CN103367879A - 一种小型端射定向天线 - Google Patents

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一种小型端射定向天线，其包括，一激励器，所述激励器包括两激励臂，且所述激励臂为若干门形折线或蛇形曲线；一调谐器，所述调谐器两端分别连接所述两激励臂；一激励源，所述激励源两端分别与所述两激励臂相连；一反射器，所述反射器与所述激励器相对设置；一调相器，所述调相器连接在反射器的中部；一介质基板，所述激励器、调谐器、反射器及调相器均装设于所述介质基板。其同时实现了天线的高增益和小尺寸。

Description

一种小型端射定向天线
技术领域
本发明涉及一种小型端射定向天线，具体是用于作为超高频射频识别手持机的小型天线终端。
技术背景
射频识别技术（RFID）是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术，已经被广泛应用在物流、管理、收费、门禁等场合。射频识别技术是通过电磁波的发射和接收来实现无接触式的信息传递，并对所传递的信息进行识别和分类。射频识别系统的硬件组成主要包括两部分：读写器和标签。标签内存储了目标物的信息并附着在目标物体上，读写器发出电磁波照射标签所在区域，标签被照射后散射电磁波，散射的电磁波再被读写器接收。在射频识别的工作过程中，电磁波的收发决定着目标物信息能否被有效传递。目前，在射频识别技术中，超高频（UHF）射频识别技术发展迅速并被广泛应用，因为该技术利用超高频频段的电磁波作为信号载体，该频段电磁波具有优良的空间传输特性，可以实现对目标物的中远距离信息识别，可大大提高信息采集效率。
伴随着电子设备的小型化和便携化发展趋势，射频识别设备也同样需要满足这样的需求。目前，射频识别小型化设备是手持机，手持机可灵活的用于对标签信息的采集，如已堆放好的物品，只需工作人员手持便携设备对物品进行扫描，既可完成信息采集，因此，射频识别手持机有很大的应用前景。在手持机的硬件中，控制电路部分和信息处理部分都可以采用集成电路工艺或模块实现体积小型化，而天线所占用空间最大，因为天线的尺寸影响着天线的增益，通常减小天线尺寸会降低天线增益。因此，为了得到高性能的手持机设备，如何在保证天线增益的情况下设计小尺寸的天线是手持机小型化的关键问题。
目前，射频识别手持机通常采用小型化的微带天线，微带天线可以在微带板的法线方向得到较高的增益，但微带天线的横向尺寸较大，这样的手持机前方通常带有一块尺寸较大的垂直平板，外形笨重。
手持机天线还可以采用八木天线，八木天线是一种结构简单的定向天线，它可以在端射方向提供高增益，但八木天线的横向尺寸和纵向尺寸都较大，横向尺寸通常为二分之一个工作波长，纵向尺寸通常大于四分之一个工作波长。八木天线的端射特性如应用在手持机中，同样可以提供较高的增益，并且可以免去手持机前方的垂直平板，使手持机外形更加小巧。限制八木天线在手持机中应用的主要问题是天线的横向尺寸太大，是需要解决的主要难题。
发明内容
本发明提供了一种小型端射定向天线，其包括，一激励器，所述激励器包括两激励臂，且所述激励臂为若干门形折线或蛇形曲线；一调谐器，所述调谐器两端分别连接所述两激励臂；一激励源，所述激励源分别与所述两激励臂和所述调谐器相连的一端相连；一反射器，所述反射器与所述激励器相对设置；一调相器，所述调相器连接在反射器的中部；一介质基板，所述激励器、调谐器、反射器及调相器均装设于所述介质基板。
在上述技术方案的基础上，所述激励器、调谐器、反射器和调相器为金属材质。
在上述技术方案的基础上，所述激励器的中间区域设有两馈电点，所述两激励臂分别由所述两馈电点向相反方向延伸形成。
在上述技术方案的基础上，所述激励器为弯折的对称振子结构。
在上述技术方案的基础上，所述激励器的两激励臂为对称结构或非对称结构。
在上述技术方案的基础上，所述调谐器为一弯折线段结构或弧线段结构，调谐器的两端分别与激励器两激励臂相互靠近的两端相连。
在上述技术方案的基础上，所述激励源为射频电流源或电压源，激励源两端在两馈电点处与两激励臂相连，为激励器提供高频电流。
在上述技术方案的基础上，所述反射器为弯折的振子结构，反射器由若干个门形折线或蛇形线构成。
在上述技术方案的基础上，所述反射器为对称结构或非对称结构。
在上述技术方案的基础上，所述调相器为一弯折线段结构或弧线段结构，调相器的两端分别与反射器中心区域的两点相连。
在上述技术方案的基础上，所述激励器、调谐器、反射器和调相器可为平面结构或立体结构。
与现有技术相比较，本发明的激励器和反射器采用弯折的振子结构，可以将八木天线的横向尺寸减小到四分之一个工作波长，采用调谐器可以解决天线缩小尺寸后的阻抗匹配问题，可保证在一定的工作带宽内得到很小的电压驻波比。本发明还采用了调相器，可以在限定的纵向尺寸下，调节反射振子相位，进而改变激励器和反射器的相位差，实现最大的天线增益。同时实现了天线的高增益和小尺寸。
附图说明
图1为本发明一种小型端射定向天线三维结构图；
图2为本发明一种小型端射定向天线俯视图；
图3为本发明天线的电压驻波比曲线图；
图4是本发明天线在915MHz的E面方向图；
图5是本发明天线在915MHz的H面方向图。
具体实施方式
请参考图1及图2，本发明一种小型端射定向天线，其包括激励器1，激励器1包括两个激励臂10，两激励臂10为若干门形折线。同时，两激励臂10也可为蛇形曲线。两激励臂10为对称的。但两激励臂10也可为不对称结构。激励器1的中间区域设有两馈电点，两激励臂10分别由两馈点向相反的方向延伸形成。两激励臂10相互靠近的两端分别与调谐器2的两端相连。两激励臂10相互靠近的两端即为设有馈电点的两端。调谐器2为弯折线段结构。同时，调谐器2也可为弧线段结构。两馈电点分别与激励源6相连，激励源6为射频电流源或电压源，激励源6为激励器1提供高频电流。
与激励器1相对设有反射器3，反射器3为弯折的振子结构，反射器3由若干个门形折线或蛇形线构成。其也为对称结构也可以为非对称结构。反射器3中间区域连接有调相器4，调相器4为一弯折线段结构或弧线段结构，调相器4的两端分别与反射器中心区域的两点相连。同时，激励器1、调谐器2、反射器3和调相器4可为平面结构或立体结构。
同时，激励器1、调谐器2、反射器3、调相器4、均为金属材质。并全部安装于介质基板6上，激励器1、调谐器2、反射器3、调相器4可设置在介质基板6表面上，也可设置于介质基板6内部。
激励器1采用弯折对称振子结构可以缩小天线的横向尺寸，但随着尺寸的缩小，弯折结构之间的间隙变的越来越小，电磁场耦合变地非常强烈，使得天线的输入电阻很小，而输入电抗的容性很大，天线难以与50Ω激励源匹配。在激励器1馈电点附近装设调谐器2可以提高天线输入电阻，并抵消容抗，调节调谐器2的尺寸可以实现天线与50Ω激励源的良好匹配。
同时，反射器3也采用弯折振子结构可以缩小天线的横向尺寸，但随着尺寸的缩小，会改变反射器上感应电流的相位，影响八木天线的增益，通过在反射器3中部装设调相器4，可以调节反射器上感应电流相位，在限定较小的纵向天线尺寸下可使天线增益最大。天线的横向尺寸可以小于四分之一个工作波长，天线的纵向尺寸可以小于五分之一个工作波长。
1、仿真内容
请参考图3至图5。利用仿真软件对上述实施例天线的电压驻波比、方向图进行了仿真。
2、仿真结果
图3是对实施例天线仿真得到的电压驻波比随工作频率变化的曲线。其中，m1压驻波比及工作频率分别为1.9182、0.915、m2压驻波比及工作频率分别为1.4794、0.9020m3压驻波比及工作频率分别为1.3873、0.9280，m4压驻波比及工作频率分别,2.0049、0.8890，m5压驻波比及工作频率分别1.9959、0.9470。
从图3可以看出，本发明天线可以覆盖超高频射频识别常用频段902～928MHz，在902～928MHz范围内天线的电压驻波比都小于1.5，中心频率915MHz电压驻波比为1.2，天线阻抗匹配良好，而电压驻波比小于2的范围为889～947MHz，工作带宽58MHz，这样的带宽可以满足目前任何国家和地区超高频射频识别设备的频带需求。
图4是对实施例天线仿真得到的E面方向图。从结果可以看到所发明天线的增益可以达到6dB，说明天线具有较好定向性，可为手持机提供较远的读写距离，E面波束宽度为76°，可使手持机具有一定的扇形覆盖区域。
图5是对实施例天线仿真得到的H面方向图。H面方向图的波束宽度为134°，可使手持读写设备在垂直俯仰面内具有较大的读写范围，可降低对手持机使用姿态的要求。
图4和图5的方向图中天线的前后比达到16dB，表明所发明天线具有较小的后向辐射，可减小对手持机电路的影响以及其他方向标签的误读。
以上仅为本发明的最佳实施例，不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的构思下，可以对本发明的结构、参数和频率进行修改，进而得到本发明天线的小型端射辐射特性，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (10)

1.一种小型端射定向天线,其特征在于：其包括，
一激励器，所述激励器包括两激励臂，且所述激励臂为若干门形折线或蛇形曲线；
一调谐器，所述调谐器两端分别连接所述两激励臂；
一激励源，所述激励源两端分别与所述两激励臂相连；
一反射器，所述反射器与所述激励器相对设置；
一调相器，所述调相器连接在反射器的中部；
一介质基板，所述激励器、调谐器、反射器及调相器均装设于所述介质基板。
2.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述激励器的中间区域设有两馈电点，所述两激励臂分别由所述两馈电点向相反方向延伸形成。
3.如权利要求2所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述激励器为弯折的对称振子结构。
4.如权利要求3所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述激励器的两激励臂为对称结构或非对称结构。
5.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述调谐器为一弯折线段结构或弧线段结构，调谐器的两端分别与激励器两激励臂相互靠近的两端相连。
6.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述激励源为射频电流源或电压源，所述激励源两端在两馈电点处与两激励臂相连，为激励器提供高频电流。
7.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述反射器为弯折的振子结构，反射器由若干个门形折线或蛇形线构成。
8.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述反射器为对称结构或非对称结构。
9.如权利要求1所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述调相器为一弯折线段结构或弧线段结构，调相器的两端分别与反射器中心区域的两点相连。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种小型端射定向天线，其特征在于：所述激励器、调谐器、反射器和调相器可为平面结构或立体结构。
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