一种单极子水天线

1.本发明涉及一种水天线，尤其是涉及一种单极子水天线。


背景技术：

2.水在我们生活中是必不可少的物质之一，在日常生活中起着重要的作用。水具有易获取、透明性、流动性等特点。基于水的特性设计的水天线相对于传统的天线，不但成本低、接入方便，而且具有隐蔽性和可应急性的特点，近几年中备受欢迎。
3.现有的单极子水天线装载海水与纯净水两种不同电导率的水，海水与纯净水分别实现一个频段工作，从未实现了双频段工作，其中通过海水实现的第一个工作频段为wifi频段(2.420
–
2.4835ghz)，用于进行室内通信，通过纯净水实现的第二个工作频段为应急通信频段(1.544-1.646ghz)，用于遇到突发事件时的通信。但是，现有的单极子水天线因为需要同时装载海水与纯净水，其需要分别设计海水与纯净水的辐射结构，以致结构比较复杂，同时，其海水和纯净水的辐射结构中形成的水柱都是圆柱体，由此在两个频段内的辐射方向都不是全向辐射。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，且在两个工作频段都能实现全向辐射的单极子水天线。
5.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种单极子水天线，包括同轴电缆、金属底板、teflon底座、第一水罐，第二水罐和四个完全相同的弧形水臂，所述的弧形水臂采用上端开口下端封闭的弧形水管实现，所述的金属底板为半径为30mm的圆板，所述的teflon底座为圆柱形，所述的teflon底座位于所述的金属底板的上方，所述的teflon底座与所述的金属底板同轴，且所述的teflon底座的下端面与所述的金属底板的上端面贴合，所述的teflon底座的半径小于所述的金属底板的半径，所述的第一水罐通过在圆柱体主体上开设圆柱形空腔实现，所述的圆柱形空腔与所述的圆柱体主体同轴，所述的圆柱形空腔的上端面与所述的圆柱体主体的上端面齐平，所述的圆柱形空腔的高度等于所述的圆柱体主体的高度，所述的圆柱形空腔的半径比所述的圆柱体主体半径小3mm，所述的圆柱体主体位于所述的teflon底座的上方，所述的圆柱体主体和所述的teflon底座同轴，且所述的圆柱体主体的下端面与所述的teflon底座的上端面贴合，所述的teflon底座将所述的圆柱体主体的下端面封闭，所述的圆柱体主体的半径小于所述的teflon底座的半径，所述的同轴电缆的内芯依次穿过所述的金属底板、所述的teflon底座和所述的圆柱体主体的底部后进入所述的圆柱形空腔中，所述的第二水罐通过在圆锥台主体上开设圆锥台空腔实现，所述的圆锥台主体具有大头端和小头端，所述的圆锥台主体的小头端半径等于所述的圆柱形主体的半径，所述的圆锥台主体的小头端位于其大头端的下方，所述的圆锥台主体与所述的圆柱形主体同轴，所述的圆锥台主体的小头端与所述的圆柱形主体的上端面贴合，所述的圆锥台空腔与所述的圆锥台主体同轴，所述的圆锥台空腔具有大头端和小头端，所述的圆
锥台空腔的小头端与所述的圆锥台主体的小头端齐平，所述的圆锥台空腔的大头端与所述的圆锥台主体的大头端齐平，所述的圆锥台空腔与所述的圆锥台主体同轴，所述的圆锥台空腔的小头端半径等于所述的圆柱形空腔的半径，所述的圆锥台主体的侧壁上沿一圈均匀间隔设置有与所述的圆锥台空腔相通的四个通孔，四个弧形水臂一一对应安装在四个通空处，四个弧形水臂均与所述的圆锥台空腔相通；所述的弧形水臂的侧壁厚度为2mm，所述的弧形水臂下端封闭处厚度为1mm；将弧形水臂到与所述的金属底板的之间夹角记为α，α取值范围为45-60
°
；将所述的teflon底座的高度记为h1,h1的取值范围为1-4mm，将所述的同轴电缆的内芯进入所述的圆柱形空腔的高度记为h2，h2的取值范围为8-12mm，将圆柱形空腔的高度记为h3，h3的取值范围为45-65mm，将所述的通孔中心到所述的金属底板下端面所述的平面的距离记为h4，h4的取值范围为55-65mm,将所述的圆锥台主体的高度记为h5，h5的取值范围为15-25mm，将所述的金属底板的半径记为r1，r1的取值范围20-60mm，将所述的弧形水臂的内径记为r2，r2的取值范围1-1.5mm，将所述的弧形水臂的外径记为，r3的取值范围3-3.5mm，将所述的圆柱形空腔的直径记为d1，d1的取值范围为6-8mm,将所述的圆柱形主体的直径记为d2，d2的取值范围为4-6mm，所述的圆锥台空腔的大头端直径记为d3，d3的取值范围为10-16mm，将所述的圆锥台主体的大头端直径记为d4，d4的取值范围为20-30mm。
6.所述的金属底板的材料为为铜，所述的圆柱形主体、所述的圆锥台主体和四个弧形水臂的材料均为介电常数为2.75、损耗均为0.02 3d打印材料watershed xc11122，α＝56.5
°
所述的同轴电缆内芯的直径为1.27mm，h1＝1mm，h2＝10mm，h3＝50mm，h4＝61.5mm，h5＝20mm，r1＝30mm，r2＝1mm，r3＝3mm，d1＝6mm，d2＝14mm，d3＝14mm，d4＝28mm。
7.与现有技术相比，本发明的优点在于通过同轴电缆、金属底板、teflon底座、第一水罐，第二水罐和四个完全相同的弧形水臂构成单极子水天线，弧形水臂采用弧形水管实现，第一水罐通过在圆柱体主体上开设圆柱形空腔实现，第二水罐通过在圆锥台主体上开设圆锥台空腔实现，当工作时，在第一水罐、第二水罐和四个弧形水臂中均装满纯净水，此时同轴电缆接入外部激励电磁波，电磁波通过telfon底座使得大部分激励电磁波聚集在第一水罐底部，进而依次通过第一水罐、第二水罐和四个弧形水臂向外传播，在电磁波传播过程中，由于第一水罐和第二水罐存在尺寸的变化，导致了电磁波在纯净水中传输边界的变化，进而产生了wifi频段和应急通信频段这两个工作频段，在四个弧形水臂的配合下，电磁波能经过第一水罐和第二水罐后进入到弧形水臂向外辐射，从而能弥补两个工作频段内的辐射方向，使两个工作频段都能实现全向辐射，由于四个弧形水臂的尺寸比第一水罐和第二水罐小，这样只有一小部分电磁波能够经由四个弧形水臂中向外辐射，减小了对两个工作频段的影响，保证两个工作频段的正常工作，由此本发明仅通过纯净水即可实现两个工作频段，结构简单，且在两个工作频段都能实现全向辐射。
附图说明
8.图1为本发明的单极子水天线的立体图；
9.图2为本发明的单极子水天线的分解图；
10.图3为本发明的单极子水天线的剖视图；
11.图4为本发明的单极子水天线在1.68ghz、2.51ghz两个谐振点的回波损耗图；
12.图5为本发明的单极子水天线在1.68ghz谐振点下的二维增益方向图；
13.图6为本发明的单极子水天线在2.51ghz谐振点下的二维增益方向图。
具体实施方式
14.以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
15.实施例：如图1-图3所示，一种单极子水天线，包括同轴电缆1、金属底板2、teflon底座3、第一水罐4，第二水罐5和四个完全相同的弧形水臂6，弧形水臂6采用上端开口下端封闭的弧形水管实现，金属底板2为半径为30mm的圆板，teflon底座3为圆柱形，teflon底座3位于金属底板2的上方，teflon底座3与金属底板2同轴，且teflon底座3的下端面与金属底板2的上端面贴合，teflon底座3的半径小于金属底板2的半径，第一水罐4通过在圆柱体主体41上开设圆柱形空腔42实现，圆柱形空腔42与圆柱体主体41同轴，圆柱形空腔42的上端面与圆柱体主体41的上端面齐平，圆柱形空腔42的高度等于圆柱体主体41的高度，圆柱形空腔42的半径比圆柱体主体41半径小3mm，圆柱体主体41位于teflon底座3的上方，圆柱体主体41和teflon底座3同轴，且圆柱体主体41的下端面与teflon底座3的上端面贴合，teflon底座3将圆柱体主体41的下端面封闭，圆柱体主体41的半径小于teflon底座3的半径，同轴电缆1的内芯依次穿过金属底板2、teflon底座3和圆柱体主体41的底部后进入圆柱形空腔42中，第二水罐5通过在圆锥台主体51上开设圆锥台空腔52实现，圆锥台主体51具有大头端和小头端，圆锥台主体51的小头端半径等于圆柱形主体的半径，圆锥台主体51的小头端位于其大头端的下方，圆锥台主体51与圆柱形主体同轴，圆锥台主体51的小头端与圆柱形主体的上端面贴合，圆锥台空腔52与圆锥台主体51同轴，圆锥台空腔52具有大头端和小头端，圆锥台空腔52的小头端与圆锥台主体51的小头端齐平，圆锥台空腔52的大头端与圆锥台主体51的大头端齐平，圆锥台空腔52与圆锥台主体51同轴，圆锥台空腔52的小头端半径等于圆柱形空腔42的半径，圆锥台主体51的侧壁上沿一圈均匀间隔设置有与圆锥台空腔52相通的四个通孔，四个弧形水臂6一一对应安装在四个通空处，四个弧形水臂6均与圆锥台空腔52相通；弧形水臂6的侧壁厚度为2mm；弧形水臂6的下端封口处厚度为1mm；将弧形水臂6到与金属底板2的之间夹角记为α，α取值范围为45-60
°
；将teflon底座3的高度记为h1,h1的取值范围为1-4mm，将同轴电缆1的内芯进入圆柱形空腔42的高度记为h2，h2的取值范围为8-12mm，将圆柱形空腔42的高度记为h3，h3的取值范围为45-65mm，将通孔中心到金属底板2下端面平面的距离记为h4，h4的取值范围为55-65mm,将圆锥台主体51的高度记为h5，h5的取值范围为15-25mm，将金属底板2的半径记为r1，r1的取值范围20-60mm，将弧形水臂6的内径记为r2，r2的取值范围1-1.5mm，将弧形水臂6的外径记为，r3的取值范围3-3.5mm，将圆柱形空腔42的直径记为d1，d1的取值范围为6-8mm,将圆柱形主体的直径记为d2，d2的取值范围为4-6mm，圆锥台空腔52的大头端直径记为d3，d3的取值范围为10-16mm，将圆锥台主体51的大头端直径记为d4，d4的取值范围为20-30mm。
16.本实施例中，金属底板2的材料为为铜，圆柱形主体、圆锥台主体51和四个弧形水臂6的材料均为介电常数为2.75、损耗均为0.023d打印材料watershed xc11122，α＝56.5
°
同轴电缆1内芯的直径为1.27mm，h1＝1mm，h2＝10mm，h3＝50mm，h4＝61.5mm，h5＝20mm，r1＝30mm，r2＝1mm，r3＝3mm，d1＝6mm，d2＝14mm，d3＝14mm，d4＝28mm。实现了满足应急通信频段和wifi频段要求的同时，具有全向辐射的要求，并且尺寸小型化的优势。
17.本发明的单极子水天线在wifi频段和应急通信频段的回波损耗图如图4所示，分
析图4可知：本发明在两个工作频段内分别对应的最大回波损耗频率为1.68ghz和2.51ghz，1.68ghz时其-10db工作带宽为1.53ghz-1.94ghz，绝对带宽为410mhz，2.51ghz时其-10db工作带宽为2.34ghz-2.60ghz，绝对带宽为260mhz，在对应最大回波损耗频率的最大增益分别为1.6dbi和2.3dbi，对应其深度分别为-24.9db和-19.6db。由此可知，本发明能够很好的满足两个工作频段的工作要求。
18.本发明的单极子水天线在1.68ghz频率下的二维增益方向图如图5所示，本发明的单极子水天线在2.51ghz频率点下的二维增益方向图如图6所示，其中e_plane为3d坐标中的yoz面，h_plane为3d坐标中的xoy面。分析图5和图6可知：本发明在两个工作频段内分别对应的最大回波损耗频率分别为1.68hz和2.51hz，最大增益值分别为1.6dbi和2.3dbi。由此可知本发明在能够实现全向辐射的基础上具有较高的增益。