一種小型化窄波束圓極化天線的製作方法
2023-04-28 07:19:02 1
一種小型化窄波束圓極化天線的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種小型化窄波束圓極化天線，包括絕緣介質板、饋電網絡、金屬底板和八個金屬輻射陣子；其中，饋電網絡設置於絕緣介質板上；金屬底板設置於絕緣介質板的背面；八個金屬輻射陣子平均分成兩組；兩組陣子均安裝於絕緣介質板的正面；每組沿順時針或逆時針方向圍成一正方形，且與饋電網絡連接。本實用新型所提供的一種小型化窄波束天線能夠轉換出波束集中、寬軸比帶寬、圓極化的電磁波；具備小型化、結構簡單、性能穩定，成本低廉，適合大規模工業生產等優點。本實用新型不僅克服了單埠饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多埠饋電系統複雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業門禁系統的應用。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及RFID應用【技術領域】，更具體地，涉及一種小型化窄波束圓極化天 線。 一種小型化窄波束圓極化天線
【背景技術】
[0002] 在RFID (Radio Frequency Identification,射頻識別）系統中，閱讀器對應答器的 讀寫操作是通過雙方之間的無線通信來實現的。微帶天線作為RFID系統中常用的定向天 線形式，對RFID的發展和應用有著極其重要的意義。
[0003] 隨著RFID在各行業的應用越來越廣泛，自動識別門禁的應用面臨的問題越來越 多，其中誤讀的現象尤為普遍，由於普通RFID天線的角度約70度左右，因此在1. 2米寬的 門禁系統中當物品還未進入識別區域就發生誤讀並報警，未減少誤報的現象需要提供一種 窄波束門禁天線，由於普通的窄波束天線都是基於微帶天線組陣的形式來實現窄波束，但 由於微帶天線陣子本身的尺寸較大，因此所設計的門禁天線尺寸都不能小於長400_，而現 實中對門禁系統的外觀需要，門禁天線的長度要短於340mm較為合適，因此需要一種新的 設計方法來解決以上問題。 實用新型內容
[0004] 有鑑於此，有必要針對上述的問題，提供一種小型化窄波束圓極化天線，解決現在 圓極化微帶天線帶寬不足的問題。
[0005] 為實現上述目的，本實用新型採用以下技術方案：
[0006] -種小型化窄波束圓極化天線，包括絕緣介質板、饋電網絡、金屬底板和八個金屬 輻射陣子；其中，饋電網絡設置於絕緣介質板的正面；金屬底板設置於絕緣介質板的背面； 八個金屬輻射陣子平均分成兩組；兩組陣子均安裝於絕緣介質板的正面；每組沿順時針或 逆時針方向圍成一正方形，且與饋電網絡連接。
[0007] 進一步的，所述饋電網絡具有一個輸入端和八個輸出端，包括第一級阻抗變換電 路、第二級電路移相電路；其中，在輸入端連接SMA探針或焊接同軸線；八個輸出端分別與 八個金屬輻射陣子連接；第一級阻抗變換電路包括50歐姆延長線與70歐姆四分之一波長 阻抗變換線組成；第二級電路移相電路包括共面波導線、耦合器、以及若干互相連接的功分 器與移相器，耦合器連接第一級阻抗變換電路。
[0008] 進一步的，所述金屬輻射陣子設置成PIFA形式。
[0009] 進一步的，所述金屬輻射陣子為DIPOLE陣子。
[0010] 進一步的，所述金屬底板為一接地的覆銅層。
[0011] 進一步的，所述絕緣介質板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
[0012] 進一步的，所述金屬輻射陣子為不鏽鋼陣子、洋白銅陣子或PCB陣子。
[0013] 進一步的，所述移相器為共面波導或微帶線形式的移相器。
[0014] 進一步的，所述功分器為陶瓷耦合器或者微帶線等功率等分相位的改進器件。
[0015] 本實用新型所提供的一種小型化窄波束天線能夠轉換出波束集中、寬軸比帶寬、 圓極化的電磁波；具備小型化、結構簡單、性能穩定，成本低廉，適合大規模工業生產等優 點。本實用新型不僅克服了單埠饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多埠饋電系 統複雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業門禁系統的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017] 圖1為本實用新型實施例提供的一種小型化窄波束天線的結構示意圖；
[0018] 圖2為圖1實施例小型化窄波束天線的的側視圖；
[0019] 圖3為圖1實施例小型化窄波束天線的饋電網絡頂面視圖；
[0020] 圖4為圖1實施例小型化窄波束天線的饋電網絡背面視圖。
[0021] 附圖標記說明：
[0022] 1、阻抗變換電路； 2、陶瓷功分器；
[0023] 3、饋電網絡； 4、金屬輻射陣子；
[0024] 5、同軸線； 6、絕緣介質板的正面；
[0025] 7、金屬底板； 8、過孔；
[0026] 9、電阻； 31、第一微帶功分器；
[0027] 32、第二微帶功分器； 33、第一微帶移相器；
[0028] 34、第二微帶移相器； 35、第三微帶移相器；
[0029] 37、第一隔離電阻； 38、第二隔離電阻；
[0030] 41、第一輸出端； 42、第二輸出端；
[0031] 43、第三輸出端； 44、四輸出端；
[0032] 51、第一接地點； 52、第二接地點；
[0033] 53、第三接地點； 54、第四接地點。
【具體實施方式】
[0034] 為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新 型實施例和附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的 是，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新 型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0035] 下面結合【專利附圖】
【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】。
[0036] 實施例
[0037] 請參閱圖1和圖2,為一種小型化窄波束圓極化天線的結構示意圖（需要說明的 是，為便於表示結構，第一級阻抗變換電路1和同軸線5均位於介質板的背面，透視於圖 中。），包括絕緣介質板、饋電網絡3、金屬底板7和八個金屬輻射陣子4 ;其中，饋電網絡3設 置於絕緣介質板上；金屬底板7設置於絕緣介質板的背面；八個金屬輻射陣子4平均分成 兩組；兩組陣子均安裝於絕緣介質板的正面6,且高度可調；每組沿順時針或逆時針方向圍 成一正方形，兩組陣子的方向一致，且與饋電網絡3連接。
[0038] 請參閱圖3和圖4,所述饋電網絡3具有一個輸入端和八個輸出端，包括第一級阻 抗變換電路1、第二級電路移相電路；其中，輸入端通過SMA探針饋電或通過同軸線5焊接 饋電；八個輸出端分別與八個金屬輻射陣子4連接；用於將從輸入端輸入的信號轉化為兩 組四路等幅、相位差依次為90度的信號，分別從八個輸出端輸出給八個金屬輻射陣子4 ;
[0039] 第一級阻抗變換電路1包括50歐姆延長線與70歐姆四分之一波長阻抗變換線組 成；
[0040] 第二級電路移相電路包括共面波導線、耦合器、以及若干互相連接的功分器與移 相器。饋電網絡通過第一級阻抗變換電路1連接耦合器，將饋入信號進行功率等分、相位移 相90度，通過兩段共面波導線分別移相、功分至兩組0度、90度、180度、270度信號，分別輸 送至八個金屬輻射陣子4。
[0041] 具體地，所述饋電網絡3由兩個陶瓷功分器2、四個微帶等功分器和六個微帶移相 器組成，均印刷在絕緣介質板的正面6。絕緣介質板的中間設有過孔8。由於陶瓷功分器為 四埠器件，在使用其他三個埠的時候要將第四埠進行負載匹配，作為優選，本實施例 中，使用50歐姆的電阻9進行負載匹配。
[0042] 請參閱圖3,以左側為例，初始信號通過陶瓷功分器2 (在圖3中未示出)一分為二 之後，一路信號直接進入第一微帶功分器31進行等分，另一路信號經過第一微帶移相器33 進行90度移相後，進入第二微帶功分器32進行等分；第一微帶功分器31的一個輸出端連 接第二微帶移相器34,第二微帶功分器32的一個輸出端連接第三微帶移相器35,分別進行 90度移相。最後，第二微帶移相器34的輸出端連接到饋電網絡3的第一輸出端41、第一微 帶功分器31的另一個輸出端連接到饋電網絡3的第二輸出端42、第二微帶功分器32的另 一個輸出端連接到饋電網絡3的第三輸出端43、第三微帶移相器35的輸出端連接到饋電網 絡3的第四輸出端44 ;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，並分布在絕緣介質板上，分別對四個金屬輻射陣子4饋電。所述絕緣介質板上設有四個 過孔，金屬底板7通過四個過孔分別連接到位於絕緣介質板正面6的第一接地點51、第二接 地點52、第三接地點53和第四接地點54。所述第一微帶功分器31的兩個輸出端之間連接 有第一隔離電阻37,第二微帶功分器32的兩個輸出端之間連接有第二隔離電阻38,以此提 高各路信號的隔離度。
[0043] 所述金屬輻射陣子4為PIFA陣子或DIPOLE陣子。在本實施例中，作為優選，所述 金屬福射陣子4為PIFA(Planar Inverted-F Antenna,平面倒F型天線)形式的陣子。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於饋電網絡3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絡3平行，整體形成一個躺倒的 "F"的形狀。所述金屬輻射陣子4由PCB、不鏽鋼、洋白銅或其他金屬導體材料製成。八個 PIFA形式的金屬輻射振子一方面大大縮小了陣子長度，利於天線的小型化，另一方面對天 線的穩定性有很大提1?。
[0044] 所述金屬底板7為覆銅層，連接到地。金屬底板7是在絕緣介質板的背面全部鋪銅 形成的，並設有饋電焊盤，能夠使得饋電網絡3呈共面波導的傳輸特性，增加信號穩定性。
[0045] 作為優選，所述絕緣介質板為矩形的聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
[0046] 作為優選，所述移相器為共面波導或微帶線形式的移相器。
[0047] 作為優選，所述功分器為陶瓷耦合器或者微帶線等功率等分相位的改進器件。
[0048] 本實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。可通過調節金屬輻射陣子的長度和饋電網絡上微帶線 寬度長度以及陣子距離地板的高度，來大範圍或者小範圍調節天線的工作頻段。
[0049] 本實用新型所提供的一種小型化窄波束天線能夠轉換出波束集中、寬軸比帶寬、 圓極化的電磁波；具備小型化、結構簡單、性能穩定，成本低廉，適合大規模工業生產等優 點。本實用新型不僅克服了單埠饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多埠饋電系 統複雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業門禁系統的應用。
[0050] 以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細， 但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通 技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬 於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1. 一種小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 包括絕緣介質板、饋電網絡、金屬底板和八個金屬輻射陣子； 其中，饋電網絡設置於絕緣介質板上； 金屬底板設置於絕緣介質板的背面； 八個金屬輻射陣子平均分成兩組；兩組陣子均安裝於絕緣介質板的正面；每組沿順時 針或逆時針方向圍成一正方形，且與饋電網絡連接。
2. 根據權利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述饋電網絡具有一個輸入端和八個輸出端，包括第一級阻抗變換電路、第二級電路 移相電路； 其中，在輸入端連接SMA探針或焊接同軸線； 八個輸出端分別與八個金屬輻射陣子連接； 第一級阻抗變換電路包括50歐姆延長線與70歐姆四分之一波長阻抗變換線組成； 第二級電路移相電路包括共面波導線、耦合器、以及若干互相連接的功分器與移相器， 耦合器連接第一級阻抗變換電路。
3. 根據權利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述金屬輻射陣子設置成PIFA形式。
4. 根據權利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述金屬輻射陣子為DIPOLE陣子。
5. 根據權利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述金屬底板為一接地的覆銅層。
6. 根據權利要求1所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述絕緣介質板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
7. 根據權利要求3或4所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述金屬輻射陣子為不鏽鋼陣子、洋白銅陣子或PCB陣子。
8. 根據權利要求2所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述移相器為共面波導或微帶線形式的移相器。
9. 根據權利要求2所述的小型化窄波束圓極化天線，其特徵在於： 所述功分器為陶瓷耦合器或者微帶線等功率等分相位的改進器件。
【文檔編號】H01Q5/10GK203895604SQ201420191290
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】劉騰驥 申請人:深圳市摩天射頻技術有限公司