照明及通信兩用電器的製作方法
2023-10-08 08:52:34 1
專利名稱：照明及通信兩用電器的製作方法
技術領域：
照明及通信兩用電器，屬於無線通信領域，涉及以照明電器為載體的無線通信基站天線技術。
背景技術：
現有的無線通信基站天線主要建在高層建築樓頂，以CDMA基站為例，平均發射功率為0.25W，覆蓋半徑為100m～500m。天線大多以銅或銅合金作為材料，形狀以直線和平板為主。
傳統的基站天線存在很多問題1、由於目前城市建築物樓頂已經各類基站林立，網絡優化新基站選址很難。
2、由於傳統的基站距離移動臺的平均距離為250m，基站及移動站的發射功率都較大。
3、由於傳統基站覆蓋範圍較大，其內的建築地形複雜，某些地點的信號衰減可能很大。
4、各式林立的基站影響城市形象。
將照明燈與天線集成的技術將很好地解決上述的問題。
目前，這方面的專利有「Integrated lighting and data communication apparatus」(美國專利，作者Mitchell；James P，專利號US6,653,932)以及「半導體照明及通信兩用基站燈」(中國專利，作者劉耀進，申請號200410060892.0)。
這些專利的核心思想為將一個發光二極體與信號傳輸處理裝置進行整合，以白光或紅外線為信號載體。收到信號，經過收發信機處理後，由電力線進行傳輸。
這樣的方法確實具有電力線傳輸的優點，但是在無線信號傳輸上卻有諸多問題1、若以紅外線作為信號載體，紅外線在實際應用中可劃分為以下三個波段近紅外波長為0.77～3.0μm、中紅外波長為3.0～30μm、遠紅外波長為30～1000μm，而GSM或CDMA(若都以1.8G為載波)的波長為16.7cm，所以不能用於現在GSM或CDMA無線通信。
2、若以紅外線作為信號載體，現有的基於GSM和CDMA的所有的基站和移動臺都要重新設計，所有的設備、算法都被棄用。
另外，利用分布式天線的思想也可以解決傳統基站的問題。
目前，這方面的專利有「一種微蜂窩分布式天線系統」(中國專利，作者邢文韜，專利號02288157.3)。
這些專利的核心思想為在於提供一種分布式天線，實現既可以減少基站個數，降低成本，又能改善覆蓋效果。
這種方法的缺點在於在有限的空間內以增加天線來改善覆蓋效果，勢必將影響美觀且增加基站選址難度。
發明內容
本發明提供一種照明及通信兩用電器，將照明電器和通信基站天線有效地集成在一起。整個裝置作為照明電器不影響照明功能；作為通信基站天線具有使用方便，分布更靈活，功耗、輻射更小，不影響城市美觀。
本發明的核心思想在於通信基站天線以一定的方式集成於照明電器任意部分，與照明電器融為一體。
本發明技術方案為照明及通信兩用電器，如圖1所示，包括照明電器1和無線通信基站天線，無線通信基站天線由彼此相連的收發信機3和天線4組成，其特徵在於，所述無線通信基站天線以照明電器1為載體，二者集成在一起；其中，收發信機3與照明電器1並聯。
所述照明電器1可以是各種照明燈，如白熾燈、電子節能燈、普通螢光燈、分離式節能燈、高壓鈉燈。
所述收發信機3與可以集成在照明電器1內，也可以置於照明電器1外。
所述天線4以小尺寸小功率的天線為主，可以集成在照明電器1內，也可以置於照明電器1外。
本發明是這樣工作的照明電器以傳統方式接入電力網，提供照明；無線通信基站天線通過天線4接收無線高頻信號，經收發信機3處理後轉化為低頻信號，再通過信號傳輸通道進行傳輸；或者，無線通信基站天線通過收發信機3將信號傳輸通道傳送的低頻信號轉換成高頻信號再通過天線4發射出去。
照明燈以家庭光源為主，包括白熾燈、電子節能燈、普通螢光燈、分離式節能燈等，同時也包括工業用照明，如高壓鈉燈等等。從而可以適應不同場合的要求。
由於使用地點多為小範圍的室內，所以天線4以小尺寸小功率的天線為主。
與以前的專利，如「Integrated lighting and data communication apparatus」(美國專利，作者Mitchell；James P，專利號US6,653,932)以及「半導體照明及通信兩用基站燈」(中國專利，作者劉耀進，申請號200410060892.0)相比，本發明的創新點在於按照明燈的不同尺寸，以不同的方式把現有的某些形狀天線與照明燈整合，同時又在不影響照明燈透光度的情況下，達到最佳的通信效果。這樣做的好處是1、可以根據照明燈的尺寸，在現有的天線外觀基礎上選擇最佳的尺寸、性能，從而實現簡單，節省精力、成本；2、以電磁波傳輸，與現有的所有移動通信標準兼容，現有的通信設備，包括基站、移動臺都能保留。
本發明有益效果是1、有效地解決了目前基站選址難的問題，且基站完全隱蔽，美觀。
2、由於縮短了接入點和移動臺的距離，所以較好地解決手機輻射功率大的問題。
3、由於縮短了接入點和移動臺的距離，所以較好地解決傳統基站周圍強輻射的問題。
4、安全，美觀。無線接入點與照明燈集成在一起，在防火，防其它傷害上更安全，且外形更美觀。
5、兼容現有的移動通信標準，可以形成一個穩定且十分廣大的市場。
6、方便，靈活，可控的接入，可以完全根據用戶的需求，由用戶自主控制安裝和開關，就像安裝燈泡一樣簡捷方便。
圖1為照明及通信兩用電器的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。照明電器1以傳統方式接入電力網，提供照明；收發信機3與照明電器1並聯。
圖2為本發明的一種實施方式—電子節能燈集成螺旋天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為電子節能燈，所述天線4為纏繞螺旋天線，L為天線電子節能燈的長度，D為電子節能燈燈頭的直徑，B是電子節能燈單管的直徑，P為天線4的直徑，α為纏繞螺旋天線的角度。纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的電子節能燈燈管的外壁。所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
圖3為本發明的一種實施方式—電子節能燈集成螺旋天線(天線陣)的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為電子節能燈，所述天線4為纏繞螺旋天線(天線陣)，L為天線電子節能燈的長度，D為電子節能燈燈頭的直徑，B是電子節能燈單管的直徑，P為天線4的直徑，α為纏繞螺旋天線的角度。纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的電子節能燈燈管的外壁。由於螺旋天線的互阻抗可忽略不計，所以宜組成螺旋天線陣，以增大其發射功率。所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
圖4為本發明的一種實施方式—螢光燈集成螺旋天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為螢光燈，所述天線4為纏繞螺旋天線，L為螢光燈燈管的長度，D為螢光燈燈管的直徑，P為螺旋天線全長，F螢光燈插頭的長度，α為纏繞螺旋天線的角度。纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近螢光燈插頭的燈管外壁。所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
圖5為本發明的一種實施方式—高壓鈉燈集成螺旋天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為高壓鈉燈，所述天線4為纏繞螺旋天線，L為高壓鈉燈的長度，D為高壓鈉燈燈管的直徑，P為螺旋天線全長，α為纏繞螺旋天線的角度。纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的高壓鈉燈燈管的外壁。所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
圖6為本發明的一種實施方式—分離式節能燈集成螺旋天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為分離式節能燈，所述天線4為纏繞螺旋天線，L為分離式節能燈的長度，D為分離式節能燈燈管的寬度，B為分離式節能燈燈管的直徑，R為螺旋天線全長，α為纏繞螺旋天線的角度。纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的分離式節能燈的外壁。所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
圖7為本發明的一種實施方式—螢光燈集成直線天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為螢光燈，所述天線4為直線型天線，L為螢光燈燈管的長度，D為螢光燈燈管的直徑，R為直線天線全長，P為直線天線的直徑，F螢光燈插頭的長度。直線型天線鍍在螢光燈外壁，採用水平極化，同軸饋電的方式。
圖8為本發明的一種實施方式—高壓鈉燈集成直線天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為高壓鈉燈，所述天線4為直線型天線，L為高壓鈉燈的長度，D為高壓鈉燈燈管的直徑，R為直線天線全長，P為直線天線的直徑。直線型天線鍍在高壓鈉燈外壁，採用水平極化，同軸饋電的方式。
圖9為本發明的一種實施方式—白熾燈集成環形天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，3是收發信機，4是天線。所述照明電器1具體為白熾燈，所述天線4為環狀天線，L為照明燈全長，D為白熾燈燈泡的直徑，P為天線的直徑。環狀天線鍍在白熾燈外壁，採用雙線傳輸線饋電，圓極化方式。
圖10為圖9所示意的本發明的一種實施方式—白熾燈集成環形天線的俯視圖。
其中，1是照明電器，4是天線。所述照明電器1具體為白熾燈，所述天線4為環狀天線，D為白熾燈燈泡的直徑，R為環狀天線所圍成的環形直徑。
圖11為本發明的一種實施方式—螢光燈集成偶極子天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，4是天線。所述照明電器1具體為螢光燈，所述天線4為直線型偶極子天線，L為螢光燈的長度，D為螢光燈燈管的直徑，P為直線型偶極子天線的長度，F螢光燈插頭的長度。直線型偶極子天線鍍在螢光燈燈管的外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式。收發信機3懸於照明燈外部。
圖12為本發明的一種實施方式—電子節能燈集成偶極子天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，4是天線。所述照明電器1具體為電子節能燈，所述天線4為直線型偶極子天線，L為電子節能燈的長度，D為電子節能燈燈管的直徑，P為直線型偶極子天線的長度。直線型偶極子天線鍍在電子節能燈燈管的外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式。收發信機3集成於照明燈內部。
圖13本發明的一種實施方式—為白熾燈集成偶極子天線的結構示意圖。
其中，1是照明電器，4是天線。所述照明電器1具體為白熾燈，所述天線4為線型偶極子天線，L為白熾燈的長度，R為白熾燈燈泡的直徑。線型偶極子天線鍍在白熾燈燈泡外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式。收發信機3集成於照明燈內部。
具體實施例方式
僅以照明燈為例，以金屬或半導體材質的細絲為天線材料，或鍍在照明燈外壁，或採用不同的纏繞方式纏繞在照明燈管上，使天線的外觀形狀不同，從而在不影響照明燈透光度的情況下，達到通信最佳效果1)如圖2～圖6所示，細絲以單螺旋狀纏繞鍍在照明燈外壁靠近燈座部分。一端接收發信機，另一端開口。採用圓極化，同軸饋電的方式。
2)如圖7～圖8所示，細絲以直線型鍍在照明燈外壁，一端接收發信機，採用水平極化，同軸饋電的方式。
3)如圖9～圖10所示，細絲以圓環型鍍在照明燈外壁，採用圓極化，雙線傳輸線饋電方式。
4)如圖11所示，兩段細絲構成偶極子天線鍍在照明燈外壁，兩端都接收發信機，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式。收發信機懸於照明燈外部。
5)如圖12～圖13所示，兩段細絲構成偶極子天線鍍在照明燈外壁，兩端都接收發信機，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式。收發信機集成於照明燈外部。
6)經過實測，細絲導體材料和匝數對天線性能的影響不大。
下面以1.8G載波為例，詳細描述各個參數。
如圖2所示，為電子節能燈集成螺旋天線，螺旋天線組成天線陣。，由B/λ＜0.18可知，天線為全向天線。其中P＝0.017λ。各參數如表1所示表1
如圖3所示，為電子節能燈集成螺旋天線，只有單個螺旋天線。
由B/λ＜0.18可知，天線為全向天線。其中P＝0.017λ。各參數如表2所示表2
如圖4所示，為普通螢光燈集成螺旋天線，只有單個螺旋天線。
由D/λ＜0.18可知，天線為全向天線。其中P＝0.017λ。各參數如表3所示表3
如圖5所示，為高壓鈉燈集成螺旋天線，只有單個螺旋天線。各參數如表4所示表4
如圖6所示，為分離式節能燈集成螺旋天線，只有單個螺旋天線。各參數如表5所示表5
如圖7所示，為普通螢光燈集成直線天線。要求L/λ≈1，P＝0.017λ，天線基本為全向天線。各參數如表6所示表6
如圖8所示，為高壓鈉燈集成直線天線。各參數如表7所示表7
如圖9、圖10所示，為白熾燈集成環形天線。當小環天線直徑D≈0.1λ時，天線可視為全向天線。各參數如表8所示表8
如圖11所示，為螢光燈集成偶極子天線。將天線長度定為λ/2≈10cm。各參數如表9所示表9
如圖12所示，為電子節能燈集成偶極子天線。將天線長度定為λ/2≈10cm。各參數如表10所示表10
如圖13所示，為白熾燈集成偶極子天線。各參數如表11所示表11
權利要求
1.照明及通信兩用電器，包括照明電器(1)和無線通信基站天線，無線通信基站天線由彼此相連的收發信機(3)和天線(4)組成，其特徵在於，所述無線通信基站天線以照明電器(1)為載體，二者集成在一起；其中，收發信機(3)與照明電器(1)並聯。
2.根據權利要求1所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)可以是各種照明燈，如白熾燈、電子節能燈、普通螢光燈、分離式節能燈、高壓鈉燈、低壓汞燈。
3.根據權利要求1所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述收發信機(3)可以集成在照明電器(1)內，也可以置於照明電器(1)外。
4.根據權利要求1所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述天線(4)以小尺寸小功率的天線為主，可以集成在照明電器(1)內，也可以置於照明電器(1)外。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為電子節能燈，所述天線(4)為纏繞螺旋天線，纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的電子節能燈燈管的外壁；所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為螢光燈，所述天線(4)為纏繞螺旋天線，纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近螢光燈插頭的燈管外壁；所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
7.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為高壓鈉燈，所述天線(4)為纏繞螺旋天線，纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的高壓鈉燈燈管的外壁；所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
8.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為分離式節能燈，所述天線(4)為纏繞螺旋天線，纏繞螺旋天線呈螺旋狀纏繞在靠近燈頭位置的分離式節能燈的外壁；所述纏繞螺旋天線採用圓極化，同軸饋電的方式。
9.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為螢光燈；所述天線(4)為直線型天線，鍍在螢光燈外壁，採用水平極化，同軸饋電的方式。
10.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為高壓鈉燈；所述天線(4)為直線型天線，鍍在高壓鈉燈外壁，採用水平極化，同軸饋電的方式。
11.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為白熾燈；所述天線(4)為環狀天線，鍍在白熾燈外壁，採用雙線傳輸線饋電，圓極化方式。
12.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為螢光燈；所述天線(4)為直線型偶極子天線，鍍在螢光燈燈管的外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式；所述收發信機(3)懸於照明燈外部。
13.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為電子節能燈；所述天線(4)為直線型偶極子天線，鍍在電子節能燈燈管的外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式；收發信機(3)集成於照明燈內部。
14.根據權利要求1、2、3或4所述的照明及通信兩用電器，其特徵在於，所述照明電器(1)具體為白熾燈；所述天線(4)為線型偶極子天線，鍍在白熾燈燈泡外壁，採用水平極化，雙導體傳輸線饋電的方式；收發信機(3)集成於照明燈內部。
全文摘要
照明及通信兩用電器，屬於無線通信領域，涉及以照明電器為載體的無線通信基站天線技術。本發明包括照明電器1和無線通信基站天線，無線通信基站天線由彼此相連的收發信機3和天線4組成；無線通信基站天線以照明電器1為載體，二者集成在一起；其中，收發信機3與照明電器1並聯。照明電器1可以是各種照明燈；收發信機3與可以集成在照明電器1內，也可以置於照明電器外；天線4可以集成在照明電器1內，也可以置於照明電器外。本發明有效地解決了目前基站選址難的問題，且基站完全隱蔽，美觀；縮短了接入點和移動臺的距離，能較好地解決手機輻射的問題；兼容現有的移動通信標準；使用方便、靈活。
文檔編號H04B1/38GK1945985SQ200610021069
公開日2007年4月11日 申請日期2006年6月1日 優先權日2006年6月1日
發明者唐友喜, 劉宇暢 申請人:電子科技大學