[实用新型]隐蔽式无线传感器网络节点的柔性天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及无线传感器网络领域，具体涉及一种节点天线装置。

背景技术

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发明专利公开号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Sun 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。

实用新型内容

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

本实用新型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

使用本实用新型的天线，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