此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0043]本實(shí)用新型的天線，呈套環(huán)狀，即由環(huán)形或筒狀元件套設(shè)而成的環(huán)形結(jié)構(gòu)。該環(huán)形天線包括環(huán)形或柱形的天線地電極、環(huán)形絕緣支撐、天線輻射體同軸地套設(shè)。天線地電極位于環(huán)形絕緣支撐內(nèi)側(cè)壁，且緊貼近內(nèi)側(cè)壁設(shè)置。天線輻射體安裝于環(huán)形絕緣支撐內(nèi)，并繞成環(huán)形或弧形。天線輻射體與天線地電極之間間隔一定徑向距離。所述環(huán)形絕緣支撐用于固定天線輻射體以及天線地極且相互之間絕緣。天線地電極也可以是環(huán)形天線中心穿插的金屬柱形待測物或金屬中心軸構(gòu)成，換言之，所述天線地電極是獨(dú)立設(shè)置的金屬環(huán)或者是由柱形待測物構(gòu)成的金屬環(huán)。
[0044]利用本實(shí)用新型的環(huán)形天線，加載傳感芯片便可構(gòu)成環(huán)形傳感器，穿戴在柱形待測物外側(cè)，測量溫度、振動(dòng)或加速度等。利用該傳感器組裝于柱形待測物上，結(jié)合安裝附加部件，與數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行通訊，從而構(gòu)成無線檢測系統(tǒng)。該檢測系統(tǒng)天線輻射信號均勻穩(wěn)定，安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單。
[0045]以下根據(jù)具體實(shí)施例進(jìn)一步說明。
[0046]實(shí)施例一
[0047]無源無線傳感器，是指無需電源供電，可無線讀取的傳感器，典型代表是聲表面波傳感器。另外，接收電磁波進(jìn)行整流取電也可以驅(qū)動(dòng)傳感電路的工作，此類型的傳感器本實(shí)用新型中定義為“射頻整流取電的半導(dǎo)體傳感芯片”。因此無源無線傳感芯片可以包括聲表面波傳感芯片以及射頻整流取電的半導(dǎo)體傳感芯片。當(dāng)然，其它類型的無源無線傳感芯片也是適用的。無源無線這類傳感器在電力開關(guān)柜測溫等領(lǐng)域具有極大優(yōu)勢。
[0048]針對電力開關(guān)柜的動(dòng)靜觸頭、火車輪軸、機(jī)械傳動(dòng)軸等這些金屬軸承部件的測溫需求，本實(shí)施例提出了一種無源無線的溫度檢測套環(huán)傳感器。這種套環(huán)具有適合金屬軸承安裝、完全無源(無需電池就能工作)、信號覆蓋好、簡單可靠等優(yōu)點(diǎn)。
[0049]本實(shí)施例的套環(huán)，套環(huán)分為同心的外、中、內(nèi)三層，外層是半環(huán)形或者螺旋形金屬，內(nèi)層是圓筒狀金屬，中間層是包括聲表面波溫敏諧振器、阻抗匹配電感電容在內(nèi)的絕緣支撐；聲表面波溫敏諧振器的一端接內(nèi)層金屬筒，另一端通過阻抗匹配電感電容接外層金屬中間位置；內(nèi)層金屬的孔徑與所要安裝的金屬軸相吻合，外層金屬是無線信號輻射層，其外徑和周長根據(jù)工作頻率而定。
[0050]為了保護(hù)外層金屬，可以在外層金屬層外面添加一層絕緣保護(hù)層。內(nèi)層的金屬筒起到參考地的作用，也可以由所安裝的金屬軸替代而省略，作為天線地電極。
[0051]本實(shí)施例的套環(huán)，其內(nèi)、外層的金屬形成一個(gè)天線，在合理的尺寸設(shè)計(jì)下，可以有效接收和發(fā)射聲表面波溫敏諧振器的無線信號，從而實(shí)現(xiàn)與外部接收裝置的通信。根據(jù)仿真和試驗(yàn)結(jié)果，這種套環(huán)結(jié)構(gòu)的輻射方向垂直于套環(huán)軸心，且在各個(gè)方向基本是均勻的(即具有軸對稱輻射特性)。這說明當(dāng)套環(huán)隨著金屬軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，或者接收天線位于不同方向時(shí)，無線信號的收發(fā)是不受影響的，從而保證了信號傳輸良好。聲表面波溫敏諧振器是一種固有諧振信號隨溫度變化的無源器件，其厚度可以在1_多些，長寬幾個(gè)毫米。它在外部的電磁激勵(lì)信號下可發(fā)生諧振，并在外部激勵(lì)撤銷后釋放出某個(gè)頻率的電磁信號。根據(jù)其釋放的信號頻率與溫度的關(guān)系就可以檢測出溫度。由于其工作能量來自于外部激勵(lì)，因此不需要電池供電，從而大大節(jié)省體積，有助于實(shí)現(xiàn)小型化，盡量減少了對設(shè)備的影響。
[0052]本實(shí)施例的套環(huán)在本質(zhì)上是一個(gè)無源無線溫度傳感器，但由于其特殊的設(shè)計(jì)而解決了金屬軸的無線溫度檢測問題，具有體積小、信號不受金屬軸轉(zhuǎn)動(dòng)影響、安裝維護(hù)方面等優(yōu)點(diǎn)。尤其適合電力開關(guān)柜動(dòng)靜觸頭、火車輪軸、機(jī)床轉(zhuǎn)軸等物體的測溫。
[0053]將聲表面波溫敏諧振器換成帶有質(zhì)量加載塊的聲表面波諧振器，就構(gòu)成無源無線振動(dòng)或者角速度監(jiān)測套環(huán)。從而根據(jù)需要，在本實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)溫度以外的檢測。
[0054]如果空間允許，聲表面波溫敏諧振器可以換成有源的無線溫度或振動(dòng)檢測電路和電池，從而構(gòu)成有源的溫度或振動(dòng)監(jiān)測套環(huán)。有源的優(yōu)勢在于監(jiān)測距離遠(yuǎn)。
[0055]請參照圖1?2。其中標(biāo)號1表不筒狀金屬層；標(biāo)號2表不外層福射金屬層；標(biāo)號3表示絕緣支撐；標(biāo)號4表示聲表面波溫敏諧振器；標(biāo)號5表示阻抗匹配電路；標(biāo)號6表示通孔；標(biāo)號7表示外殼。圖1是無源無線溫度檢測套環(huán)具體實(shí)施例的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。工作頻率為900MHz，筒狀金屬層1為銅質(zhì)材料，內(nèi)經(jīng)35mm。絕緣支撐3是一個(gè)圓形電路板，板材為RF4，介電常數(shù)4.3。圓形電路板上面焊接聲表面波溫敏諧振器4和匹配電路5，諧振器尺寸為5mm*5mm*12mm，匹配電感電容元件共有3個(gè)，0603封裝。電路板外直徑75_，外層的輻射金屬層為銅質(zhì)半環(huán)形，周長在半波長左右。為了正確反映金屬軸的溫度，聲表面波溫敏諧振器4的外殼以及一個(gè)端與筒狀金屬層1緊密相連。阻抗匹配電路5 —端連接聲表面波溫敏諧振器4的一端，另一端連接外層金屬。絕緣外殼7為整個(gè)套環(huán)的提供保護(hù)。
[0056]通過HFSS軟件對套環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計(jì)算，尤其是優(yōu)化外層金屬周長，可以使該結(jié)構(gòu)對900MHz頻率有很高的輻射特性，而且在垂直于軸向的各個(gè)方向上，輻射基本相等，也就是說在垂直軸向的輻射方向圖是全向的。這樣可以保證隨著套筒的旋轉(zhuǎn)，信號的接收和發(fā)射不受影響。
[0057]如果套環(huán)的外直徑受到安裝尺寸限制，則可以縮小外直徑，根據(jù)要求的直徑重新仿真計(jì)算得到合適的外層金屬尺寸。總之，針對某個(gè)工作頻率，套環(huán)的尺寸不是唯一的，而是根據(jù)需要而定。
[0058]實(shí)施例二
[0059]請參照圖3?6，本實(shí)施例提出了一種具有軸對稱輻射特性的套環(huán)形抗金屬天線20，可以方便的安裝在柱形設(shè)備外圍，具有軸對稱輻射特性好、高度低和抗金屬的特點(diǎn)，非常適合用于電力設(shè)備觸頭、軸承和火箭導(dǎo)彈等具有金屬外殼的柱形裝置的溫度、振動(dòng)、加速度的測量。
[0060]本實(shí)施例提出的天線20，整體呈套環(huán)形，由位于內(nèi)側(cè)作為參考地(即天線地電極)的內(nèi)金屬環(huán)21、環(huán)形絕緣支撐22、位于外側(cè)作為天線輻射體的金屬帶23三者同軸地由內(nèi)至外地套設(shè)形成圓筒狀結(jié)構(gòu)。套環(huán)形天線20進(jìn)一步設(shè)有產(chǎn)生諧振的電容28和/或電感27。內(nèi)金屬環(huán)21位于環(huán)形最內(nèi)層絕緣支撐22的內(nèi)側(cè)；而金屬帶23埋設(shè)于或貼合安裝于絕緣支撐22內(nèi)部環(huán)繞成弧形或環(huán)形結(jié)構(gòu)且與內(nèi)金屬環(huán)間隔一定間隔。作為一種實(shí)施方式，金屬帶23環(huán)繞于環(huán)形絕緣支撐22的外側(cè)。環(huán)形絕緣支撐22的外徑根據(jù)環(huán)境要求、天線20的帶寬要求和絕緣材料的介電常數(shù)而確定。作為一具體實(shí)施，環(huán)形絕緣支撐22為一空心結(jié)構(gòu)，具體是由其筒狀內(nèi)側(cè)壁和筒狀外側(cè)壁之間形成環(huán)形槽，金屬帶23環(huán)繞于環(huán)形槽內(nèi)貼近外側(cè)壁。作為另一種實(shí)施方式，環(huán)形絕緣支撐22為實(shí)心環(huán)狀，金屬帶23嵌埋于環(huán)形絕緣支撐22內(nèi)靠近外側(cè)壁。作為再一種實(shí)施方式，金屬帶23位于套設(shè)于環(huán)形絕緣支撐外側(cè)壁，在金屬帶23外另設(shè)絕緣保護(hù)。作為又一種實(shí)施方式，金屬帶23實(shí)為環(huán)形絕緣支撐22外側(cè)壁上的金屬鍍層或者導(dǎo)電涂層。本實(shí)施例中，參照圖3(b)，環(huán)形絕緣支撐22包括環(huán)形內(nèi)側(cè)壁222，外側(cè)壁220以及兩側(cè)壁與底壁共同限定的環(huán)形槽221。金屬帶23緊貼外側(cè)壁220內(nèi)位于環(huán)形槽內(nèi)的內(nèi)側(cè)面而繞成弧形。天線地電極即內(nèi)金屬環(huán)21與外層金屬帶23構(gòu)成天線結(jié)構(gòu)，收發(fā)無線信號并與外部處理中心相互通訊。金屬帶23的寬度小于內(nèi)側(cè)金屬環(huán)21的寬度(或稱軸向高度)。金屬帶23的長度通過選擇絕緣支撐材料的介電常數(shù)、金屬帶23的接地及饋電方式、添加諧振補(bǔ)償電感27或者電容28來控制，但其長度主要滿足繞套環(huán)20的弧形角度或中心角度在180度?360度之間，以獲得較好的軸對稱輻射特性。
[0061]所述內(nèi)金屬環(huán)21實(shí)際上是圓筒狀的天線地電極的一種，其內(nèi)徑根據(jù)安裝尺寸需要而定，與安裝環(huán)境相吻合。
[0062]內(nèi)金屬環(huán)21上設(shè)置饋電的SMA射頻接頭25。SMA射頻接頭25的金屬外殼與金屬環(huán)21相連，SMA射頻接頭25的芯導(dǎo)體26與金屬帶23連接。環(huán)形絕緣支撐22的內(nèi)側(cè)壁222上形成一段開口 223用于金屬帶23與內(nèi)金屬環(huán)21之間的短路線及芯導(dǎo)體26連接通道。
[0063]套環(huán)20的內(nèi)徑和外徑通常是由安裝環(huán)境而定的，當(dāng)絕緣支撐22的材料也確定后，就需要設(shè)計(jì)天線金屬帶長度、饋電和接地方式，基本設(shè)計(jì)方法的具體實(shí)例如后文所詳述。
[0064]參照圖3 (a) (b)，第一種類似于平面倒F天線(或PIFA天線)，金屬帶23的長度約在四分之一波長，一端與作為天線地電極的金屬環(huán)21相連短路，另一端開路。饋電的射頻接頭芯導(dǎo)體26位于作為外層輻射體的金屬帶23中間偏短路一側(cè)，使得短路的一側(cè)形成電感效應(yīng)；開路的一側(cè)形成電容效應(yīng)；二者在工作頻點(diǎn)上形成并聯(lián)諧振。金屬帶23的左端是開路的，右端是短路的，金屬帶23的電長度可以根據(jù)絕緣支撐22的材料介電常數(shù)和形狀計(jì)算得到，這決定了該天線的工作頻率。通過在金屬帶23上選擇合適的位置作為饋電點(diǎn)，與射頻接頭芯導(dǎo)體26相連，該結(jié)構(gòu)就會在這個(gè)頻率上產(chǎn)生諧振，也就具有了天線的功能。
[0065]參照圖4，第二種情況下，金屬帶23的一端