本實用新型涉及射頻天線及基于該射頻天線的井蓋檢測系統(tǒng)，屬于射頻通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

井蓋是通往地下設(shè)施的出入口頂部的封閉物，凡是安裝城市地下排水管道和地下管線的地方都需要安裝井蓋，它是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施的不可缺少的一部分。井蓋是進(jìn)出維護(hù)、檢修地下管線的門戶，井蓋的檢查維護(hù)需要很大的工作量，而且井蓋損壞或被盜后會對道路上的行人、車輛造成很大的安全風(fēng)險。能夠檢測信息和狀態(tài)的智能井蓋對維護(hù)城市的正常運(yùn)行、保證城市人民的正常生產(chǎn)、生活和社會發(fā)展都具有重要意義。

由于檢測設(shè)備要位于井內(nèi)，大多數(shù)都采用無線通信的方式將相關(guān)信息傳輸?shù)降孛嫔系慕邮赵O(shè)備，而很大一部分井蓋都是金屬材料制成的，若將無線電天線安裝到井蓋以下，井蓋會對無線電信號造成屏蔽，導(dǎo)致接收不到電子信息，目前有一些技術(shù)用來解決這一問題，如專利“201310260883.5窨井蓋無線防盜報警器”、“201320178269.X一種螺絲狀的射頻天線”和“201520494800.3一種多功能抗金屬太陽能井蓋天線”都是采用在井蓋上開孔、開縫隙和設(shè)置預(yù)留口的方式來解決井蓋對無線電信號屏蔽的問題。這些解決方案都需要在井蓋上開孔、槽等，可以在一定程度上解決井蓋對無線電信號屏蔽的問題，但開了孔、槽后會影響到井蓋的整體結(jié)構(gòu)，開的孔小對無線電信號的傳輸特性改善不大，開的孔大會對井蓋的機(jī)械強(qiáng)度和防護(hù)性能產(chǎn)生影響，只能在這兩種因素之間選擇一個平衡點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型目的在于克服上述現(xiàn)有提供一種射頻天線及基于該射頻天線的井蓋檢測系統(tǒng)，本實用新型通過將金屬井蓋作為無線電天線的一部分，在無須破壞井蓋整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提高信號傳輸?shù)男?，并增加金屬井蓋下無線電收發(fā)設(shè)備的傳輸范圍。

實現(xiàn)本實用新型目的采用的技術(shù)方案是一種射頻天線，該天線包括：

金屬井蓋；

饋電線，其一端連接在與所述金屬井蓋中心距離L的位置，所述L值為使所述金屬井蓋在需要的工作頻率上達(dá)到要求的輻射方向圖的距離值；

外接端子，與所述饋電線的另一端連接。

進(jìn)一步地，所述的射頻天線還包括：

匹配電路，連接在所述外接端子與饋電線的另一端之間。

在上述技方案中，所述金屬井蓋的工作頻率范圍是200～1000MHz。

本實用新型還提供一種井蓋檢測系統(tǒng)，包括井蓋檢測裝置和上述的射頻天線，該系統(tǒng)還包括：

無線信號發(fā)射設(shè)備，與所述外接端子連接；以及

無線信號接收設(shè)備，接收所述金屬井蓋輻射出的信號。

附圖說明

圖1為本實用新型射頻天線的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實用新型射頻天線中金屬井蓋的輻射方向圖。

圖3為本實用新型射頻天線中金屬井蓋實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本實用新型射頻天線中金屬井蓋實施例一中金屬井蓋的輻射方向圖。

圖5為本實用新型射頻天線中金屬井蓋實施例一的輸入回波損耗圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本實用新型射頻天線包括金屬井蓋1、饋電線2、匹配電路3、外接端子4和無線發(fā)射設(shè)備5。

金屬井蓋1是半徑為R圓形井蓋，井蓋厚度為H，井蓋的材料為導(dǎo)電金屬材料，則通過合適的激勵就可以在井蓋上激勵起震蕩電磁波，該電磁波可以向空間發(fā)射，在井蓋上方空間發(fā)射的電磁波就可以被外部的無線信號接收設(shè)備接收到。

本實用新型中電磁波的激勵方式采用一個饋電線2直接連在金屬井蓋1上位于距離井蓋中心L的地方，L值的選擇要求為使所述金屬井蓋在需要的工作頻率上達(dá)到要求的輻射方向圖。這種結(jié)構(gòu)的電磁輻射分析可以用商業(yè)電磁場分析軟件(如HFSS)進(jìn)行分析和優(yōu)化，通過優(yōu)化L的值就能夠在需要的頻率上得到一種比較合適的輻射方向圖。

目前金屬井蓋的直徑一般在300～800mm，厚度在20mm左右，通過電磁場軟件模擬分析，這個尺寸范圍的井蓋可以在200～1000MHz的頻率范圍內(nèi)起到輻射器的作用，因而本實用新型中利用金屬井蓋作為輻射單元的天線其工作頻率范圍是200～1000MHz。

采用上述天線中金屬井蓋作為電磁波輻射結(jié)構(gòu)，一般來說其輸入阻抗和連接的電路是不匹配的，因此需要采用匹配電路3，該匹配電路3由電感和電容組成，電感和電容是儲能元件，它產(chǎn)生的損耗很小，能夠把能量最大程度的傳遞給輻射單元。電路部分的輸出阻抗一般為50歐姆，只要測出輻射單元的輸入阻抗，就可以利用電路分析軟件綜合出在給定頻率上的電感和電容值。由于井蓋尺寸是根據(jù)井來確定的，不能隨意改變其尺寸，通過給定尺寸的井蓋，調(diào)整L值使天線的輻射方向圖達(dá)到要求，但這樣該井蓋并不一定工作在我們需要的頻率上，該匹配電路的作用是將其匹配到我們需要的頻率上。

本實用新型射頻天線具有兩大優(yōu)點：一是無需在井蓋上開孔、開槽，只需要一個小的螺紋盲孔連接饋電線即可，對井蓋的機(jī)械強(qiáng)度和防護(hù)性能不產(chǎn)生影響；另一個就是本實用新型利用井蓋做輻射單元，能夠?qū)︷侂婞c進(jìn)行優(yōu)化，在給定的井蓋尺寸、給定的工作頻率上達(dá)到實際需要的輻射方向圖，在需要的方向上輻射能量最大，在不需要的方向上具有較小的輻射能量，圖2是一個優(yōu)化后的典型方向圖。

基于上述射頻天線的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點，本實用新型還包括使用上述天線的井蓋檢測系統(tǒng)，該井蓋檢測系統(tǒng)還包括井蓋檢測裝置、無線發(fā)射設(shè)備和無線接收設(shè)備，其中，無線發(fā)射設(shè)備5與射頻天線中的外接端子4連接，無線接收設(shè)備接收所述金屬井蓋輻射出的信號。

井蓋檢測系統(tǒng)實現(xiàn)包括井蓋檢測信息的信號傳輸過程如下：

井蓋檢測裝置將包括井蓋檢測信息的信號傳輸至無線發(fā)射設(shè)備5；

井蓋檢測裝置通過外接端子4將信號傳輸至上述的射頻天線中的饋電線2，信號經(jīng)饋電線2傳輸至金屬井蓋1，金屬井蓋1將信號經(jīng)過電磁波向外輻射出；

無線信號接收設(shè)備接收金屬井蓋1輻射出的信號，從而得到井蓋檢測信息。

實施例一

本實施例給出具體的實例來說明本實用新型射頻天線的結(jié)構(gòu)及使用。

如圖3所示，圓形的金屬井蓋1的直徑為600mm，厚度為26mm，讓它工作在450MHz頻率作為天線使用。通過優(yōu)化使饋電線2的饋線點到井蓋中心的距離為90mm，饋電線2的長度為10mm，采用一個電感和一個電容進(jìn)行匹配得到匹配電路3，匹配電感L＝139nH，匹配電容C＝91nH，電感和電容的組合形式并不限于圖1中的組合，也可以是其它形式。外接端子4與無線發(fā)射設(shè)備5相連。

圓形的金屬井蓋1加上匹配電路3后可以作為天線較好的工作在450MHz，其輻射方向圖如圖4所示，其經(jīng)過匹配后的輸入回波損耗值如圖5所示。從圖4可以看出，該井蓋天線的3dB波束寬度為60度，波束的中心在與垂直方向成60度夾角的方向上。一般與井蓋檢測設(shè)備通信的裝置安裝在地面上幾米至幾十米高的位置，且與井蓋距離幾百米到一公里，這個波束正好可以覆蓋這些范圍。從圖5可以看出，這個天線工作在450MHz，其回波損耗的-10dB帶寬是5MHz，完全可以滿足井蓋檢測設(shè)備的發(fā)射要求。