一種小型化窄波束圓極化天線

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及RFID應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小型化窄波束圓極化天線。

　　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(xiě)入數(shù)據(jù)，這種讀寫(xiě)操作是通過(guò)雙方之間的無(wú)線通信來(lái)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(lái)，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(lái)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(lái)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)定的小型化窄波束圓極化天線。

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

　　一種小型化窄波束圓極化天線，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)連接的八個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入端和八個(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)化為兩個(gè)四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從八個(gè)輸出端輸出給八個(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(guò)SMA探針饋電或通過(guò)同軸線焊接饋電。

　　優(yōu)選地，所述四個(gè)金屬輻射陣子在所述對(duì)稱饋電網(wǎng)絡(luò)上方沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较驀梢徽叫?，其中心為絕緣介質(zhì)板的中心。

　　優(yōu)選地，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一級(jí)阻抗變換電路、第二級(jí)電路移相電路

　　其中阻抗變換電路由50歐姆延長(zhǎng)線與70歐姆四分之一波長(zhǎng)阻抗變換線組成。

　　第二級(jí)電路移相電路由共面波導(dǎo)線與耦合器組成，通過(guò)第一級(jí)阻抗變換電路連接耦合器，進(jìn)行功率等分相位移相90度后通過(guò)兩段共面波導(dǎo)線分別移相功分至0度、90度、180度、270度。分別連接到PIFA陣子

　　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，所述功分器為陶瓷耦合器或者微帶線等功率等分相位改進(jìn)器件。

　　優(yōu)選地，所述PIFA陣子，可以是PIFA陣子也可以是dipole陣子。

　　同現(xiàn)有的技術(shù)相比較，本發(fā)明提供的一種小型化窄波束天線具有尺寸小巧、波束集中、圓極化性能好、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)門禁系統(tǒng)的應(yīng)用。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1是本實(shí)用實(shí)施例的饋電網(wǎng)絡(luò)底面示意圖。

　　圖2是本實(shí)用實(shí)施例的饋電網(wǎng)絡(luò)頂示意圖。

　　圖3為本發(fā)明實(shí)施例的俯視結(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)施例的側(cè)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(shuō)明。

　　如圖1和圖2、圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種小型化窄波束圓極化天線，包括絕緣介質(zhì)板6、位于絕緣介質(zhì)板6正面的饋電網(wǎng)絡(luò)3、位于絕緣介質(zhì)板6背面的金屬底板7、以及安裝于絕緣介質(zhì)板6正面且與饋電網(wǎng)絡(luò)3連接的四個(gè)金屬輻射陣子4。

　　所述絕緣介質(zhì)板6為矩形，為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)3具有一個(gè)輸入端和八個(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)化為兩條四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從四個(gè)輸出端輸出給八個(gè)金屬輻射陣子4。

　　所述金屬底板7為覆銅層，連接到地。金屬底板7是在絕緣介質(zhì)板6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)3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)3由一個(gè)陶瓷功分器2、四個(gè)微帶等功分器和六個(gè)微帶移相器組成，均印刷在絕緣介質(zhì)板6的正面。絕緣介質(zhì)板6的中間設(shè)有饋電孔8，所述饋電孔8將絕緣介質(zhì)板6貫通并與饋電網(wǎng)絡(luò)3的輸入端(即陶瓷功分器2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2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9進(jìn)行負(fù)載匹配。

　　優(yōu)選地，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述金屬輻射陣子4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饋電網(wǎng)絡(luò)上，垂直部分的上端與水平部分連接，所述水平部分則與饋電網(wǎng)絡(luò)平行，整體形成一個(gè)躺倒的“F”的形狀。所述金屬輻射陣子4由PCB、不銹鋼、洋白銅或其他金屬導(dǎo)體材料制成。四個(gè)PIFA形式的金屬輻射振子4，一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4按照一定的順序依次安裝在絕緣介質(zhì)板6正面的饋電網(wǎng)絡(luò)3上，其高度可調(diào)。

　　本實(shí)用提供的一種小型化窄波束圓極化天線，其工作頻段可以是RFID的超高頻，也可以是433MHz或2.4GHz等頻段。可通過(guò)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(lái)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，本實(shí)用提供的一種小型化窄波束圓極化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)。本實(shí)用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(lái)說(shuō)，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)。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

　　1、一種小型化窄波束圓極化天線，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)連接的八個(gè)金屬輻射陣子;

　　所述饋電網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)輸入端和八個(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)化為兩個(gè)四路等幅、相位差依次為90度的信號(hào)，分別從八個(gè)輸出端輸出給八個(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所述的小型化窄波束圓極化天線，其特征在于，所述兩路等幅，帶相位差金屬陣子間距約為該頻率的半波長(zhǎng)。

　　3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，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?lè)较驀梢徽叫危渲行臑榻^緣介質(zhì)板的中心。

　　4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特征在于，所述天線在長(zhǎng)邊方向角度約為45度，遠(yuǎn)窄與普通微帶天線70度的角度。

　　5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，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所述的小型化窄波束圓極化天線，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。

　　7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，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。

　　8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，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。

　　9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，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)明涉及一種小型化窄波束圓極化天線，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)明提供的一種小型化窄波束圓極化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。