應(yīng)卓君 彭義淞 陳艷雯 韓松狀 淳科堯

（國網(wǎng)成都供電公司信息通信分公司（數(shù)據(jù)中心），四川 成都 610000）

隨著國網(wǎng)電網(wǎng)智能電網(wǎng)以及泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無線通信由于具有投入成本低、覆蓋范圍廣，安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)，已成為配電自動(dòng)化通信終端的發(fā)展趨勢，有著較廣泛的應(yīng)用。10月14日，國家電網(wǎng)公司發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書2019》，提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，到2021年初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。第二個(gè)階段，到2024年建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。無線天線作為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中無線終端通信接入網(wǎng)的關(guān)鍵部件，其性能指標(biāo)直接影響著整個(gè)終端通信接入網(wǎng)的通信質(zhì)量，進(jìn)而影響終端通信接入網(wǎng)在線率指標(biāo)。

一、配電自動(dòng)化無線通信終端傳統(tǒng)天線的問題

目前，成都供電公司配電自動(dòng)化通信終端采用的天線為傳統(tǒng)的吸盤桿式全向天線，天線振子為單極子形式，且放置在機(jī)柜里面，當(dāng)前存在的問題主要有：1、天線體積大，不利于集成化和安裝；2、天線在金屬機(jī)柜里面，由于金屬的屏蔽作用，電磁波將無法形成有效輻射，信號差，容易導(dǎo)致通信終端掉線，影響終端通信接入網(wǎng)在線率。

為了解決傳統(tǒng)天線的問題，本文通過大量的現(xiàn)場實(shí)踐總結(jié)，提出一種全新的天線解決方案，從有效解決天線輻射的角度出發(fā)，開發(fā)一種易于集成和安裝、具有優(yōu)良接收性能的配電自動(dòng)化無線通信終端新型天線，主要具備兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、提高配電自動(dòng)化無線終端天線的整體性能，包括天線的駐波、效率、增益指標(biāo)；2、具備低剖面的結(jié)構(gòu)外觀，能安裝在機(jī)柜外部，對原有外觀幾乎無影響，且滿足防水、防塵等可靠性要求。

二、配電自動(dòng)化無線通信終端新型天線設(shè)計(jì)方案

（一）技術(shù)難點(diǎn)

項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的問題主要有以下兩點(diǎn)：1、需設(shè)計(jì)出具有低剖面特性的、考慮周圍環(huán)境影響的高性能天線輻射振子；2、需設(shè)計(jì)出滿足機(jī)柜外側(cè)安裝的結(jié)構(gòu)方案，需滿足防水、防塵、防紫外線等可靠性要求。

（二）技術(shù)方案

1.低剖面高性能輻射振子技術(shù)方案

天線單元采用PIFA(Planar Inverted F Antenna)天線形式，PIFA天線是單極子天線的改進(jìn)天線形式，在單極子天線的基礎(chǔ)上將天線彎折形成倒L天線形式，并增加接地枝節(jié)，并將天線振子平面化從而擴(kuò)展天線帶寬。通過開槽的形式，使天線出現(xiàn)多個(gè)諧振回路，形成多頻天線。從而滿足配電終端的所需的工作頻段。通過采用多頻PIFA天線的設(shè)計(jì)，天線輻射單元的高度僅為18mm，而現(xiàn)有單極子天線形式的高度為250mm，高度降低超過80%，在高度降低后，天線非常容易放置在機(jī)柜外面，從而避免了放置在機(jī)柜內(nèi)側(cè)，因機(jī)柜的屏蔽作用而導(dǎo)致的天線失效。天線是一個(gè)輻射振子器件，其匹配程度與周圍的環(huán)境有很大關(guān)系，因此在天線設(shè)計(jì)初期，就需要考慮到周圍的實(shí)際環(huán)境，從而設(shè)計(jì)出具有良好匹配、高效率、高增益的天線單元。

2.高可靠性的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)方案

天線單元：天線單元采用PCB+熱熔支架+金屬彈片工藝，通過熱熔支架的支撐作用，金屬彈片的兩個(gè)焊腳（接地腳和饋電腳）將不受應(yīng)力，可以保證長時(shí)間不產(chǎn)生形變，保證可靠性。

天線外罩：采用ABS材料，超聲波密封，保證防水、防塵、防紫外線。

天線安裝：采用磁吸的方案，先在機(jī)房頂部加載金屬片，然后通過磁鋼將天線吸在機(jī)房頂部邊緣。

3.新型智能天線相關(guān)實(shí)物圖片及產(chǎn)品圖文說明

天線單元①采用PIFA天線形式，天線一個(gè)引腳（較寬引腳）與PCB板正面露銅部分焊接，另一引腳（較窄引腳）穿過PCB板②，在背面通過一段50Ω匹配微帶線與饋線連接；天線振子采用開槽方式實(shí)現(xiàn)天線的低頻和中頻工作，采用漸變式饋電結(jié)構(gòu)來展寬天線的帶寬。

圖 新型智能天線相關(guān)實(shí)物圖

天線PCB板②通過螺絲與底板③內(nèi)的螺柱固定，天線底板③采用鍍鋅板材質(zhì)，在中間位置設(shè)有凹槽放置磁鋼，用以實(shí)現(xiàn)天線和機(jī)房頂部的固定。天線外罩④采用ABS材料，和底板③同樣使用螺絲固定。饋電線纜從外罩④左下角的孔中穿出，在孔部位設(shè)有防水膠塞，實(shí)現(xiàn)防水、防塵功能。

（三）改進(jìn)方案

目前，項(xiàng)目所試制的設(shè)備還存在如下幾個(gè)需要改進(jìn)的地方：

1.天線在低頻部分帶寬較窄，雖然可以滿足880-960MHz頻段要求，但若后續(xù)需要進(jìn)一步擴(kuò)寬工作頻段的話，還需要改進(jìn)天線結(jié)構(gòu)使其覆蓋更寬的頻率。

2.天線的防水部件設(shè)計(jì)還需要優(yōu)化，后續(xù)需進(jìn)一步推進(jìn)完成該部分的設(shè)計(jì)工作。

三、結(jié)語

本文通過大量的現(xiàn)場實(shí)踐總結(jié)，提出了一種全新的天線解決方案，從有效解決天線輻射的角度出發(fā)，開發(fā)一種易于集成和安裝、具有優(yōu)良接收性能的配電自動(dòng)化無線通信終端新型智能天線，主要具備兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）、提高配電自動(dòng)化無線終端天線的整體性能，包括天線的駐波、效率、增益指標(biāo)。（2）、具備低剖面的結(jié)構(gòu)外觀，能安裝在機(jī)柜外部，對原有外觀幾乎無影響，且滿足防水、防塵等可靠性要求。

本新型天線是與新能量科技股份有限公司一起研發(fā)，并在成功應(yīng)用后可廣泛推廣到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的其他應(yīng)用中。新型天線使配電自動(dòng)化無線通信終端的天線性能大大提高，進(jìn)而有效地提高了終端通信接入網(wǎng)在線率，為成都公司配電自動(dòng)化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為電力通信網(wǎng)絡(luò)的順暢和整個(gè)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保障，收到很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。