隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线制造技术

本实用新型专利技术涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种节点天线装置。所说的隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线，是由同轴电缆和天线接口构成，同轴电缆的一端设置有天线接口，与网络节点上的天线接口相匹配；同轴电缆的另一端的屏蔽网剥开１／４波长的长度，作为天线。使用本实用新型专利技术的天线，可使节点和天线分离，传感器节点掩埋在地表以下，将天线伸出地表，保证无线信号的有效传播距离；暴露在地面之上的天线具有柔韧性，即使受到踩踏后也能继续工作；天线伪装后与周围环境融为一体，不易被发现。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种节点天线装置。
技术介绍
无线传感器网络是由布置在监测区域内的具有感知能力、计算能力和通信能力的 传感器节点通过无线通信方式，相互传递信息，协同地完成监测任务的自组织网络。无线传 感器网络是当今国内外倍受关注的新兴前沿研究领域，在环境监测、军事侦察、农业生产和 医疗健康监护等领域有着广阔的应用前景。但无线传感器网络为实验室或一般性应用设计 的传感器节点在实际应用中显示出了较大的局限性，如远程大面积监测、跟踪和侦察通常 是在环境较为恶劣的野外环境中进行的，如何使传感器节点处于较为隐蔽不易被发现的状 态，避免动物践踏或人为损坏，减少阳光、风雨、温差对节点的影响，成为无线传感器网络从 实验室走向实际应用中需要解决的问题之一 (中国科学院计算技术研究所赵磊；阚保强， 夏鹏，徐勇军，李晓维一种无线传感器网络网关设备专利技术专利公开号101009619，公开日期 2007. 08. 01)。将传感器节点掩埋到地下一定深度，是防止动物践踏、人为损坏和隔离气候 影响的有效方法。由于大地的导电性，对于一般工作在868MHz/915MHz/2. 4GHz频段的传感 器节点，掩埋的部署方式将会造成天线之间信息传递被阻挡，使节点之间的通信距离迅速 下降，地下节点的部署密度远远大于相同的监测范围地上部署节点的密度，构建网络的成 本提高甚至根本无法构建网络。为了实现隐蔽节点的同时不降低通信距离，可行的方法是 掩埋节点，将天线伸出地表。 现有的传感器节点通常和天线连在一起，传感器节点上的天线一般有两种形式 贴片天线和偶极天线。贴片天线内置在节点中，节点掩埋则天线也被掩埋，西普公司S皿 SPOT节点就是采用的贴片天线；偶极天线是由金属材料和胶外套组成硬质天线，通过接口 外置在节点上，例如Crossbow公司的IRIS模块使用的天线和宁波中科的GAINSJ节点使用 的天线。传感器节点上的偶极天线长度较短，通常长度3cm 10cm，掩埋节点而将天线伸出 地表的方案使节点掩埋在地下的深度有限，不能有效隔离践踏和气候影响。这种硬质天线 在被踩踏时还会带翻节点、并往往在接头处折断，且目标较易遭人为破坏。因此这两种天线 都不能满足实际应用中隐蔽式无线传感器网络节点通信的需要。
技术实现思路
1、要解决的技术问题 无线传感器网络的实际应用需要节点处于不易发现较为隐蔽的状态，有效的实现 方法之一是将传感器节点掩埋。现有的传感器节点和传递信息使用的天线直接连在一起。 如果传感器节点被掩埋则天线也被掩埋，导致通信距离急剧下降或不能通信。为了使传感 器节点被掩埋的同时保证有效的通信距离，需要采用与节点分离、不易被发现、被踩踏后能 够恢复原状的新型天线。 2、技术方案 本技术所公开的隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线，是由同轴电缆和天 线接口构成，同轴电缆的一端设置有天线接口，与网络节点上的天线接口相匹配；同轴电缆 的另一端的屏蔽网剥开1/4波长的长度，作为天线。 该技术方案中传感器节点和天线之间采用同轴电缆连接。即此同轴电缆即作馈电 传输线又作为天线使用，由此实现天线和馈电传输线之间的无缝衔接。同轴电缆长度决定 节点的掩埋深度和天线出露地表的高度，馈电传输线的长度为同轴线长度减去天线的有效 传播长度(1/4波长)； 上述所说的同轴电缆的天线接口，可以是SMA(Sub-Miniature-A)天线接口 ，如将 同轴电缆的一端安装内螺纹内针的SMA-J接口，与节点上原连接偶极天线的外螺纹内孔的 SMA-K接口紧密连接。 选择适当材料作为同轴电缆的保护套管。保护套管应具有耐热性、耐蚀性和抗老 化性，并且套管还起到密封作用，如图2所示。此外，选择材料不同同轴电缆的还原性不同， 可适用于不同的需要。例如选择可挠电线保护套管使同轴电缆具有可挠性，可使天线处于 定向状态；选择塑料电线保护套管使同轴电缆具有柔韧性和还原性，在不受外力压迫下处 于直立状态，受压踩踏后能够复原。天线套管颜色可选择与地面环境相似的，与地面环境融 为一体，不易被发现。 节点固定在防潮密封盒中，在盒内同轴电缆通过SMA接口和节点连接，通过密封孔伸出密封盒； 3、有益效果 使用本技术的天线，可使节点和天线分离，传感器节点掩埋在地表以下，将天 线伸出地表，保证无线信号的有效传播距离；暴露在地面之上的天线具有柔韧性，即使受到 踩踏后也能继续工作；天线伪装后与周围环境融为一体，不易被发现。附图说明图1传感器节点和同轴电缆连接图 图2新型天线结构、接口连接和天线剖面图 图3传感器节点掩埋效果图 图4使用挠性保护套管的天线图 l，传感器节点；2，射频芯片；3， SMA接口 ；4，天线；5，馈电传输线；6，电线保护套 管；7，针；8，天线的内导体；9，小刚套；10，热縮管；11 ，馈电传输线的外塑料套；12，馈电传 输线的屏蔽层；13，馈电传输线的绝缘层；14，温度传感器；15，挠性电线保护套管。具体实施方式实施例1.柔韧性天线。在新疆煤田火区治理后复燃情况无线传感器网络监测中， 为避免牲畜践踏和人为破坏，采用节点掩埋、天线伸出地表的节点设置方案。传感器节点1 为宁波中科的GAINSJ，射频芯片2JN5121-Z01-M01，工作频率2. 4GHz，节点发射功率为ODB 到-30DB之间。设计温度传感器14位于地下1. 5m处，节点掩埋深度0. 5m，天线4伸出地表 0. lm，如图3所示。因此同轴电缆作为馈电传输线5部分长0.6m(地下0.5m、地上0. lm)， 天线长度1由下式计算/ = — x—= —-^ 0.03125m丄丄—丄3.0x108 7X7 —7X2.4xl09 其中c为电磁波在真空中的传播速度，f为传感器节点射频芯片的工作频率。因 此作为天线和馈电传输线的同轴电缆总长63cm，采用内径为1.5mm双屏蔽同轴电缆。考虑 到应有一定的余量，同轴电缆实际长度应比63cm略长。 节点1GAINSJ自带长度为0. 08m的不可伸縮无韧性的黑色胶棒天线，将此自带天 线卸掉，节点1和同轴电缆做为馈电传输线5部分之间使用型号为50-1. 5的SMA天线接 口3紧密连接节点上安装外螺纹内孔的SMA-K接口，馈电传输线一端安装内螺纹内针7的 SMA-J接口 3(图1)。将馈电传输线的内导体8和针连接，外套小刚套9，用压线钳压紧，外 套热縮管。整个连接结实安全，防止馈电传输线和SMA接口的松动。将同轴电缆另一端的 外塑料套11和屏蔽层12去掉3cm构成天线(图2)。 馈电传输线和天线之间的接口采用环氧树脂密封，防止潮气的渗透。馈电传输线外套玻璃纤维套管，两者紧密结合。玻璃纤维套管具有较高的耐热性、耐蚀性和抗老化性，可以降低天气对馈电传输线的影响，此外玻璃纤维套管具有优良的柔韧性和还原性，即使在零下5(TC低温下亦能保持其柔韧性和还原性，可以在动物踩踏弯曲后能及时还原。玻璃纤维套管的颜色可以选择与地表环境一致，避免被发现引起人为破坏。 经过测量，GAINSJ节点在地表以上使用节点自带的黑色胶棒天线传输距离为160m，使用柔韧性天线传输距离没有改变。在小雨地面潮湿的环境下，节点发射功率为-24DB，把节点掩埋在地表以下0. 5m，如果使用节点自带的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线，其特征在于，是由同轴电缆和天线接口构成，同轴电缆的一端设置有天线接口，与网络节点上的天线接口相匹配；同轴电缆的另一端的屏蔽网剥开１／４波长的长度，作为天线。

【技术特征摘要】
一种隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线，其特征在于，是由同轴电缆和天线接口构成，同轴电缆的一端设置有天线接口，与网络节点上的天线接口相匹配；同轴电缆的另一端的屏蔽网剥开1/4波长的长度，作为天线。2. 根据权利要求1所述的隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线，其特征在于，同轴 电...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋中秋，闫述，曹清华，陈玲，薛利军，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]