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CN203895604U - 一种小型化窄波束圆极化天线 - Google Patents

一种小型化窄波束圆极化天线 Download PDF

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CN203895604U CN201420191290.8U CN201420191290U CN203895604U CN 203895604 U CN203895604 U CN 203895604U CN 201420191290 U CN201420191290 U CN 201420191290U CN 203895604 U CN203895604 U CN 203895604U
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circular polarized
miniaturization
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CN201420191290.8U
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Inventor
刘腾骥
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Shenzhen Broadradio Rfid Technology Co ltd
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SHENZHEN MYANTENNA RADIO FREQUENCY TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种小型化窄波束圆极化天线,包括绝缘介质板、馈电网络、金属底板和八个金属辐射阵子;其中,馈电网络设置于绝缘介质板上;金属底板设置于绝缘介质板的背面;八个金属辐射阵子平均分成两组;两组阵子均安装于绝缘介质板的正面;每组沿顺时针或逆时针方向围成一正方形,且与馈电网络连接。本实用新型所提供的一种小型化窄波束天线能够转换出波束集中、宽轴比带宽、圆极化的电磁波;具备小型化、结构简单、性能稳定,成本低廉,适合大规模工业生产等优点。本实用新型不仅克服了单端口馈电的带宽窄,体积大的缺陷,而且简化了多端口馈电系统复杂的缺点,提高了性能,更加适合RFID行业门禁系统的应用。

Description

一种小型化窄波束圆极化天线
技术领域
本实用新型涉及RFID应用技术领域,更具体地,涉及一种小型化窄波束圆极化天线。
背景技术
在RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)系统中,阅读器对应答器的读写操作是通过双方之间的无线通信来实现的。微带天线作为RFID系统中常用的定向天线形式,对RFID的发展和应用有着极其重要的意义。
随着RFID在各行业的应用越来越广泛,自动识别门禁的应用面临的问题越来越多,其中误读的现象尤为普遍,由于普通RFID天线的角度约70度左右,因此在1.2米宽的门禁系统中当物品还未进入识别区域就发生误读并报警,未减少误报的现象需要提供一种窄波束门禁天线,由于普通的窄波束天线都是基于微带天线组阵的形式来实现窄波束,但由于微带天线阵子本身的尺寸较大,因此所设计的门禁天线尺寸都不能小于长400mm,而现实中对门禁系统的外观需要,门禁天线的长度要短于340mm较为合适,因此需要一种新的设计方法来解决以上问题。
实用新型内容
有鉴于此,有必要针对上述的问题,提供一种小型化窄波束圆极化天线,解决现在圆极化微带天线带宽不足的问题。
为实现上述目的,本实用新型采用以下技术方案:
一种小型化窄波束圆极化天线,包括绝缘介质板、馈电网络、金属底板和八个金属辐射阵子;其中,馈电网络设置于绝缘介质板的正面;金属底板设置于绝缘介质板的背面;八个金属辐射阵子平均分成两组;两组阵子均安装于绝缘介质板的正面;每组沿顺时针或逆时针方向围成一正方形,且与馈电网络连接。
进一步的,所述馈电网络具有一个输入端和八个输出端,包括第一级阻抗变换电路、第二级电路移相电路;其中,在输入端连接SMA探针或焊接同轴线;八个输出端分别与八个金属辐射阵子连接;第一级阻抗变换电路包括50欧姆延长线与70欧姆四分之一波长阻抗变换线组成;第二级电路移相电路包括共面波导线、耦合器、以及若干互相连接的功分器与移相器,耦合器连接第一级阻抗变换电路。
进一步的,所述金属辐射阵子设置成PIFA形式。
进一步的,所述金属辐射阵子为DIPOLE阵子。
进一步的,所述金属底板为一接地的覆铜层。
进一步的,所述绝缘介质板为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。
进一步的,所述金属辐射阵子为不锈钢阵子、洋白铜阵子或PCB阵子。
进一步的,所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器。
进一步的,所述功分器为陶瓷耦合器或者微带线等功率等分相位的改进器件。
本实用新型所提供的一种小型化窄波束天线能够转换出波束集中、宽轴比带宽、圆极化的电磁波;具备小型化、结构简单、性能稳定,成本低廉,适合大规模工业生产等优点。本实用新型不仅克服了单端口馈电的带宽窄,体积大的缺陷,而且简化了多端口馈电系统复杂的缺点,提高了性能,更加适合RFID行业门禁系统的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种小型化窄波束天线的结构示意图;
图2为图1实施例小型化窄波束天线的的侧视图;
图3为图1实施例小型化窄波束天线的馈电网络顶面视图;
图4为图1实施例小型化窄波束天线的馈电网络背面视图。
附图标记说明:
1、阻抗变换电路;                   2、陶瓷功分器;
3、馈电网络;                       4、金属辐射阵子;
5、同轴线;                         6、绝缘介质板的正面;
7、金属底板;                       8、过孔;
9、电阻;                           31、第一微带功分器;
32、第二微带功分器;                33、第一微带移相器;
34、第二微带移相器;                35、第三微带移相器;
37、第一隔离电阻;                  38、第二隔离电阻;
41、第一输出端;                    42、第二输出端;
43、第三输出端;                    44、四输出端;
51、第一接地点;                    52、第二接地点;
53、第三接地点;                    54、第四接地点。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例和附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。
实施例
请参阅图1和图2,为一种小型化窄波束圆极化天线的结构示意图(需要说明的是,为便于表示结构,第一级阻抗变换电路1和同轴线5均位于介质板的背面,透视于图中。),包括绝缘介质板、馈电网络3、金属底板7和八个金属辐射阵子4;其中,馈电网络3设置于绝缘介质板上;金属底板7设置于绝缘介质板的背面;八个金属辐射阵子4平均分成两组;两组阵子均安装于绝缘介质板的正面6,且高度可调;每组沿顺时针或逆时针方向围成一正方形,两组阵子的方向一致,且与馈电网络3连接。
请参阅图3和图4,所述馈电网络3具有一个输入端和八个输出端,包括第一级阻抗变换电路1、第二级电路移相电路;其中,输入端通过SMA探针馈电或通过同轴线5焊接馈电;八个输出端分别与八个金属辐射阵子4连接;用于将从输入端输入的信号转化为两组四路等幅、相位差依次为90度的信号,分别从八个输出端输出给八个金属辐射阵子4;
第一级阻抗变换电路1包括50欧姆延长线与70欧姆四分之一波长阻抗变换线组成;
第二级电路移相电路包括共面波导线、耦合器、以及若干互相连接的功分器与移相器。馈电网络通过第一级阻抗变换电路1连接耦合器,将馈入信号进行功率等分、相位移相90度,通过两段共面波导线分别移相、功分至两组0度、90度、180度、270度信号,分别输送至八个金属辐射阵子4。
具体地,所述馈电网络3由两个陶瓷功分器2、四个微带等功分器和六个微带移相器组成,均印刷在绝缘介质板的正面6。绝缘介质板的中间设有过孔8。由于陶瓷功分器为四端口器件,在使用其他三个端口的时候要将第四端口进行负载匹配,作为优选,本实施例中,使用50欧姆的电阻9进行负载匹配。
请参阅图3,以左侧为例,初始信号通过陶瓷功分器2(在图3中未示出)一分为二之后,一路信号直接进入第一微带功分器31进行等分,另一路信号经过第一微带移相器33进行90度移相后,进入第二微带功分器32进行等分;第一微带功分器31的一个输出端连接第二微带移相器34,第二微带功分器32的一个输出端连接第三微带移相器35,分别进行90度移相。最后,第二微带移相器34的输出端连接到馈电网络3的第一输出端41、第一微带功分器31的另一个输出端连接到馈电网络3的第二输出端42、第二微带功分器32的另一个输出端连接到馈电网络3的第三输出端43、第三微带移相器35的输出端连接到馈电网络3的第四输出端44;第一至第四输出端分别得到四路功率相等,相位差依次为90度的信号,并分布在绝缘介质板上,分别对四个金属辐射阵子4馈电。所述绝缘介质板上设有四个过孔,金属底板7通过四个过孔分别连接到位于绝缘介质板正面6的第一接地点51、第二接地点52、第三接地点53和第四接地点54。所述第一微带功分器31的两个输出端之间连接有第一隔离电阻37,第二微带功分器32的两个输出端之间连接有第二隔离电阻38,以此提高各路信号的隔离度。
所述金属辐射阵子4为PIFA阵子或DIPOLE阵子。在本实施例中,作为优选,所述金属辐射阵子4为PIFA(Planar Inverted-F Antenna,平面倒F型天线)形式的阵子。PIFA形式的阵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馈电网络3上,垂直部分的上端与水平部分连接,所述水平部分则与馈电网络3平行,整体形成一个躺倒的“F”的形状。所述金属辐射阵子4由PCB、不锈钢、洋白铜或其他金属导体材料制成。八个PIFA形式的金属辐射振子一方面大大缩小了阵子长度,利于天线的小型化,另一方面对天线的稳定性有很大提高。
所述金属底板7为覆铜层,连接到地。金属底板7是在绝缘介质板的背面全部铺铜形成的,并设有馈电焊盘,能够使得馈电网络3呈共面波导的传输特性,增加信号稳定性。
作为优选,所述绝缘介质板为矩形的聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。
作为优选,所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器。
作为优选,所述功分器为陶瓷耦合器或者微带线等功率等分相位的改进器件。
本实用提供的一种小型化窄波束圆极化天线,其工作频段可以是RFID的超高频,也可以是433MHz或2.4GHz等频段。可通过调节金属辐射阵子的长度和馈电网络上微带线宽度长度以及阵子距离地板的高度,来大范围或者小范围调节天线的工作频段。
本实用新型所提供的一种小型化窄波束天线能够转换出波束集中、宽轴比带宽、圆极化的电磁波;具备小型化、结构简单、性能稳定,成本低廉,适合大规模工业生产等优点。本实用新型不仅克服了单端口馈电的带宽窄,体积大的缺陷,而且简化了多端口馈电系统复杂的缺点,提高了性能,更加适合RFID行业门禁系统的应用。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
包括绝缘介质板、馈电网络、金属底板和八个金属辐射阵子;
其中,馈电网络设置于绝缘介质板上;
金属底板设置于绝缘介质板的背面;
八个金属辐射阵子平均分成两组;两组阵子均安装于绝缘介质板的正面;每组沿顺时针或逆时针方向围成一正方形,且与馈电网络连接。
2.根据权利要求1所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述馈电网络具有一个输入端和八个输出端,包括第一级阻抗变换电路、第二级电路移相电路;
其中,在输入端连接SMA探针或焊接同轴线;
八个输出端分别与八个金属辐射阵子连接;
第一级阻抗变换电路包括50欧姆延长线与70欧姆四分之一波长阻抗变换线组成;
第二级电路移相电路包括共面波导线、耦合器、以及若干互相连接的功分器与移相器,耦合器连接第一级阻抗变换电路。
3.根据权利要求1所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述金属辐射阵子设置成PIFA形式。
4.根据权利要求1所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述金属辐射阵子为DIPOLE阵子。
5.根据权利要求1所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述金属底板为一接地的覆铜层。
6.根据权利要求1所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述绝缘介质板为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。
7.根据权利要求3或4所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述金属辐射阵子为不锈钢阵子、洋白铜阵子或PCB阵子。
8.根据权利要求2所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器。
9.根据权利要求2所述的小型化窄波束圆极化天线,其特征在于:
所述功分器为陶瓷耦合器或者微带线等功率等分相位的改进器件。
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