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(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(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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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(shuō)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(pán)，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(guò)SMA探針饋電或通過(guò)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(guò)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(guò)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(chēng)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(guò)孔，金屬底板12通過(guò)四個(gè)過(guò)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(guò)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?lè)较驀梢徽叫危渲行臑榻^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^(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(zhuān)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(zhuān)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(guò)SMA探針饋電或通過(guò)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?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(guò)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(guò)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(guò)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。