智能风扇

1. 一种智能风扇，其特征在于，包括一超材料天线、控制模块及检测模块，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;所述馈线设置在所述金属结构的一侧，并沿着所述金属结构的长度方向 延伸;所述馈线与所述金属结构相互親合，智能风扇通过所述超材料天线接收无线电磁波 信号，控制模块响应所述电磁波信号产生控制检测命令或者动作执行命令;检测模块响应 所述控制检测命令检测智能风扇参数指标并反馈给控制模块，控制模块根据检测到的参数 指标产生智能风扇的状态信息并基于超材料天线以电磁波形式辐射;或智能风扇响应动作 执行命令执行相应的动作;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。
2. 根据权利要求1所述的智能风扇，其特征在于，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓 扑结构而成。
3. 根据权利要求1所述的智能风扇，其特征在于:所述第一参考地单元及第二参考地单 元相互电连接。
4. 根据权利要求3所述的智能风扇，其特征在于：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。
5. 根据权利要求1所述的智能风扇，其特征在于: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。
6. 根据权利要求5所述的智能风扇，其特征在于: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。
7. 根据权利要求5所述的智能风扇，其特征在于: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。
8. 根据权利要求1-7任一项所述的智能风扇，其特征在于，所述超材料天线的谐振频段 至少包括 2.4GHz-2.49GHz 和5.72GHz-5.85GHz。

智能风扇\n技术领域\n[0001] 本发明设及智能风扇，尤其是设及一种无线的智能风扇。\n背景技术\n[0002] 现有市场上出现了多功能电风扇，如新型的智能电风扇添加了很多人性化的设 计，如安全保护，倾倒保护，智能照明等功能，使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人 性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞争力。\n[0003] 智能风扇还具体包括如下功能:溫度智控功能:风扇可W感知环境的溫度，W调节 风扇的转速，达到更好的工作效果。用户可W选择运种智能调速方式，也可W选择手动设定 方式来控制转速。当选择手动设定方式时，该功能不发挥作用。多种安全保护功能：当风扇 的倾斜角度大于一定程度时，电机将停止工作，W保证安全;当风扇电机溫度超过允许溫度 时，为保证安全使用，电机同样会停止工作。当有物体靠近或接触风扇防护罩时，电机也将 停止运转。智能照明功能:在晚间，当用户接近风扇时，风扇能够探测到人体的接近，从而启 动微光照明，方便用户操作并避免用户和风扇或其他物体发生不必要的碰撞。多级调速功 能：提供更多的风力级别和风型，提高用户的舒适度。定时工作功能：该定时功能可W让用 户自己定制风扇工作时间的长短，W提供更人性化的服务。运些功能应用人们希望进行远 距离控制，从而将智能风扇进行物联网、W及网络化的趋势;然而智能风扇物联网、W及网 络化主要W有线方式接入网络。\n[0004] 然而无线接入网络时，需要用到的射频器件，即天线的要求是高速、超宽带、大容 量等传输运些共享信号。天线作为最终射频信号的福射单元和接收器件，其工作特性将直 接影响整个电子系统的工作性能。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）。\n发明内容\n[0005] 为了解决现有智能风扇中存在的问题，本发明提供了一种无线的智能风扇，通过 应用高性能的超材料内置天线技术，在满足智能风扇性能要求的前提下实现天线的内置 化，本发明采用W下技术方案：\n[0006] -种智能风扇包括一超材料天线、控制模块及检测模块，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禪合，智能风扇通过所述超材料天线接收无线电磁波 信号，控制模块响应所述电磁波信号产生控制检测命令或者动作执行命令;检测模块响应 所述控制检测命令检测智能风扇参数指标并反馈给控制模块，控制模块根据检测到的参数 指标产生智能风扇的状态信息并基于超材料天线W电磁波形式福射;或智能风扇响应动作 执行命令执行相应的动作。\n[0007] 进一步地，所述金属结构是金属片经缕刻出槽拓扑结构而成。\n[000引进一步地，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。\n[0009] 进一步地，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。\n[0010] 进一步地，所述第一参考地单元及第二参考地单元相互电连接。\n[0011] 进一步地，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。\n[0012] 进一步地，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Ξ金属面单元，所述第Ξ金属面单元与所述第二金属 面单元位置相对。\n[0013] 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Ξ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Ξ金属面单元通过所述金属化通孔电连 接。\n[0014] 进一步地，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。\n[0015] 进一步地，所述超材料天线的谐振频段至少包括2.4G化-2.49G化和5.72GHz- 5.85GHz。\n[0016] 相对现有技术而言，本发明的智能风扇采用超材料天线内置，通过基于超材料天 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W根据智能风扇本身尺 寸设计出相应的天线，满足无线通讯设备小型化、天线内置的需求。另外，通过内置超材料 天线，上述智能风扇通过无线方式接入物联网和互联网，用户在任何时间、任何地方了解其 智能风扇工作情况，W及及时方便地控制智能风扇。\n附图说明\n[0017] 图1为智能风扇的模块图；\n[0018] 图2是本发明智能风扇中的天线第一实施方式的主视图；\n[0019] 图3为图3所示天线后视图；\n[0020] 图4是本发明的天线第一实施方式S参数仿真图；\n[0021] 图5是本发明智能风扇中的天线第二实施方式的主视图；\n[0022] 图6是本发明智能风扇中的天线第Ξ实施方式的主视图；\n[0023] 图7为本发明天线的第二、Ξ实施方式上的金属结构放大图；\n[0024] 图8是本发明的天线第一实施方式S参数仿真图；\n[00巧]图9是本发明第二、Ξ实施方式操作于2.4、2.44、2.486化时6方向远场仿真结果 图；\n[00%]图10是本发明第二、Ξ实施方式操作于2.4、2.44、2.48G化时Η方向远场仿真结果 图；\n[0027]图11是本发明第二、Ξ实施方式操作于5.725、5.8、5.856化时6方向远场仿真结果 图；\n[00巧]图12是本发明第二、Ξ实施方式操作于5.725、5.8、5.85G化时Η方向远场仿真结果 图。\n具体实施方式\n[0029] 下面结合附图和具体实施例对本发明智能风扇做一步说明。\n[0030] 请参阅图1，是本发明中的智能风扇的模块图。智能风扇100包括一超材料天线10、 控制模块11及检测模块12,智能风扇100通过所述超材料天线10接收无线电磁波信号，控制 模块11响应所述电磁波信号产生控制检测命令或者动作执行命令;检测模块12响应所述控 制检测命令检测智能风扇参数指标并反馈给控制模块11，控制模块11根据检测到的参数指 标产生智能风扇100的状态信息并基于超材料天线10W电磁波形式福射;或智能风扇100响 应动作执行命令执行相应的动作。在本发明中，所述智能风扇100包括但不限空调、中央空 调、冰箱、洗衣机、智能灯具、智能吸尘器、智能窗帘、智能电饭優、智能热水器、智能微波炉 等。上述智能风扇100通过无线方式接入物联网和互联网，用户在任何时间、任何地方了解 其家庭各种家电工作情况，W及及时方便地控制各种家电设备。\n[0031] 本发明智能风扇中天线是基于人工电磁材料技术设计而成，人工电磁材料是指将 金属片缕刻成特定形状的拓扑金属结构，并将所述特定形状的拓扑金属结构设置于一定介 电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料，其性能参数主要取决于其亚波长 的特定形状的拓扑金属结构。在谐振频段，人工电磁材料通常体现出高度的色散特性，换言 之，天线的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。因而可采 用人工电磁材料技术对上述天线的基本特性进行改造，使得金属结构与其依附的介质基板 等效地组成了一个高度色散的特种电磁材料，从而实现福射特性丰富的新型天线。W下详 细介绍应用智能风扇中超材料天线的几个实施方式：\n[0032] 第一实施方式\n[0033] 请一并参阅图2及图3,超材料天线10包括介质基板1、金属结构2、馈线3及参考地 41、42,所述介质基板1呈长方板状，其可由高分子聚合物、陶瓷、铁电材料、铁氧材料或铁磁 材料等材质制成。在本实施例中，所述介质基板1的材质采用玻纤材质(FR4)制成，因而不仅 成本低，而且可保证在不同的工作频率中保持良好的天线工作特性。\n[0034] 所述金属结构2、馈线3及参考地41、42分别置于所述介质基板1的相对的两表面 上，所述金属结构2、馈线3及参考地41、42与所述介质基板1形成超材料天线，所述超材料天 线的性能取决于所述金属结构2,在谐振频段，超材料通常体现出高度的色散特性，即其阻 抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化，因而通过改变所述金属 结构2及介质基板1的基本特性，便使得所述金属结构2与介质基板1等效地组成一个按照洛 伦兹材料谐振模型的高度色散的特种电磁材料。\n[0035] 请参阅图4，本实施例中的超材料天线的工作频段是2.4G监~2.49G监及5.72G监 ~5.85GHZ，上述该两频段的增益分别可达3.58地i及3.14地i。可W理解的是，可W设置超 材料天线10只响应频率为2.4G监~2.49G监频段，即单频天线。\n[0036] 所述馈线3设置在所述金属结构2的一侧，并沿着所述金属结构2的长度方向延伸， 其与所述金属结构2相互禪合，其中，所述馈线3的一端弯折延伸至所述金属结构2端部一 侧。此外，可根据需要在所述馈线3与金属结构2之间的空间中嵌入容性电子元件，通过嵌入 容性电子元件调节馈线3与金属结构2之间的信号禪合，由公式:f=l/ X可知电 容值的大小和工作频率的平方成反比，所W当需要的工作频率为较低工作频率时，可W通 过适当的嵌入容性电子元件实现。加入的容性电子元件的电容值范围通常在0-化F之间，不 过随着天线工作频率的变化嵌入的电容值也可能超出0-化F的范围。\n[0037] 所述参考地位于所述馈线3的一侧，使所述馈线3的位于所述金属结构2端部的一 端形成微带线31。在本实施例中，所述参考地包括第一参考地单元41及第二参考地单元42， 所述第一参考地单元41及第二参考地单元42分别位于所述介质基板1的相对两表面。所述 第一参考地单元41设置有相互电连接的第一金属面单元411及第二金属面单元412。所述第 二参考地单元42与所述馈线3位于所述介质基板1的同一侧，并设置有第Ξ金属面单元421 及第四金属面单元422。\n[0038] 所述第一金属面单元411与所述馈线3位置相对，使所述馈线3的位于所述金属结 构2端部的一端形成所述微带线31，即所述参考地为虚拟地。所述第二金属面单元412与所 述第Ξ金属面单元421位置相对。所述第Ξ金属面单元421位于所述金属结构2的一端，所述 第Ξ金属面单元421呈长方面板状，并与所述馈线3的延伸方向相同。所述介质基板1位于所 述第二金属面单元412及所述第Ξ金属面单元421处开设有若干金属化通孔5,所述第二金 属面单元412与所述第Ξ金属面单元421通过所述金属化通孔5电连接。\n[0039] 所述第四金属面单元422位于所述馈线3-端的一侧，并位于所述馈线3的延伸方 向上。所述介质基板1位于所述第一金属面单元411及所述第四金属面单元422处开设有若 干金属化通孔5,所述第一金属面单元411与所述第四金属面单元422通过所述金属化通孔5 电连接。通过第一金属面单元411与所述馈线3的一端形成所述微带线31，因而可减少外部 信号对在所述馈线3上传送的信号干扰，提高天线增益，实现较好的阻抗匹配，节省材料，成 本低。所述第一金属面单元411至第四金属面单元422之间通过巧妙的位置设置，因而使所 述参考地占用较小的空间，便实现较大的面积。此外，通过设置所述金属化通孔5,因而可进 一步提高所述参考地的面积。\n[0040] 综上所述，本发明超材料天线10通过精密地控制金属结构2的拓扑形态及布局所 述微带线31，得到需要的等效介电常数和磁导率分布，使天线能够在工作频段内实现较好 的阻抗匹配，高效率地完成能量转换，并得到理想的福射场型，其占用体积小，对环境要求 低，增益高，应用范围广，适用智能风扇的内置天线。\n[0041] 第二实施方式\n[0042] 如图5所示，为本发明实施例的超材料天线10的结构示意图。本实施例中的超材料 天线10包括介质基板7W及设置在介质基板7上的馈电点5、与该馈电点5相连接的馈线4、平 面板状的金属结构6。其中，馈线4与金属结构6相互禪合;金属结构6是金属片经缕刻出槽拓 扑结构61而成，缕刻时去除槽拓扑结构61对应的材料，剩余的金属片即为金属结构6,在缕 刻出槽拓扑结构61后，金属片上呈现出包括在金属结构6内的金属走线62;槽拓扑结构61中 相邻槽的间距即为金属走线62的宽度，槽拓扑结构61的槽宽与金属走线62的宽度相等，且 均为0.15mm;介质基板7可由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成， 优选地，由高分子材料制成，具体地可W是FR-4、F4B等高分子材料。\n[0043] 在本实施例中，金属结构6为轴对称的平面板状。其中金属结构6为铜或银材料制 成。优选为铜，价格低廉，导电性能好。为了实现更好阻抗匹配，金属结构6也可为铜和银组 厶 1=1 〇\n[0044] 请参阅图6,为本发明第Ξ实施方式主视图，第Ξ实施方式与第二实施方式区别在 于还包括接地单元8，接地单元8上设置有若干金属化的通孔81;接地单元8对称地分布所述 馈电点5两侧，介质基板7的选择与实施例1相同。图7所示为第二实施方式与第Ξ实施方式 的金属结构的放大图。可W理解地是，馈线4与金属结构6之间信号馈入方式可W有多种。所 述馈线4直接与所述金属结构6相连;且所述馈线4与金属结构6的相连接点位置可W位于金 属结构6上的任意位置。馈线4采用包围方式设置于所述金属结构6外围且馈线4的末端设置 于金属结构6外围任意位置。\n[0045] 本实施例利用人工电磁材料的特性，采用在金属片上缕刻成金属结构的方式，使 得金属结构及与金属结构所依附的介质基板共同组成一个等效介电常数按照洛仑兹材料 谐振模型色散的电磁材料，从而设计出多谐振频段的天线。在本实施方式中，第二实施方式 与第Ξ实施方式所示的天线使2.4G化-2.49G化和5.72G化-5.85G化两个频段电磁波谐振， 金属结构6的长和宽都可W根据通讯设备机构布局做任意调整，但是金属结构6结构形状保 持与本实施例中一致即可，该单极天线可W用于单频2.4G化-2.49G化或5.72G化-5.85G化 频段的通讯设备，也可W用于双频2.4G化-2.49G化和5.72G化-5.85G化频段的通讯设备。\n[0046] 如图8所示为本发明第二实施方式与第Ξ实施方式的S参数仿真图，该图示出了第 二实施方式与第Ξ实施方式的天线在2.4GHz和5.8018GHz分别具有-15.426地和-19.184地 的损耗，在本发明所要求的2.4GHZ-2.49GHz和5.72GHZ-5.85GHz频率段内均具有-10地W下 的损耗，表明本发明天线能够单独在2.4GHZ-2.49GHz或5.72G化-5.85G化频率段内工作，也 可W同时在2.4G化-2.49G化和5.72G化-5.85G化频率段内工作，并且满足智能风扇中对超 材料天线10的要求。\n[0047] 图9至图12分别示出了本发明第二实施方式与第Ξ实施方式超材料天线10操作于 2.4、2.44、2.48GHz和5.725、5.8、5.85GHz时分别在垂直平面化-Plane)和水平平面化- Plane)方向远场仿真结果图，在此结果中能够观察到本发明的超材料天线的极化效果不亚 于现有天线并符合应用标准。\n[0048] 本发明中，关于超材料天线10的加工制造，只要满足本发明的设计原理，可W采用 各种制造方式。最普通的方法是使用各类印刷电路板(PCB)的制造方法，如覆铜的PCB制造 均可满足本发明的加工要求。除此加工方式，还可W根据实际的需要引入其它加工手段，如 导电银浆油墨加工方式、各类可形变器件的柔性PCB加工、铁片天线的加工方式W及铁片与 PCB组合的加工方式。其中，铁片与PCB组合加工方式是指利用PCB的精确加工来完成槽拓扑 结构的加工，用铁片来完成其它辅助部分。由于采用低成本的铜材料形成所述金属结构6， 因此暴露空气中容易被氧化而使超材料天线10谐振频率偏移或者性能急剧下降，因此单极 天线表面上设置有非金属的防氧化薄膜。由于本发明的主要性能都集中在金属结构6槽拓 扑结构61的设计，因此，馈线4的引线对超材料天线10的福射频率影响相对较小。基于运个 特点，超材料天线10可W被灵活的摆放在智能风扇装置内，简化的安装测试的复杂度。\n[0049] 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体 实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员 在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多 形式，运些均属于本发明的保护之内。