一种圆极化宽带天线

　　技术领域

　　本发明涉及RFID应用技术领域，特别涉及一种圆极化宽带天线。

　　背景技术

　　射频识别是一种非接触式的自动识别技术。在RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统中，识别信息存放在电子数据载体中，电子数据载体成为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出，在一些应用中，阅读器不仅可以读出存放的信息，而且可以对应答器写入数据，这种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。

　　从微带天线的概念提出以来，由于它具有结构简单、体积小、重量轻、低剖面、易与载体共形等优点，已广泛的应用于卫星通信、雷达、射频识别、导航等领域。其中圆极化微带天线又因其能够接受任意极化的来波且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线所接收的优点而越来越受到青睐。微带天线产生圆极化波的关键是产生幅度相等，相位相差90度的两个相互正交的线极化波，即产生两个在空间和时间上都正交的线极化波。

　　为达到上述要求，圆极化微带天线在结构上主要可以分为以下三种形式：单点馈电、双点馈电或四点馈电。其中单点馈电圆极化微带天线结构最为简单，但缺点是轴比带宽较窄，实用性不强;双点馈电可以不同程度地扩展圆极化轴比带宽，但都采用了多层结构，破坏了天线的低剖面性;四点馈电的天线又由于其复杂性和不稳定性，使用率较低。

　　发明内容

　　本发明的目的在于，克服单点馈电导致的带宽窄的缺点，提供一种宽轴比带宽、小型化、结构简单、性能稳定的圆极化宽带天线。

　　为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

　　一种圆极化宽带天线，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、以及安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子;

　　所述馈电网络具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90度的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子;

　　所述金属底板为覆铜层，连接到地;

　　所述金属辐射阵子为PIFA形式的阵子。

　　优选地，所述馈电网络的输入端通过SMA探针馈电或通过同轴线焊接馈电。

　　优选地，所述四个金属辐射阵子在馈电网络上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板的中心。

　　优选地，所述四个金属辐射阵子以绝缘介质板的中心为中心，呈辐射状排列。

　　优选地，所述绝缘介质板为圆形或矩形。

　　优选地，所述馈电网络包括第一至第三功分器和第一至第三移相器;第三功分器的输入端为馈电网络的输入端，第三功分器的一个输出端与第一功分器的输入端连接，另一个输出端经过第一移相器连接到第二功分器的输入端;第一功分器的一个输出端经过第二移相器连接到馈电网络的第一输出端，第一功分器的另一个输出端连接到馈电网络的第二输出端;第二功分器的一个输出端经过第三移相器连接到馈电网络的第四输出端，第二功分器的另一个输出端连接到馈电网络的第三输出端。

　　优选地，所述绝缘介质板为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。

　　优选地，所述金属辐射阵子由不锈钢、洋白铜或PCB构成。

　　优选地，所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器。

　　优选地，所述功分器为陶瓷功分器或者微带线等功率功分器。

　　同现有的技术相比较，本发明提供的一种圆极化宽带天线具有宽轴比带宽，圆极化，高增益，小型化，性能稳定，易于量产等优点。本发明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行业的应用。

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　　附图说明

　　图1是本发明实施例的SMA探针馈电形式的剖面结构示意图。

　　图2为本发明实施例的同轴线焊接馈电形式的剖面结构示意图。

　　图3为本发明实施例的馈电网络结构示意图。

　　图4为本发明实施例的金属辐射阵子的结构示意图。

　　图5为本发明实施例的金属辐射阵子的整体排布示意图。

　　具体实施方式

　　下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

　　如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种圆极化宽带天线，包括绝缘介质板13、位于绝缘介质板13正面的馈电网络11、位于绝缘介质板13背面的金属底板12、以及安装于绝缘介质板13正面且与馈电网络11连接的四个金属辐射阵子15。

　　所述绝缘介质板13为矩形，为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。

　　所述馈电网络11具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90度的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子15。

　　所述金属底板12为覆铜层，连接到地。金属底板12是在绝缘介质板13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11呈共面波导的传输特性，增加信号稳定性。

　　具体地，如图3所示，所述馈电网络11由一个陶瓷功分器32、两个微带等功分器和三个微带移相器组成，均印刷在绝缘介质板13的正面。绝缘介质板13的中间设有馈电孔31，所述馈电孔31将绝缘介质板13贯通并与馈电网络11的输入端(即陶瓷功分器32的输入端)直接相连，便于放置馈电接头并用于馈入初始信号。由于陶瓷功分器32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，本发明实施例中，使用50欧姆的电阻35进行负载匹配。

　　所述馈电网络11的输入端可通过SMA探针馈电或通过同轴线焊接馈电。如图1所示，为SMA探针的馈电方式，所述SMA探针14的馈电端从绝缘介质板13的背面贯穿馈电孔31，与馈电网络11的输入端电连接;SMA探针14的接地端与金属底板12电连接，并连接到地。如图2所示，为同轴线焊接的馈电方式，所述同轴线21的线芯从绝缘介质板13的背面贯穿馈电孔31，与馈电网络11的输入端电连接;同轴线21的外铜皮与金属底板12电连接，并连接到地。

　　如图3所示，初始信号通过陶瓷功分器32一分为二之后，一路信号直接进入第一微带功分器33进行等分，另一路信号经过第一微带移相器39进行90度移相后，进入第二微带功分器34进行等分;第一微带功分器33的一个输出端连接第二微带移相器41，第二微带功分器34的一个输出端连接第三微带移相器43，分别进行90度移相。最后，第二微带移相器41的输出端连接到馈电网络11的第一输出端44、第一微带功分器33的另一个输出端连接到馈电网络11的第二输出端45、第二微带功分器34的另一个输出端连接到馈电网络11的第三输出端47、第三微带移相器43的输出端连接到馈电网络11的第四输出端46;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，并对称分布在绝缘介质板13上的四个角，分别对四个金属辐射阵子15馈电，从而实现天线的圆极化性能。

　　所述绝缘介质板13上还设有四个过孔，金属底板12通过四个过孔分别连接到位于绝缘介质板13正面的第一接地点48、第二接地点49、第三接地点51和第四接地点50。

　　作为改进，所述第一微带功分器33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34的两个输出端之间连接有第二隔离电阻36，以此提高各路信号的隔离度。

　　优选地，在本发明实施例中，所述金属辐射阵子15为PIFA(Planar Inverted-F Antenna，平面倒F型天线)形式的阵子。如图4所示，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绝缘介质板13上，垂直部分的上端与水平部分连接，所述水平部分则与绝缘介质板13平行，整体形成一个躺倒的“F”的形状。所述金属辐射阵子15由PCB、不锈钢、洋白铜或其他金属导体材料制成。每个金属辐射阵子15有2个管脚，其中一个为馈电端口62，与第一输出端44、第二输出端45、第三输出端47或第四输出端46连接，用于馈电;另外一个为接地端口63，通过第一接地点48、第二接地点49、第三接地点51或第四接地点50连接到金属底板12，进而接地。四个PIFA形式的金属辐射振子15，一方面大大缩小了阵子长度，利于天线小型化，另一方面对天线的稳定性有很大提高。

　　所述四个金属辐射阵子15按照一定的顺序依次安装在绝缘介质板13正面的馈电网络11上，其高度可调。

　　具体地，在本发明实施例中，所述绝缘介质板13是矩形的，所述四个金属辐射阵子15在馈电网络11上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板13的中心，每一个金属辐射阵子15分别平行于矩形的一条边。

　　在本发明的另一个实施例中，所述绝缘介质板13还可以为圆形，所述四个金属辐射阵子15以绝缘介质板13的中心为中心，呈辐射状排列。

　　本发明提供的一种圆极化宽带天线，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。

　　同现有的技术相比较，本发明提供的一种圆极化宽带天线具有宽轴比带宽，圆极化，高增益，小型化，性能稳定，易于量产等优点。本发明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行业的应用。

　　以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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　　图1

　　图2

　　图3

　　图4

　　图5

　　1、一种圆极化宽带天线，其特征在于，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、以及安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子;

　　所述馈电网络具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90度的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子;

　　所述金属底板为覆铜层，连接到地;

　　所述金属辐射阵子为PIFA形式的阵子。

　　2、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述馈电网络的输入端通过SMA探针馈电或通过同轴线焊接馈电。

　　3、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述四个金属辐射阵子在馈电网络上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板的中心。

　　4、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述四个金属辐射阵子以绝缘介质板的中心为中心，呈辐射状排列。

　　5、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述绝缘介质板为圆形或矩形。

　　6、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述馈电网络包括第一至第三功分器和第一至第三移相器;第三功分器的输入端为馈电网络的输入端，第三功分器的一个输出端与第一功分器的输入端连接，另一个输出端经过第一移相器连接到第二功分器的输入端;第一功分器的一个输出端经过第二移相器连接到馈电网络的第一输出端，第一功分器的另一个输出端连接到馈电网络的第二输出端;第二功分器的一个输出端经过第三移相器连接到馈电网络的第四输出端，第二功分器的另一个输出端连接到馈电网络的第三输出端。

　　7、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，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。

　　8、根据权利要求1所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述金属辐射阵子由不锈钢、洋白铜或PCB构成。

　　9、根据权利要求6所述的圆极化宽带天线，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。

　　10、根据权利要求6所述的圆极化宽带天线，其特征在于，所述功分器为陶瓷功分器或者微带线等功率功分器。

　　本发明涉及一种圆极化宽带天线，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、以及安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子;所述馈电网络用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90度的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子;所述金属底板为覆铜层，连接到地;所述金属辐射阵子为PIFA形式的阵子。同现有的技术相比较，本发明提供的一种圆极化宽带天线具有宽轴比带宽，圆极化，高增益，小型化，性能稳定，易于量产等优点。本发明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行业的应用。