍受關(guān)注的新興前沿研究領(lǐng)域，在環(huán)境監(jiān)測、軍事偵察、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 醫(yī)療健康監(jiān)護等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。但無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為實驗室或一般性應(yīng)用設(shè)計 的傳感器節(jié)點在實際應(yīng)用中顯示出了較大的局限性，如遠程大面積監(jiān)測、跟蹤和偵察通常 是在環(huán)境較為惡劣的野外環(huán)境中進行的，如何使傳感器節(jié)點處于較為隱蔽不易被發(fā)現(xiàn)的狀 態(tài)，避免動物踐踏或人為損壞，減少陽光、風(fēng)雨、溫差對節(jié)點的影響，成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從 實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用中需要解決的問題之一 (中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所趙磊；闞保強， 夏鵬，徐勇軍，李曉維一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)明專利公開號101009619，
公開日期 2007. 08. 01)。將傳感器節(jié)點掩埋到地下一定深度，是防止動物踐踏、人為損壞和隔離氣候 影響的有效方法。由于大地的導(dǎo)電性，對于一般工作在868MHz/915MHz/2. 4GHz頻段的傳感 器節(jié)點，掩埋的部署方式將會造成天線之間信息傳遞被阻擋，使節(jié)點之間的通信距離迅速 下降，地下節(jié)點的部署密度遠遠大于相同的監(jiān)測范圍地上部署節(jié)點的密度，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的成 本提高甚至根本無法構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。為了實現(xiàn)隱蔽節(jié)點的同時不降低通信距離，可行的方法是 掩埋節(jié)點，將天線伸出地表。 現(xiàn)有的傳感器節(jié)點通常和天線連在一起，傳感器節(jié)點上的天線一般有兩種形式 貼片天線和偶極天線。貼片天線內(nèi)置在節(jié)點中，節(jié)點掩埋則天線也被掩埋，西普公司S皿 SPOT節(jié)點就是采用的貼片天線；偶極天線是由金屬材料和膠外套組成硬質(zhì)天線，通過接口 外置在節(jié)點上，例如Crossbow公司的IRIS模塊使用的天線和寧波中科的GAINSJ節(jié)點使用 的天線。傳感器節(jié)點上的偶極天線長度較短，通常長度3cm 10cm，掩埋節(jié)點而將天線伸出 地表的方案使節(jié)點掩埋在地下的深度有限，不能有效隔離踐踏和氣候影響。這種硬質(zhì)天線 在被踩踏時還會帶翻節(jié)點、并往往在接頭處折斷，且目標較易遭人為破壞。因此這兩種天線 都不能滿足實際應(yīng)用中隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信的需要。
實用新型內(nèi)容1、要解決的技術(shù)問題 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用需要節(jié)點處于不易發(fā)現(xiàn)較為隱蔽的狀態(tài)，有效的實現(xiàn) 方法之一是將傳感器節(jié)點掩埋。現(xiàn)有的傳感器節(jié)點和傳遞信息使用的天線直接連在一起。 如果傳感器節(jié)點被掩埋則天線也被掩埋，導(dǎo)致通信距離急劇下降或不能通信。為了使傳感 器節(jié)點被掩埋的同時保證有效的通信距離，需要采用與節(jié)點分離、不易被發(fā)現(xiàn)、被踩踏后能 夠恢復(fù)原狀的新型天線。 2、技術(shù)方案[0007] 本實用新型所公開的隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，是由同軸電纜和天 線接口構(gòu)成，同軸電纜的一端設(shè)置有天線接口，與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的天線接口相匹配；同軸電纜 的另一端的屏蔽網(wǎng)剝開1/4波長的長度，作為天線。 該技術(shù)方案中傳感器節(jié)點和天線之間采用同軸電纜連接。即此同軸電纜即作饋電 傳輸線又作為天線使用，由此實現(xiàn)天線和饋電傳輸線之間的無縫銜接。同軸電纜長度決定 節(jié)點的掩埋深度和天線出露地表的高度，饋電傳輸線的長度為同軸線長度減去天線的有效 傳播長度(1/4波長)； 上述所說的同軸電纜的天線接口，可以是SMA(Sub-Miniature-A)天線接口 ，如將 同軸電纜的一端安裝內(nèi)螺紋內(nèi)針的SMA-J接口，與節(jié)點上原連接偶極天線的外螺紋內(nèi)孔的 SMA-K接口緊密連接。 選擇適當(dāng)材料作為同軸電纜的保護套管。保護套管應(yīng)具有耐熱性、耐蝕性和抗老 化性，并且套管還起到密封作用，如圖2所示。此外，選擇材料不同同軸電纜的還原性不同， 可適用于不同的需要。例如選擇可撓電線保護套管使同軸電纜具有可撓性，可使天線處于 定向狀態(tài)；選擇塑料電線保護套管使同軸電纜具有柔韌性和還原性，在不受外力壓迫下處 于直立狀態(tài)，受壓踩踏后能夠復(fù)原。天線套管顏色可選擇與地面環(huán)境相似的，與地面環(huán)境融 為一體，不易被發(fā)現(xiàn)。 節(jié)點固定在防潮密封盒中，在盒內(nèi)同軸電纜通過SMA接口和節(jié)點連接，通過密封
孔伸出密封盒； 3、有益效果 使用本實用新型的天線，可使節(jié)點和天線分離，傳感器節(jié)點掩埋在地表以下，將天 線伸出地表，保證無線信號的有效傳播距離；暴露在地面之上的天線具有柔韌性，即使受到 踩踏后也能繼續(xù)工作；天線偽裝后與周圍環(huán)境融為一體，不易被發(fā)現(xiàn)。
圖1傳感器節(jié)點和同軸電纜連接圖 圖2新型天線結(jié)構(gòu)、接口連接和天線剖面圖 圖3傳感器節(jié)點掩埋效果圖 圖4使用撓性保護套管的天線圖 l，傳感器節(jié)點；2，射頻芯片；3， SMA接口 ；4，天線；5，饋電傳輸線；6，電線保護套 管；7，針；8，天線的內(nèi)導(dǎo)體；9，小剛套；10，熱縮管；11 ，饋電傳輸線的外塑料套；12，饋電傳 輸線的屏蔽層；13，饋電傳輸線的絕緣層；14，溫度傳感器；15，撓性電線保護套管。
具體實施方式實施例1.柔韌性天線。在新疆煤田火區(qū)治理后復(fù)燃情況無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測中， 為避免牲畜踐踏和人為破壞，采用節(jié)點掩埋、天線伸出地表的節(jié)點設(shè)置方案。傳感器節(jié)點1 為寧波中科的GAINSJ，射頻芯片2JN5121-Z01-M01，工作頻率2. 4GHz，節(jié)點發(fā)射功率為ODB 到-30DB之間。設(shè)計溫度傳感器14位于地下1. 5m處，節(jié)點掩埋深度0. 5m，天線4伸出地表 0. lm，如圖3所示。因此同軸電纜作為饋電傳輸線5部分長0.6m(地下0.5m、地上0. lm)， 天線長度1由下式計算[0020]/ = — x—= —-^ 0.03125m
丄丄—丄3.0x108 7X7 —7X2.4xl09 其中c為電磁波在真空中的傳播速度，f為傳感器節(jié)點射頻芯片的工作頻率。因 此作為天線和饋電傳輸線的同軸電纜總長63cm，采用內(nèi)徑為1.5mm雙屏蔽同軸電纜?？紤] 到應(yīng)有一定的余量，同軸電纜實際長度應(yīng)比63cm略長。 節(jié)點1GAINSJ自帶長度為0. 08m的不可伸縮無韌性的黑色膠棒天線，將此自帶天 線卸掉，節(jié)點1和同軸電纜做為饋電傳輸線5部分之間使用型號為50-1. 5的SMA天線接 口3緊密連接節(jié)點上安裝外螺紋內(nèi)孔的SMA-K接口，饋電傳輸線一端安裝內(nèi)螺紋內(nèi)針7的 SMA-J接口 3(圖1)。將饋電傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體8和針連接，外套小剛套9，用壓線鉗壓緊，外 套熱縮管。整個連接結(jié)實安全，防止饋電傳輸線和SMA接口的松動。將同軸電纜另一端的 外塑料套11和屏蔽層12去掉3cm構(gòu)成天線(圖2)。 饋電傳輸線和天線之間的接口采用環(huán)氧樹脂密封，防止潮氣的滲透。饋電傳輸線
外套玻璃纖維套管，兩者緊密結(jié)合。玻璃纖維套管具有較高的耐熱性、耐蝕性和抗老化性，
可以降低天氣對饋電傳輸線的影響，此外玻璃纖維套管具有優(yōu)良的柔韌性和還原性，即使
在零下5(TC低溫下亦能保持其柔韌性和還原性，可以在動物踩踏彎曲后能及時還原。玻璃
纖維套管的顏色可以選擇與地表環(huán)境一致，避免被發(fā)現(xiàn)引起人為破壞。 經(jīng)過測量，GAINSJ節(jié)點在地表以上使用節(jié)點自帶的黑色膠棒天線傳輸距離
為160m，使用柔韌性天線傳輸距離沒有改變。在小雨地面潮濕的環(huán)境下，節(jié)點發(fā)射功率
為-24DB，把節(jié)點掩埋在地表以下0. 5m，如果使用節(jié)點自帶的黑色膠棒天線，則天線也被埋
在地表以下，信號無法傳遞，改用柔韌性天線，測得節(jié)點之間最大傳輸傳輸距離為70m，可以
滿足實際應(yīng)用的需要。 實施例2.撓性天線?？蓱?yīng)用于節(jié)點處于封閉環(huán)境，天線伸出并需定向的場合。這 種天線其他部分可以和圖1 圖3相同，不同之處是應(yīng)用了可撓性電線保護套管15，如圖4 所示。
權(quán)利要求一種隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，其特征在于，是由同軸電纜和天線接口構(gòu)成，同軸電纜的一端設(shè)置有天線接口，與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的天線接口相匹配；同軸電纜的另一端的屏蔽網(wǎng)剝開1/4波長的長度，作為天線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，其特征在于，同軸 電纜上的天線接口是內(nèi)螺紋內(nèi)針的SMA-J接口 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，其特征在于，同 軸電纜外設(shè)有保護套管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，其特征在于，所說 的保護套管是撓性電線保護套管或塑料電線保護套管。
專利摘要本實用新型涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，具體涉及一種節(jié)點天線裝置。所說的隱蔽式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的柔性天線，是由同軸電纜和天線接口構(gòu)成，同軸電纜的一端設(shè)置有天線接口，與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上的天線接口相匹配；同軸電纜的另一端的屏蔽網(wǎng)剝開1/4波長的長度，作為天線。使用本實用新型的天線，可使節(jié)點和天線分離，傳感器節(jié)點掩埋在地表以下，將天線伸出地表，保證無線信號的有效傳播距離；暴露在地面之上的天線具有柔韌性，即使受到踩踏后也能繼續(xù)工作；天線偽裝后與周圍環(huán)境融為一體，不易被發(fā)現(xiàn)。
文檔編號H01Q13/08GK201549594SQ20092023562
公開日2010年8月11日 申請日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者曹清華, 蔣中秋, 薛利軍, 閆述, 陳玲 申請人:江蘇大學(xué)