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一種圓極化寬帶天線
技術領域
本發明涉及RFID應用技術領域，特別涉及一種圓極化寬帶天線。
背景技術
射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術。在RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)系統中，識別信息存放在電子數據載體中，電子數據載體成為應答器。應答器中存放的識別信息由閱讀器讀出，在一些應用中，閱讀器不僅可以讀出存放的信息，而且可以對應答器寫入數據，這種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。
從微帶天線的概念提出以來，由于它具有結構簡單、體積小、重量輕、低剖面、易與載體共形等優點，已廣泛的應用于衛星通信、雷達、射頻識別、導航等領域。其中圓極化微帶天線又因其能夠接受任意極化的來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點而越來越受到青睞。微帶天線產生圓極化波的關鍵是產生幅度相等，相位相差90度的兩個相互正交的線極化波，即產生兩個在空間和時間上都正交的線極化波。
為達到上述要求，圓極化微帶天線在結構上主要可以分為以下三種形式：單點饋電、雙點饋電或四點饋電。其中單點饋電圓極化微帶天線結構最為簡單，但缺點是軸比帶寬較窄，實用性不強;雙點饋電可以不同程度地擴展圓極化軸比帶寬，但都采用了多層結構，破壞了天線的低剖面性;四點饋電的天線又由于其復雜性和不穩定性，使用率較低。
發明內容
本發明的目的在于，克服單點饋電導致的帶寬窄的缺點，提供一種寬軸比帶寬、小型化、結構簡單、性能穩定的圓極化寬帶天線。
為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質板、位于絕緣介質板正面的饋電網絡、位于絕緣介質板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質板正面且與饋電網絡連接的四個金屬輻射陣子;
所述饋電網絡具有一個輸入端和四個輸出端，包括若干個相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號轉化為四路等幅、相位差依次為90度的信號，分別從四個輸出端輸出給四個金屬輻射陣子;
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。
優選地，所述饋電網絡的輸入端通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。
優選地，所述四個金屬輻射陣子在饋電網絡上方沿順時針或逆時針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質板的中心。
優選地，所述四個金屬輻射陣子以絕緣介質板的中心為中心，呈輻射狀排列。
優選地，所述絕緣介質板為圓形或矩形。
優選地，所述饋電網絡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絡的輸入端，第三功分器的一個輸出端與第一功分器的輸入端連接，另一個輸出端經過第一移相器連接到第二功分器的輸入端;第一功分器的一個輸出端經過第二移相器連接到饋電網絡的第一輸出端，第一功分器的另一個輸出端連接到饋電網絡的第二輸出端;第二功分器的一個輸出端經過第三移相器連接到饋電網絡的第四輸出端，第二功分器的另一個輸出端連接到饋電網絡的第三輸出端。
優選地，所述絕緣介質板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
優選地，所述金屬輻射陣子由不銹鋼、洋白銅或PCB構成。
優選地，所述移相器為共面波導或微帶線形式的移相器。
優選地，所述功分器為陶瓷功分器或者微帶線等功率功分器。
同現有的技術相比較，本發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，性能穩定，易于量產等優點。本發明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多端口饋電系統復雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業的應用。
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附圖說明
圖1是本發明實施例的SMA探針饋電形式的剖面結構示意圖。
圖2為本發明實施例的同軸線焊接饋電形式的剖面結構示意圖。
圖3為本發明實施例的饋電網絡結構示意圖。
圖4為本發明實施例的金屬輻射陣子的結構示意圖。
圖5為本發明實施例的金屬輻射陣子的整體排布示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖和具體的實施例對本發明的技術方案進行詳細說明。
如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質板13、位于絕緣介質板13正面的饋電網絡11、位于絕緣介質板13背面的金屬底板12、以及安裝于絕緣介質板13正面且與饋電網絡11連接的四個金屬輻射陣子15。
所述絕緣介質板13為矩形，為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
所述饋電網絡11具有一個輸入端和四個輸出端，包括若干個相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號轉化為四路等幅、相位差依次為90度的信號，分別從四個輸出端輸出給四個金屬輻射陣子15。
所述金屬底板12為覆銅層，連接到地。金屬底板12是在絕緣介質板13的背面全部鋪銅形成的，并設有饋電焊盤，能夠使得饋電網絡11呈共面波導的傳輸特性，增加信號穩定性。
具體地，如圖3所示，所述饋電網絡11由一個陶瓷功分器32、兩個微帶等功分器和三個微帶移相器組成，均印刷在絕緣介質板13的正面。絕緣介質板13的中間設有饋電孔31，所述饋電孔31將絕緣介質板13貫通并與饋電網絡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。由于陶瓷功分器32為四端口器件，在使用其他三個端口的時候要將第四端口進行負載匹配，本發明實施例中，使用50歐姆的電阻35進行負載匹配。
所述饋電網絡11的輸入端可通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。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板13的背面貫穿饋電孔31，與饋電網絡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的線芯從絕緣介質板13的背面貫穿饋電孔31，與饋電網絡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，初始信號通過陶瓷功分器32一分為二之后，一路信號直接進入第一微帶功分器33進行等分，另一路信號經過第一微帶移相器39進行90度移相后，進入第二微帶功分器34進行等分;第一微帶功分器33的一個輸出端連接第二微帶移相器41，第二微帶功分器34的一個輸出端連接第三微帶移相器43，分別進行90度移相。最后，第二微帶移相器41的輸出端連接到饋電網絡11的第一輸出端44、第一微帶功分器33的另一個輸出端連接到饋電網絡11的第二輸出端45、第二微帶功分器34的另一個輸出端連接到饋電網絡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絡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，并對稱分布在絕緣介質板13上的四個角，分別對四個金屬輻射陣子15饋電，從而實現天線的圓極化性能。
所述絕緣介質板13上還設有四個過孔，金屬底板12通過四個過孔分別連接到位于絕緣介質板13正面的第一接地點48、第二接地點49、第三接地點51和第四接地點50。
作為改進，所述第一微帶功分器33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34的兩個輸出端之間連接有第二隔離電阻36，以此提高各路信號的隔離度。
優選地，在本發明實施例中，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板13平行，整體形成一個躺倒的“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體材料制成。每個金屬輻射陣子15有2個管腳，其中一個為饋電端口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;另外一個為接地端口63，通過第一接地點48、第二接地點49、第三接地點51或第四接地點50連接到金屬底板12，進而接地。四個PIFA形式的金屬輻射振子15，一方面大大縮小了陣子長度，利于天線小型化，另一方面對天線的穩定性有很大提高。
所述四個金屬輻射陣子15按照一定的順序依次安裝在絕緣介質板13正面的饋電網絡11上，其高度可調。
具體地，在本發明實施例中，所述絕緣介質板13是矩形的，所述四個金屬輻射陣子15在饋電網絡11上方沿順時針或逆時針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質板13的中心，每一個金屬輻射陣子15分別平行于矩形的一條邊。
在本發明的另一個實施例中，所述絕緣介質板13還可以為圓形，所述四個金屬輻射陣子15以絕緣介質板13的中心為中心，呈輻射狀排列。
本發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。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，來大范圍或者小范圍調節天線的工作頻段。
同現有的技術相比較，本發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，性能穩定，易于量產等優點。本發明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多端口饋電系統復雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業的應用。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
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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，包括絕緣介質板、位于絕緣介質板正面的饋電網絡、位于絕緣介質板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質板正面且與饋電網絡連接的四個金屬輻射陣子;
所述饋電網絡具有一個輸入端和四個輸出端，包括若干個相互連接的功分器和移相器，用于將從輸入端輸入的信號轉化為四路等幅、相位差依次為90度的信號，分別從四個輸出端輸出給四個金屬輻射陣子;
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、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述饋電網絡的輸入端通過SMA探針饋電或通過同軸線焊接饋電。
3、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述四個金屬輻射陣子在饋電網絡上方沿順時針或逆時針方向圍成一正方形，其中心為絕緣介質板的中心。
4、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述四個金屬輻射陣子以絕緣介質板的中心為中心，呈輻射狀排列。
5、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述絕緣介質板為圓形或矩形。
6、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述饋電網絡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絡的輸入端，第三功分器的一個輸出端與第一功分器的輸入端連接，另一個輸出端經過第一移相器連接到第二功分器的輸入端;第一功分器的一個輸出端經過第二移相器連接到饋電網絡的第一輸出端，第一功分器的另一個輸出端連接到饋電網絡的第二輸出端;第二功分器的一個輸出端經過第三移相器連接到饋電網絡的第四輸出端，第二功分器的另一個輸出端連接到饋電網絡的第三輸出端。
7、根據權利要求1所述的圓極化寬帶天線，其特征在于，所述絕緣介質板為聚四氟乙烯板或FR-4絕緣板。
8、根據權利要求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構成。
9、根據權利要求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或微帶線形式的移相器。
10、根據權利要求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。
本發明涉及一種圓極化寬帶天線，包括絕緣介質板、位于絕緣介質板正面的饋電網絡、位于絕緣介質板背面的金屬底板、以及安裝于絕緣介質板正面且與饋電網絡連接的四個金屬輻射陣子;所述饋電網絡用于將從輸入端輸入的信號轉化為四路等幅、相位差依次為90度的信號，分別從四個輸出端輸出給四個金屬輻射陣子;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。同現有的技術相比較，本發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，性能穩定，易于量產等優點。本發明不僅克服了單端口饋電的帶寬窄，體積大的缺陷，而且簡化了多端口饋電系統復雜的缺點，提高了性能，更加適合RFID行業的應用。
