CN101080849A - 天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天线。所述天线具有能够易于对天线连接端子处的阻抗进行调节的结构，所述天线包括：接地板；板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，另一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体，并且该馈线导体与所述板状辐射导体垂直；和导体盘，其电连接到所述馈线导体，并与所述接地板平行布置，可以对从所述导体盘到所述接地板的距离进行调节。

Description

天线
技术领域
本发明涉及天线，具体地说，涉及一种具有易于在天线连接端子中进行阻抗调节的结构的天线结构。
背景技术
近来，用于从被称为RFID标签的读取对象无线读取编码信息等的系统得到了广泛采用。
在这种系统中，用于从RFID标签读取编码信息等的装置被称为RFID读取器/写入器。RFID标签具有存储了编码信息的IC存储器，不过为了能够实现小型化，并没有为RFID标签提供电源。因此，为了从IC存储器读取编码信息并将该编码信息无线发送到RFID读取器/写入器，必须要提供电力。
从RFID标签读取编码信息等时，RFID读取器/写入器向RFID标签发送未经调制的连续波(CW)。RFID标签接收该未经调制的连续波并将其转换为电流以接收电力供应。该电力被用于从IC存储器读取编码信息、对该未经调制的连续波进行调制并将经调制的波返回给RFID读取器/写入器。这样，RFID读取器/写入器就可以从RFID标签读取编码信息等。
图1是这种RFID读取器/写入器的构成示例的概念图。在图1中，信息读取处理电路3经由同轴电缆2连接到天线1。天线1具有板状辐射导体10，该辐射导体10通过聚四氟乙烯或另一材料制成的绝缘支撑件11a至11d被设置为与接地板12平行并相对。
图1所示的示例中采用了这样一种结构：其中通过绝缘支撑件11a至11d在贴片天线(板状辐射导体)10与接地板12之间插入有空气；但是也可以采用其中插入有聚四氟乙烯等制成的绝缘板的结构。板状辐射导体10还具有电磁波辐射窗13。
信息读取处理电路3的发送/接收部经由循环器30连接到发送放大器SPA和接收放大器RPA。除发送放大器SPA和接收放大器RPA之外，还连接有处理电路，但是由于该处理电路不与本发明直接相关，因此在图中略去。
板状辐射导体10的馈电点P和循环器30通过同轴电缆2连接。从发送放大器SPA输出的未经调制的连续波(CW)穿过同轴电缆2，供至所述馈电点，并从板状辐射导体10向RFID标签进行辐射。该未经调制的连续波经RFID标签调制并反射，然后被板状辐射导体10接收，穿过同轴电缆，被信息读取处理电路3接收，然后被接收放大器RPA从循环器30接收。
此处，同轴电缆2的特性阻抗为50Ω。如果馈电点P的阻抗与同轴电缆2的特性阻抗不同，那么从发送放大器SPA提供的未经调制的连续波(CW)在馈电点被反射。
另一方面，RFID读取器/写入器从RFID标签接收到微小的响应信号，从而来自天线10的反射变成干扰波，由此降低了灵敏性。在一般的天线中，即使是大约-10dB的反射特性也是足够的，但是在RFID读取器/写入器中，理想的是反射特性为-20dB或更低。
在现有技术中，已经针对天线反射特性的改进提出了多种方案(例如，日本专利公报第8-8446号和日本专利特开第2001-203529号)。在日本专利公报第8-8446号所描述的发明中，如图2的平面图和图3中沿A-A’线的剖面图所示，板状辐射导体10被设置为与接地板12相对，其间插入有介电基板14。对馈电点P距离板状辐射导体10的中心的放置位置进行调节，使同轴电缆的中心导体16连接到馈电点P，而外导体连接到接地板12。
一个特征是，在板状辐射导体10的外周上，在距板状辐射导体10的馈电点P规定角度的位置处设置有突起15或切断部(cutout)(日本专利公报第8-8446号，图2)，对突起15或切断部的大小进行调整。
在日本专利特开第2001-203529号所描述的发明中，如图4所示，所形成的辐射导体10在基板20中具有切断部9，并且在馈线21与辐射导体10之间还设置有切口22。通过切口22的宽度和长度来获得天线工作模式，并通过调节该长度来获得所希望的阻抗匹配。
然而，在现有技术的这些示例的调节馈电点位置的方法中，不容易进行调节处理，并且存在偏振态随馈电点位置而改变的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种阻抗易于调节的天线。
实现本发明这一目的的天线的第一方面具有：接地板；板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，另一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体，所述馈线导体与所述板状辐射导体垂直；和导体盘，其电连接到所述馈线导体，并与所述接地板平行布置。所述天线的特征在于，可以对从导体盘到接地板的距离进行调节。
实现本发明上述目的的天线的第二方面是第一个方面的天线，其特征在于：在所述馈线导体的至少一部分的外周上形成有螺纹；所述导体盘的中心部被所述馈线导体穿过；在所述中心部的内表面上形成有与所述馈线导体的螺纹相配的螺槽，并且通过旋转所述导体盘，可以沿所述螺纹来调节与所述接地板的距离。
实现本发明这一目的的天线的第三方面具有：接地板；板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；第一馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，并且该第一馈线导体与所述板状辐射导体垂直；和第二馈线导体，其一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体。所述天线的特征在于，所述第一馈线导体的另一端和所述第二馈线导体的另一端相对布置，并且可以对相对面积的大小进行调节。
实现本发明上述目的的天线的第四方面是第三方面的天线，其特征在于：所述第一馈线导体是导电螺栓；所述第二馈线导体具有中空导电管和插入在该中空导电管的至少一部分中的中空介电体，并且所述中空介电体的内表面上形成有与所述螺栓相配的螺槽。
实现本发明这一目的的天线的第五方面具有：接地板；板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；第一馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，并且该第一馈线导体与所述板状辐射导体垂直；第二馈线导体，其一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体。所述天线的特征在于：所述第一馈线导体的另一端和所述第二馈线导体的另一端相对布置；可以对相对面积的大小进行调节；具有导体盘，所述导体盘电连接到所述第二馈线导体并与所述接地板平行且相对布置；并且可以对从所述导体盘到所述接地板的距离进行调节。
通过以下参照附图来描述的本发明的实施例，本发明的特征将变得更加清楚。
附图说明
图1是示出了RFID读取器/写入器的构造示例的概念图；
图2是日本专利公报第8-8446号所描述的发明的平面图；
图3是沿图2中A-A’线截取的剖面图；
图4说明了日本专利特开第2001-203529号的发明；
图5示出了本发明的天线的第一实施例的原理；
图6是图5的原理图的等效电路；
图7示出了与图5的原理图相对应的实施例的构造；
图8示意性示出了由图7中的圆所包围的部分A的放大图；
图9利用S参数史密斯圆图示出了本发明的有益效果；
图10示出了本发明第二实施例的原理；
图11是图10的原理图的等效电路；
图12是实现图11所示的第二实施例的原理的实施例的横截面图；
图13示出了本发明第三实施例的原理；而
图14是图13的原理图的等效电路。
具体实施方式
下面将参照附图来说明本发明的优选方面。以下提供并说明的本发明的这些方面是为了便于理解本发明，并且本发明的技术范围并不限于这些方面。
图5是本发明的天线的第一实施例的原理图，示出了其横截面。贴片天线(板状辐射导体)10和接地板12平行并相对且其间插入有空气，与图1的构造相同。
作为特征，连接到板状辐射导体10的导体盘100平行地设置在同轴馈线导体101的中途，所述同轴馈线导体101连接到板状辐射导体10的馈电点P。在图5中，为了便于理解该结构，与板状辐射导体10的直径相比，板状辐射导体10与接地板12之间的间隔被放大示出。例如，对于953MHz的中心频率，如果板状辐射导体10的直径为15cm，那么板状辐射导体10与接地板12之间的间隔大约为1cm。此时，导体盘100的直径为14mm。
图6是图5的原理图的等效电路。导体盘100与接地板12形成了电容C1，且电容C1与天线1并联。通过调节导体盘100与接地板12之间的间隔，可使作为天线端子的同轴馈线导体101靠近与同轴电缆2之间的连接点的50Ω的特性阻抗。这样，就可以减少来自天线1的反射。
图7示出了与图5的原理图相对应的实施例的结构；该图中还示出了该结构的横截面。图8示意性示出了由图7中的圆所包围的部分A的放大图。使用导体轴作为同轴馈线导体101；将顶端部B和下端部C分别固定到形成有螺纹的板状辐射导体10和接地板12上。
因此，板状辐射导体10与接地板12之间的间隔由同轴馈线导体101的长度来确定。通过焊接将同轴馈线导体101的下端部C固定到同轴电缆2的内导体上。类似地，通过焊接将同轴电缆2的外导体固定到接地板12上。
如果同轴馈线导体101的直径为1/3φ，那么导体盘100的直径就为φ，并且如图8所示，在被同轴馈线导体101穿过的内侧上形成有螺槽102a。另一方面，在同轴馈线导体101的一部分上形成有与导体盘100的螺槽102a相对应的螺纹101a。
因此，通过旋转导体盘100，可以对沿着同轴馈线导体101与接地板12之间的间隔L进行调节。
图9利用S参数史密斯圆图示出了本发明的有益效果。
在图9中，A是不具有图7中的导体盘100的现有技术的特性，B是图7中所示的本发明的构造的特性。在这两种情况下，都示出了中心频率为965MHz且频率从800MHz到1.1GHz波动的特性。当沿箭头方向旋转导体盘100以增大电容C1时，获得了逐渐接近“1”的特性，并且可以逼近同轴电缆2的特性阻抗。
图10示出了本发明第二实施例的原理。图11是与图10的原理图相对应的等效电路。该第二实施例具有：第一同轴馈线导体101A，其一端将同轴馈线导体101连接到板状辐射导体10；和第二同轴馈线导体101B，其一端连接到同轴电缆2；第一同轴馈线导体101A的另一端和第二同轴馈线导体101B的另一端相对布置，如图10中虚线圆101C中所示。
通过将这些部分相对布置而形成图11的等效电路中所示的电容C2，得到了其中电容C2与天线1串联地插入的状态。因此，通过改变同轴馈线导体101A和101B的相对面积的大小，来对电容C2进行调整，因此可以改变连接到同轴电缆2的天线侧阻抗，从而可以减少反射。
图12是实现图11所示的第二实施例的原理的一方面的横截面图。
在图12中，连接到板状辐射导体10的馈电点的导电螺栓101A是第一同轴馈线导体(101A)，并且形成中空导电管101B作为第二同轴馈线导体(101B)，该中空导电管内部插入有由聚四氟乙烯或另一电介质制成的中空组件101C。
在由聚四氟乙烯或另一电介质制成的中空组件101C的内壁上形成有与螺栓101A的螺纹相对应的螺槽。
因此，通过旋转螺栓101A来调节插入到中空组件101C中的量，可以改变第一同轴馈线导体101A与第二同轴馈线导体101B之间的相对面积。
因此，在图12中所示的结构中，可以容易地调节天线1的与同轴电缆2相连接的部分的阻抗，使之接近同轴电缆2的特性阻抗。
图13示出了本发明第三实施例的原理。该实施例具有结合了第一实施例和第二实施例的结构，在该结构中，可以容易地改变导体盘100、第一同轴馈线导体101A和第二同轴馈线导体101B的相对面积。图14中示出了等效电路；通过组合并联电容C1和串联电容C2，可以更精确地调节来自天线端子的反射特性。
在对实施例的上述说明中，所描述的示例中的板状辐射导体10的形状是圆形；但是本发明的应用并不限于这一形状，也可以采用矩形形状。此外，描述了该天线在RFID读取器/写入器中的应用；但是本发明的应用并不限于RFID读取器/写入器，也可以将本发明应用于一般的无线设备。
工业实用性
正如上述实施例所述，通过旋转导体盘100或导电螺栓101A，可以容易对连接天线与同轴电缆2的部分的阻抗进行调节。因此，本发明的天线能够容易地调节来自天线端子的反射特性，且不改变馈电点的位置，从而实现了不影响偏振特性的天线调节方法，极大地有助于减少天线的制造成本。
本申请是2004年12月14日提交的未决国际申请No.PCT/JP2004/018655的延续，在此通过引用将其并入。

Claims (5)

1、一种天线，该天线包括：
接地板；
板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；
馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，另一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体，并且该馈线导体与所述板状辐射导体垂直；和
导体盘，其电连接到所述馈线导体，并与所述接地板平行布置，
其中，可以对从所述导体盘到所述接地板的距离进行调节。
2、根据权利要求1所述的天线，其中，在所述馈线导体的至少一部分的外周上形成有螺纹，所述导体盘的中心部被所述馈线导体穿过，在所述中心部的内表面上形成有与所述馈线导体的所述螺纹相配的螺槽，并且通过旋转所述导体盘，可以沿所述螺纹来调节与所述接地板的距离。
3、一种天线，该天线包括：
接地板；
板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；
第一馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，并且该第一馈线导体与所述板状辐射导体垂直；和
第二馈线导体，其一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体，
其中，所述第一馈线导体的另一端和所述第二馈线导体的另一端相对布置，并且可以对相对面积的大小进行调节。
4、根据权利要求3所述的天线，其中，所述第一馈线导体是导电螺栓，并且所述第二馈线导体具有中空导电管和插入在该中空导电管的至少一部分中的中空介电体，并且所述中空介电体的内表面上形成有与所述螺栓相配的螺槽。
5、一种天线，该天线包括：
接地板；
板状辐射导体，其与所述接地板平行布置；
第一馈线导体，其一端连接到所述板状辐射导体的馈电点，并且该第一馈线导体与所述板状辐射导体垂直；
第二馈线导体，其一端作为天线端子连接到同轴电缆的内导体，
其中，所述第一馈线导体的另一端和所述第二馈线导体的另一端相对布置，并且可以对相对面积的大小进行调节，
所述天线包括导体盘，该导体盘电连接到所述第二馈线导体并与所述接地板平行且相对布置，并且
可以对从所述导体盘到所述接地板的距离进行调节。
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