发明专利｜一种使用超材料天线的智能电表

 

    内容说明

 

    在绿色节能意识的推动下，以智能电表为核心的智能电网成为世界各国竞相发展的一个重点领域。发展智能电网也能让公用事业机构及用户受益。如智能电网可帮助电力机构降低运营支出、减少窃电、优化运营及即时响应用户需求等。用户也有机会享受到更灵活的定价，因网络计量节省成本及帮助实现家庭自动化等。

 

     因此，智能电网的发展前景颇受看好。而智能电表预计全球出货将从2008年的仅数百万部增长至2014年的约5,000万部，年复合增长率(CAGR)高达48％。而从技术趋势来看，未来将超向双向实时通信、开放式平台/模块化服务。系统集成也将是重要的未来趋势，预计可更新、插电式混合动力汽车(PHEV)以及家庭自动化等将集成到智能电网系统之中。智能电表也将超向采用先进计量体系(AMI)，并成为未来家庭区域网络(HAN)的组成部分。

 

     在智能电表与智能电网数据交换时，不仅要求电子电路快速处理能力，而且对无线传输器件-天线的要求是高速、超宽带、大容量的传输这些信息。天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。

 

      发明内容

 

      为了解决现有智能电表中存在的问题，本发明提供了一种使用超材料天线的智能电表，通过高性能的超材料内置天线技术，在满足智能电表性能要求的前提下实现天线的小型化、内置化。

 

      为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一智能电表，包括通信端，还包括一超材料天线，所述超材料天线与所述通信端相连，所述超材料天线包括一介质基板和设置于所述介质基板一表面的一馈电点、与所述馈电点相连接的馈线及一金属结构；所述馈线与所述金属结构相互耦合，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓扑结构而成。

 

      图为本发明实施例1应用场景的模块图

 

      进一步地，所述超材料天线还包括接地单元，所述接地单元对称地分布所述馈电点两侧；所述接地单元上设置有若干个金属化的通孔。此外，所述超材料天线还包括一参考地，所述参考地包括位于所述介质基板相对两表面上的第一参考地单元及第二参考地单元，所述第一参考地单元使所述馈线的一端形成微带线，所述第一参考地单元及第二参考地单元相互电连接。所述第二参考地单元还包括第四金属面单元，所述第四金属面单元位于所述馈线一端的一侧，并位于所述馈线的延伸方向上，所述第一金属面单元与所述第四金属面单元通过所述金属化通孔电连接。

 

      同时，所述介质基板设置有若干金属化通孔，所述第一参考地单元与所述第二参考地单元通过所述金属化通孔实现电连接，所述第一参考地单元设置有相互电连接的第一金属面单元及第二金属面单元，所述第一金属面单元与所述馈线的一端位置相对，使所述馈线的一端形成所述微带线；所述第二参考地单元设置有第三金属面单元，所述第三金属面单元与所述第二金属面单元位置相对。

 

      进一步地，所述介质基板位于所述第二金属面单元及所述第三金属面单元处开设有若干金属化通孔，所述第二金属面单元与所述第三金属面单元通过所述金属化通孔电连接。此外，本发明中所述超材料天线的谐振频段至少包扩2.4GHz-2.49GHz和5.72GHz-5.85GHz。

 

      本发明的智能电表采用超材料天线技术，能够实现天线的小型化及内置，基于超材料天线技术设计出使一个波段、两个或者更多不同波段的电磁波谐振的超材料天线，决定该天线体积的金属结构尺寸的物理尺寸不受半波长的物理长度限制，可以根据智能电表本身尺寸设计出相应的天线，能够满足智能电表小型化、天线内置的需求。应用超材料天线的智能电表可以满足智能电网与智能电表间双向实时数据交换的要求，避免数据交换时的堵塞、丢失等现象。