一種圓極化寬帶天線

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及RFID應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圓極化寬帶天線。

　　背景技術(shù)

　　射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。在RFID(Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別)系統(tǒng)中，識(shí)別信息存放在電子數(shù)據(jù)載體中，電子數(shù)據(jù)載體成為應(yīng)答器。應(yīng)答器中存放的識(shí)別信息由閱讀器讀出，在一些應(yīng)用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對(duì)應(yīng)答器寫入數(shù)據(jù)，這種讀寫操作是通過雙方之間的無(wú)線通信來實(shí)現(xiàn)的。微帶天線作為RFID系統(tǒng)中常用的定向天線形式，對(duì)RFID的發(fā)展和應(yīng)用有著極其重要的意義。

　　從微帶天線的概念提出以來，由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、低剖面、易與載體共形等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用于衛(wèi)星通信、雷達(dá)、射頻識(shí)別、導(dǎo)航等領(lǐng)域。其中圓極化微帶天線又因其能夠接受任意極化的來波且其輻射的圓極化波可以被任意極化的天線所接收的優(yōu)點(diǎn)而越來越受到青睞。微帶天線產(chǎn)生圓極化波的關(guān)鍵是產(chǎn)生幅度相等，相位相差90度的兩個(gè)相互正交的線極化波，即產(chǎn)生兩個(gè)在空間和時(shí)間上都正交的線極化波。

　　為達(dá)到上述要求，圓極化微帶天線在結(jié)構(gòu)上主要可以分為以下三種形式：?jiǎn)吸c(diǎn)饋電、雙點(diǎn)饋電或四點(diǎn)饋電。其中單點(diǎn)饋電圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是軸比帶寬較窄，實(shí)用性不強(qiáng);雙點(diǎn)饋電可以不同程度地?cái)U(kuò)展圓極化軸比帶寬，但都采用了多層結(jié)構(gòu)，破壞了天線的低剖面性;四點(diǎn)饋電的天線又由于其復(fù)雜性和不穩(wěn)定性，使用率較低。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的在于，克服單點(diǎn)饋電導(dǎo)致的帶寬窄的缺點(diǎn)，提供一種寬軸比帶寬、小型化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的圓極化寬帶天線。

　　為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

　　一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質(zhì)板、位于絕緣介質(zhì)板正面的饋電網(wǎng)絡(luò)、位于絕緣介質(zhì)板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質(zhì)板正面且與饋電網(wǎng)絡(luò)連接的四個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端，包括若干個(gè)相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從四個(gè)輸出端輸出給四個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述金屬底板為覆銅層，連接到地;

　　所述金屬輻射陣子為PIFA形式的陣子。

　　優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。

　　優(yōu)選地，所述四個(gè)金屬輻射陣子在饋電網(wǎng)絡(luò)上方沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質(zhì)板的中心。

　　優(yōu)選地，所述四個(gè)金屬輻射陣子以絕緣介質(zhì)板的中心為中心，呈輻射狀排列。

　　優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)板為圓形或矩形。

　　優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一至第三功分器和第一至第三移相器;第三功分器的輸入端為饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端，第三功分器的一個(gè)輸出端與第一功分器的輸入端連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)過第一移相器連接到第二功分器的輸入端;第一功分器的一個(gè)輸出端經(jīng)過第二移相器連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端，第一功分器的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端;第二功分器的一個(gè)輸出端經(jīng)過第三移相器連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第四輸出端，第二功分器的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第三輸出端。

　　優(yōu)選地，所述絕緣介質(zhì)板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。

　　優(yōu)選地，所述金屬輻射陣子由不銹鋼、洋白銅或PCB構(gòu)成。

　　優(yōu)選地，所述移相器為共面波導(dǎo)或微帶線形式的移相器。

　　優(yōu)選地，所述功分器為陶瓷功分器或者微帶線等功率功分器。

　　同現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種圓極化寬帶天線具有寬軸比帶寬，圓極化，高增益，小型化，性能穩(wěn)定，易于量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡(jiǎn)化了多端口饋電系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提高了性能，更加適合RFID行業(yè)的應(yīng)用。

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　　附圖說明

　　圖1是本發(fā)明實(shí)施例的SMA探針饋電形式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖2為本發(fā)明實(shí)施例的同軸線焊接饋電形式的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖3為本發(fā)明實(shí)施例的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖4為本發(fā)明實(shí)施例的金屬輻射陣子的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖5為本發(fā)明實(shí)施例的金屬輻射陣子的整體排布示意圖。

　　具體實(shí)施方式

　　下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

　　如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質(zhì)板13、位于絕緣介質(zhì)板13正面的饋電網(wǎng)絡(luò)11、位于絕緣介質(zhì)板13背面的金屬底板12、以及安裝于絕緣介質(zhì)板13正面且與饋電網(wǎng)絡(luò)11連接的四個(gè)金屬輻射陣子15。

　　所述絕緣介質(zhì)板13為矩形，為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)11具有一個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端，包括若干個(gè)相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從四個(gè)輸出端輸出給四個(gè)金屬輻射陣子15。

　　所述金屬底板12為覆銅層，連接到地。金屬底板12是在絕緣介質(zhì)板13的背面全部鋪銅形成的，并設(shè)有饋電焊盤，能夠使得饋電網(wǎng)絡(luò)11呈共面波導(dǎo)的傳輸特性，增加信號(hào)穩(wěn)定性。

　　具體地，如圖3所示，所述饋電網(wǎng)絡(luò)11由一個(gè)陶瓷功分器32、兩個(gè)微帶等功分器和三個(gè)微帶移相器組成，均印刷在絕緣介質(zhì)板13的正面。絕緣介質(zhì)板13的中間設(shè)有饋電孔31，所述饋電孔31將絕緣介質(zhì)板13貫通并與饋電網(wǎng)絡(luò)11的輸入端(即陶瓷功分器32的輸入端)直接相連，便于放置饋電接頭并用于饋入初始信號(hào)。由于陶瓷功分器32為四端口器件，在使用其他三個(gè)端口的時(shí)候要將第四端口進(jìn)行負(fù)載匹配，本發(fā)明實(shí)施例中，使用50歐姆的電阻35進(jìn)行負(fù)載匹配。

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)11的輸入端可通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。如圖1所示，為SMA探針的饋電方式，所述SMA探針14的饋電端從絕緣介質(zhì)板13的背面貫穿饋電孔31，與饋電網(wǎng)絡(luò)11的輸入端電連接;SMA探針14的接地端與金屬底板12電連接，并連接到地。如圖2所示，為同軸線焊接的饋電方式，所述同軸線21的線芯從絕緣介質(zhì)板13的背面貫穿饋電孔31，與饋電網(wǎng)絡(luò)11的輸入端電連接;同軸線21的外銅皮與金屬底板12電連接，并連接到地。

　　如圖3所示，初始信號(hào)通過陶瓷功分器32一分為二之后，一路信號(hào)直接進(jìn)入第一微帶功分器33進(jìn)行等分，另一路信號(hào)經(jīng)過第一微帶移相器39進(jìn)行90度移相后，進(jìn)入第二微帶功分器34進(jìn)行等分;第一微帶功分器33的一個(gè)輸出端連接第二微帶移相器41，第二微帶功分器34的一個(gè)輸出端連接第三微帶移相器43，分別進(jìn)行90度移相。最后，第二微帶移相器41的輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)11的第一輸出端44、第一微帶功分器33的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)11的第二輸出端45、第二微帶功分器34的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)11的第三輸出端47、第三微帶移相器43的輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)11的第四輸出端46;第一至第四輸出端分別得到四路功率相等，相位差依次為90度的信號(hào)，并對(duì)稱分布在絕緣介質(zhì)板13上的四個(gè)角，分別對(duì)四個(gè)金屬輻射陣子15饋電，從而實(shí)現(xiàn)天線的圓極化性能。

　　所述絕緣介質(zhì)板13上還設(shè)有四個(gè)過孔，金屬底板12通過四個(gè)過孔分別連接到位于絕緣介質(zhì)板13正面的第一接地點(diǎn)48、第二接地點(diǎn)49、第三接地點(diǎn)51和第四接地點(diǎn)50。

　　作為改進(jìn)，所述第一微帶功分器33的兩個(gè)輸出端之間連接有第一隔離電阻37，第二微帶功分器34的兩個(gè)輸出端之間連接有第二隔離電阻36，以此提高各路信號(hào)的隔離度。

　　優(yōu)選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述金屬輻射陣子15為PIFA(Planar Inverted-F Antenna，平面倒F型天線)形式的陣子。如圖4所示，PIFA形式的陣子包括垂直部分和水平部分，所述垂直部分的下端垂直固定于絕緣介質(zhì)板13上，垂直部分的上端與水平部分連接，所述水平部分則與絕緣介質(zhì)板13平行，整體形成一個(gè)躺倒的“F”的形狀。所述金屬輻射陣子15由PCB、不銹鋼、洋白銅或其他金屬導(dǎo)體材料制成。每個(gè)金屬輻射陣子15有2個(gè)管腳，其中一個(gè)為饋電端口62，與第一輸出端44、第二輸出端45、第三輸出端47或第四輸出端46連接，用于饋電;另外一個(gè)為接地端口63，通過第一接地點(diǎn)48、第二接地點(diǎn)49、第三接地點(diǎn)51或第四接地點(diǎn)50連接到金屬底板12，進(jìn)而接地。四個(gè)PIFA形式的金屬輻射振子15，一方面大大縮小了陣子長(zhǎng)度，利于天線小型化，另一方面對(duì)天線的穩(wěn)定性有很大提高。

　　所述四個(gè)金屬輻射陣子15按照一定的順序依次安裝在絕緣介質(zhì)板13正面的饋電網(wǎng)絡(luò)11上，其高度可調(diào)。

　　具體地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述絕緣介質(zhì)板13是矩形的，所述四個(gè)金屬輻射陣子15在饋電網(wǎng)絡(luò)11上方沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質(zhì)板13的中心，每一個(gè)金屬輻射陣子15分別平行于矩形的一條邊。

　　在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣介質(zhì)板13還可以為圓形，所述四個(gè)金屬輻射陣子15以絕緣介質(zhì)板13的中心為中心，呈輻射狀排列。

　　本發(fā)明提供的一種圓極化寬帶天線，其工作頻段可以是RFID的超高頻，也可以是433MHz或2.4GHz等頻段?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)金屬輻射陣子的長(zhǎng)度和饋電網(wǎng)絡(luò)上微帶線寬度長(zhǎng)度以及陣子距離地板的高度，來大范圍或者小范圍調(diào)節(jié)天線的工作頻段。

　　同現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種圓極化寬帶天線具有寬軸比帶寬，圓極化，高增益，小型化，性能穩(wěn)定，易于量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡(jiǎn)化了多端口饋電系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提高了性能，更加適合RFID行業(yè)的應(yīng)用。

　　以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

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　　圖1

　　圖2

　　圖3

　　圖4

　　圖5

　　1、一種圓極化寬帶天線，其特征在于，包括絕緣介質(zhì)板、位于絕緣介質(zhì)板正面的饋電網(wǎng)絡(luò)、位于絕緣介質(zhì)板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質(zhì)板正面且與饋電網(wǎng)絡(luò)連接的四個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入端和四個(gè)輸出端，包括若干個(gè)相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從四個(gè)輸出端輸出給四個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述金屬底板為覆銅層，連接到地;

　　所述金屬輻射陣子為PIFA形式的陣子。

　　2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。

　　3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述四個(gè)金屬輻射陣子在饋電網(wǎng)絡(luò)上方沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質(zhì)板的中心。

　　4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述四個(gè)金屬輻射陣子以絕緣介質(zhì)板的中心為中心，呈輻射狀排列。

　　5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)板為圓形或矩形。

　　6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一至第三功分器和第一至第三移相器;第三功分器的輸入端為饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端，第三功分器的一個(gè)輸出端與第一功分器的輸入端連接，另一個(gè)輸出端經(jīng)過第一移相器連接到第二功分器的輸入端;第一功分器的一個(gè)輸出端經(jīng)過第二移相器連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第一輸出端，第一功分器的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第二輸出端;第二功分器的一個(gè)輸出端經(jīng)過第三移相器連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第四輸出端，第二功分器的另一個(gè)輸出端連接到饋電網(wǎng)絡(luò)的第三輸出端。

　　7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。

　　8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述金屬輻射陣子由不銹鋼、洋白銅或PCB構(gòu)成。

　　9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述移相器為共面波導(dǎo)或微帶線形式的移相器。

　　10、根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述功分器為陶瓷功分器或者微帶線等功率功分器。

　　本發(fā)明涉及一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質(zhì)板、位于絕緣介質(zhì)板正面的饋電網(wǎng)絡(luò)、位于絕緣介質(zhì)板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質(zhì)板正面且與饋電網(wǎng)絡(luò)連接的四個(gè)金屬輻射陣子;所述饋電網(wǎng)絡(luò)用于將從輸入端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)化為四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從四個(gè)輸出端輸出給四個(gè)金屬輻射陣子;所述金屬底板為覆銅層，連接到地;所述金屬輻射陣子為PIFA形式的陣子。同現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種圓極化寬帶天線具有寬軸比帶寬，圓極化，高增益，小型化，性能穩(wěn)定，易于量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡(jiǎn)化了多端口饋電系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)，提高了性能，更加適合RFID行業(yè)的應(yīng)用。