CN104466374A - 新型手持机天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型手持机天线，包括辐射板，辐射板的下方放置反射板，二者之间设有支撑泡棉，反射板为多层谐振结构，辐射板包括介质板，介质板的上表面设有两个之间可以形成耦合电容效应的金属环，金属环下方的介质板上为匹配区域，该区域采用平行双线的馈电及对称匹配阻容的方式，介质板的上、下表面靠近底边的部位均设有两个铺铜贴片，两面相对的铺铜贴片通过金属化过孔连接，平行双线与上表面的两个铺铜贴片分别连通，下表面的两个铺铜贴片焊接馈线。本发明尺寸很小；前后比比较好；本天线采用了能够抑制电磁能量的谐振结构，有效的降低天线后向辐射，并且阻抗带宽比较好；本天线采用FR4材料，易批量加工，成本低，安装方便。

Description

新型手持机天线
技术领域
本发明属于通信领域，尤其涉及一种新型手持机天线，它可用在无线射频识别(RFID)，室内覆盖等民用通信领域。
背景技术
目前的无线射频识别(RFID)行业发展非常快，在交通、物流、监控的多个领域都开始有广泛的应用。RFID系统由阅读器、阅读器天线和标签组成。阅读器发射信号给标签，标签再反射信号给阅读器天线，形成一个完整的通信链路。在通信过程中，由于标签经常摆放位置不规则，因此需要阅读器天线是圆极化天线，对摆放不同角度和位置的标签都能够有效的读取。圆极化天线的辐射电场是旋转的，这样就可以与任何方向的线极化天线进行通信，而标签一般都是线极化的，这样阅读器天线就能与标签进行良好的通信。由于RFID涉及的行业很多，有些应用场景的空间很小，因此就需要很多尺寸很小的天线，并且希望。而现有的一些RFID阅读器天线尺寸往往都很大，不适合实际的应用场景的应用。目前的一些小型化天线多是采用厚介质填充，或是加大基板的介电常数的办法，这些办法成本往往很高，由于介质的损耗较大，增益会比较低，天线的前后比也不是很好，并且厚的板材一致性不好，不适合批量生产加工。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种尺寸小、天线的前后比比较好、阻抗带宽比较好的手持机天线。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案：一种新型手持机天线，包括辐射板和反射板，所述辐射板的下方放置着反射板，所述辐射板和所述反射板之间的边缘处设有不含金属的支撑泡棉，所述反射板为多层谐振结构，所述辐射板包括介质板，所述介质板的上表面设有两个之间可以形成耦合电容效应的金属环，所述金属环下方的介质板上为匹配区域，该区域采用平行双线的馈电及对称匹配阻容的方式，所述介质板的上、下表面靠近底边的部位均设有两个铺铜贴片，两面相对的铺铜贴片通过金属化过孔连接，所述平行双线与上表面的两个铺铜贴片分别连通，所述下表面的两个铺铜贴片焊接馈线。
两个所述金属环为一对翅膀形状的铺铜辐射面，所述翅膀形状为短边相对较短的梯形。
所述多层谐振结构的反射板包括四层板，第一层板的介质板上表面设有多个金属谐振块，第二层板的介质板上表面设有多个金属谐振块，第三层板为金属地层，第四层板为介质板，第一和第二层板的每个金属谐振块之间有间隙，每个金属谐振块的中间都采用金属化过孔连接到金属地层，第一层板和第二层板的金属化过孔均匀交错设置。
所述反射板和所述辐射板的介质板均采用FR4材质。
所述馈线采用开口线。
所述金属化过孔为通孔。
所述天线外设有外壳。
所述第一层板和所述第三层板的厚度小于所述第二层板的厚度。
本发明具有的优点和积极效果是：1.本天线的尺寸很小，整个天线大小只有1/5波长大小，高度只有1/30波长，是尺寸非常小的小型化天线；2.一般的小尺寸天线的定向性很差，前后比不好，而该天线的前后比能达到6dB(如图4),前后比比较好；3.本天线采用了特别的能够抑制电磁能量的谐振结构，有效的降低天线后向辐射，并且阻抗带宽比较好；4.本天线尺寸相对较小，性能优异，采用FR4材料，易批量加工，成本低，安装方便。
附图说明
图1是本发明辐射板的结构示意图；
图2是本发明反射板的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图；
图4是本发明的天线方向图；
图中：1辐射板  2反射板  3泡棉  11金属环  12平行双线13匹配阻容  14铺铜贴片  21第一层板  22第二层板  23第三层板24第四层板  25金属谐振块  211第一层板的金属化过孔  221第二层板的金属化过孔。
具体实施方式
现根据附图对本发明进行较详细的说明，如图1-4所示，本发明的新型手持机天线包括天线反射板2、天线辐射板1、匹配阻容13、天线外壳、辐射板1和反射板2之间的支撑泡棉3、连接馈线。天线本身的辐射板1能够有效地辐射能量，在辐射板1的下方放置着反射板2，反射板2是经过特别设计的多层谐振结构，该结构能够有效地降低这个方向(辐射板1下方)的电磁能量辐射，从而降低了该方向的天线增益，从而提高了天线的前后比。并且该反射板2不会对天线本身的阻抗带宽产生影响，使得该天线能够制作的厚度比较小，并且天线的前后比比较好，阻抗带宽也比较宽。
天线辐射板1(如图1)，包括介质板，介质板上表面的铺铜辐射面及上、下表面的馈电铺铜贴片14。上表面的铺铜辐射面是两个翅膀状的金属环11，该两个翅膀状的形状之间会形成耦合电容效应，能够增加天线的阻抗带宽。并且每个铺铜翅膀都是环形的结构，这样也能起到增加等效长度，提高天线阻抗带宽的作用。在两个铜环的下方是匹配区域，该区域采用平行双线12的馈电方式，采用对称的匹配阻容13的方式，这样也能够起到增大阻抗带宽的作用。介质板下表面的馈电铺铜贴片14主要用于连接馈线的焊接，上、下表面的铺铜贴片14通过金属化过孔连接。辐射板1的介质板采用FR4材料，该种材料的成本比较低，易于加工。
连接馈线(图中未示出)采用开口线的方式，开口线的芯线焊接在一个焊盘(铺铜贴片14)上，地线焊接在另一个焊盘(铺铜贴片14)上，这样形成了有效的信号传输。该馈线位于反射板2和辐射板1之间，这样就能够节省空间，减少天线的高度尺寸。
天线的反射板2是4层电路板(如图2)，该反射板2的第一层板2121上表面是多个周期性的金属谐振块25，每个金属块之间间隔一定的距离，并且每个金属块都满足一定的尺寸要求，对应一定的谐振频率(距离和尺寸由频率决定)，每个金属块的中间都采用金属化过孔连接到第三层的金属地层上。该反射板2的第二层板22上表面也都是周期性的金属谐振块25，每个金属块之间也间隔一定的距离，也满足一定的尺寸要求，对应一定的谐振频率，每个金属块的中间都采用金属化过孔连接到第三层的金属地上。该反射板2的第三层板23是金属地层。该反射板2的第四层板24没有铺铜区域。该反射板2的金属化过孔211、221都为通孔，这样加工制作比较方便。该反射板2的第一、二、三层板之间形成了等效的电容电感的谐振结构，可以将天线辐射板1的后向能量降低很多，从而可以改善天线的前后比性能。同时这种谐振结构不会影响天线本身的阻抗带宽特性，性能优异。该反射板2的各介质板也采用FR4材质，利于电路板的加工，并且成本比较低。
第一层板2121和所述第三层板23的厚度小于所述第二层板22的厚度。满足电路板的加工工艺要求，方便电路板的加工及保证电路板的质量。
如图3，天线反射板2和辐射板1之间采用泡棉3支持，从而可以固定两块板的间距。
天线的外壳采用超声波焊的方式形成外壳，只在连接线接口处留出过线孔。外壳采用ABS材质。
如图1所示，本发明的天线，包括天线基板，所述基板包括上表面的铺铜辐射面和中间的介质板，因为RFID的应用频率比较低，因此采用普通的的FR4板材，天线的馈电采用射频开口线焊接的方式，馈电线的另一端采用射频连接器，便于和射频单板连接。
本专利涉及一种超小型的低成本的前后比性能优异的天线，该天线尺寸很小，性能稳定，成本很低，只需要用很薄的普通板材，制作加工的一致性很好。可以应用于各种应用环境很狭小的场合。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种新型手持机天线，其特征在于:包括辐射板和反射板，所述辐射板的下方放置着反射板，所述辐射板和所述反射板之间的边缘处设有不含金属的支撑泡棉，所述反射板为多层谐振结构，所述辐射板包括介质板，所述介质板的上表面设有两个之间可以形成耦合电容效应的金属环，所述金属环下方的介质板上为匹配区域，该区域采用平行双线的馈电及对称匹配阻容的方式，所述介质板的上、下表面靠近底边的部位均设有两个铺铜贴片，两面相对的铺铜贴片通过金属化过孔连接，所述平行双线与上表面的两个铺铜贴片分别连通，所述下表面的两个铺铜贴片焊接馈线。
2.根据权利要求1所述的新型手持机天线，其特征在于：两个所述金属环为一对翅膀形状的铺铜辐射面，所述翅膀形状为短边相对较短的梯形。
3.根据权利要求1所述的新型手持机天线，其特征在于：所述多层谐振结构的反射板包括四层板，第一层板的介质板上表面设有多个金属谐振块，第二层板的介质板上表面设有多个金属谐振块，第三层板为金属地层，第四层板为介质板，第一和第二层板的每个金属谐振块之间有间隙，每个金属谐振块的中间都采用金属化过孔连接到金属地层，第一层板和第二层板的金属化过孔均匀交错设置。
4.根据权利要求1所述的新型手持机天线，其特征在于：所述反射板和所述辐射板的介质板均采用FR4材质。
5.根据权利要求1所述的新型手持机天线，其特征在于：所述馈线采用开口线。
6.根据权利要求3所述的新型手持机天线，其特征在于：所述金属化过孔为通孔。
7.根据权利要求1-6任一项所述的新型手持机天线，其特征在于：所述天线外设有外壳。
8.根据权利要求3所述的新型手持机天线，其特征在于：所述第一层板和所述第三层板的厚度小于所述第二层板的厚度。
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