CN104466377A - 一种用于微波读写器的覆层天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于微波读写器的覆层天线，包括圆极化辐射贴片、阻抗变换线、微带馈线、介质基板、接地板以及频率选择表面覆层；圆极化辐射贴片蚀刻在介质基板上表面的中心位置，并通过阻抗变换线与微带馈线相连接；接地板蚀刻在所述介质基板的下表面，频率选择表面覆层位于圆极化辐射贴片的正上方；圆极化辐射贴片的边长为13mm-15.5mm，贴片的一组对角上均切有一个边长为1.5mm-3mm的等腰直角三角形；频率选择表面覆层的下表面蚀刻着64个方形金属单元，方形金属单元为8×8阵列均匀排布，阵列中心的方形金属单元的面积最大，从中心向四周的所述方形金属单元的面积逐渐变小。采用本发明实施例，可以同时提高阻抗带宽和增益频段，增加可用频段，而且副瓣电平低。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种用于微波读写器的覆层天线。
背景技术
电子不停车收费系统(ETC，Electronic Toll Collection)是利用无线通信技术、自动识别技术、图像处理技术、计算机网络技术等高新技术的设备和软件所组成的先进系统，以实现车辆无需停车即可自动收取道路通行费用。
ETC系统由路边读写设备RSU、车载单元OBU、地感线圈、自动栏杆机、车辆检测器、费额显示器、稽核系统等几大部分组成。ETC系统是通过路边单元与车载单元进行相互通信和信息交换，以达到对车辆的自动识别，并自动从该用户的专用帐户中扣除通行费，从而实现自动收费的系统。ETC系统的基本流程是：在预定范围内设置减速板、栏杆等装置限制车辆速度；车辆驶入高速公路入口处时，ETC系统通过车载电子标签中的交通卡自动记录该车的车型、牌照、入口时间和地点；到出口处时该系统读到这些数据并同时生成需付费金额，迅速在交通卡中自动扣除。
随着ETC系统在高速公路的广泛应用以及国家电子收费专用短程通信标准GB/T20851-2007的发布，ETC系统中的RSU天线的性能也需要不断发展、完善及提高。现有ETC系统中的RSU天线主要采用微带阵列天线的形式，通过合适的馈电网络来对天线单元组阵，使天线方向性增强。目前大部分厂家采用八单元的天线阵列，也有部分厂商采用十六单元的阵列。但采用微带阵列形式不仅需要设计复杂的馈电网络，而且主瓣波束较宽，副瓣电平较高，易造成邻道干扰问题。
发明内容
本发明实施例提供一种用于微波读写器的覆层天线，简化现有天线馈电网络设计，可以同时提高阻抗带宽和增益频段，增加可用频段，而且副瓣电平低，有效解决系统的邻道干扰。
本发明实施例提供一种用于微波读写器的覆层天线，其特征在于，包括：圆极化辐射贴片、阻抗变换线、微带馈线、介质基板、接地板以及频率选择表面覆层；
所述圆极化辐射贴片蚀刻在所述介质基板上表面的中心位置，并通过所述阻抗变换线与所述微带馈线相连接；所述接地板蚀刻在所述介质基板的下表面，所述频率选择表面覆层位于所述圆极化辐射贴片的正上方；
所述圆极化辐射贴片的边长为13mm-15.5mm，该贴片的一组对角上均切有一个边长为1.5mm-3mm的等腰直角三角形；
所述频率选择表面覆层的下表面蚀刻着64个方形金属单元，所述方形金属单元为8×8阵列均匀排布，阵列中心的所述方形金属单元的面积最大，从中心向四周的所述方形金属单元的面积逐渐变小。
进一步的，所述方形金属单元中面积最大的单元的边长为13mm-15mm。
再进一步的，所述阻抗变换线的特性阻抗为70Ω～90Ω。
更进一步的，所述频率选择表面覆层的下表面通过绝缘支架支撑在所述圆极化辐射贴片的上方。
又进一步的，所述介质基板与所述频率选择表面覆层均采用聚四氟乙烯材料。
本发明实施例提供的一种用于微波读写器的覆层天线，采用了一个圆极化辐射贴片，不需要设计复杂的馈电网络，简化了设计难度。采用了频率选择表面覆层与接地板，构成了F-P谐振腔，使圆极化辐射贴片辐射出的电磁波透过谐振腔后同相叠加，提高了增益；谐振腔对透射过的电磁波呈汇聚作用，锐化了波束，抑制了副瓣，避免了天线辐射出的能量泄露到相邻车道，能够有效解决邻道干扰问题。采用的覆层表面刻蚀矩形阵列均匀排布的方形金属单元，方形金属单元的面积二维渐变，可以同时提高阻抗带宽和增益频段，增加可用频段，而且副瓣电平低、方向性较强。
附图说明
图1为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的整体结构示意图；
图2为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的圆极化辐射贴片的结构示意图；
图3为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的频率选择表面覆层结构示意图；
图4为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的输入端反射系数仿真图；
图5为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的增益辐射方向图；
图6为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的轴比仿真图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1-3，对本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的结构进行详细说明。
参见图1，本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的整体结构示意图，包括圆极化辐射贴片1、阻抗变换线2、微带馈线3、介质基板4、接地板5、频率选择表面覆层6、均匀二维周期排列的方形金属单元7以及绝缘支架8；
所述圆极化辐射贴片1蚀刻在所述介质基板4上表面的中心位置，并通过所述阻抗变换线2与所述微带馈线3相连接；所述接地板5蚀刻在所述介质基板4的下表面，所述频率选择表面覆层6位于所述圆极化辐射贴片1的正上方，使所述频率选择表面覆层6与所述接地板5之间形成F-P谐振腔，所述频率选择表面覆层的6下表面通过绝缘支架8支撑在所述圆极化辐射贴片1的上方。
所述阻抗变换线2，其长度为9mm，宽度为1.2mm。阻抗变换线2一端与圆极化辐射贴片1相接，将其输入阻抗的实部Z0变换到50欧姆，另一端与微带馈线3相接，实现阻抗匹配。
所述频率选择表面覆层6，通过四个塑料支架8支撑在介质基板4的正上方，与介质基板4下表面的接地板5构成F-P谐振腔。
优选的，所述阻抗变换线2的特性阻抗为70Ω～90Ω。
在具体实施当中，所述介质基板4与所述频率选择表面覆层6均采用聚四氟乙烯材料。所述介质基板4与所述频率选择表面覆层6也采用其他材料制作。
参见图2，为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的圆极化辐射贴片的结构示意图。
为使辐射贴片能产生圆极化，本发明实施例提供的用于微波读写器的覆层天线的圆极化辐射贴片1的对角上切掉边长为b的两个相同的等腰直角三角形，使所述圆极化辐射贴片1产生的两个简并模产生分离，调整等腰直角三角形边长b的大小可使两个简并模产生90°相位差，实现圆极化。参照图2，本发明实施例中的所述圆极化辐射贴片1的边长a＝14.1mm，等腰直角三角形边长b＝2.4mm，辐射贴片为铜材质。
优选的，所述圆极化辐射贴片的边长为13mm-15.5mm，该贴片的一组对角上均切有一个边长为1.5mm-3mm的等腰直角三角形；
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可将所述圆极化辐射贴片的边长设定为其他数值，可将所述等腰直角三角形边长设定为其他数值，这些改进也视为本发明的保护范围。
参见图3，本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的频率选择表面覆层结构示意图。
所述频率选择表面覆层6的下表面蚀刻着64个方形金属单元7，所述方形金属单元7为8×8阵列均匀排布，阵列中心的所述方形金属单元7的面积最大，从中心向四周的所述方形金属单元7的面积逐渐变小。其参数包括边长d和周期t，调整这两个参数可以改变频率选择表面覆层6的反射系数幅值p和反射相位。当反射系数幅值p在0.89～0.93之间时，天线的增益可以得到大幅度的提高，当p继续增大时，天线的增益会急剧下降。
在具体实施当中，所述方形金属单元中面积最大的单元的边长为13mm-15mm。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可将所述方形金属单元中面积最大的单元的边长设定为其他数值，这些改进也视为本发明的保护范围。
参见图4-6，对本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的仿真效果进行详细说明。
参见图4，为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的输入端反射系数仿真图。
图4中，横坐标为天线的频率，纵坐标表示天线在不同频率下的反射系数，反射系数反映了该天线吸收馈线上能量的能力。由图4可以看出，天线在5.75-5.9GHz通带内反射系数小于-10dB，匹配良好。
参见图5，为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的增益辐射方向图。
图5中，横坐标表示天线的辐射角度，纵坐标表示在不同辐射角度下天线的增益。由图5可知，该天线工作在5.8GHz，天线的最大增益达到18dB，副瓣电平为-16dB，满足ETC系统对增益的要求。
参见图6，为本发明提供的用于微波读写器的覆层天线的实施例的轴比仿真图。
图6中，横坐标表示天线的辐射角度，纵坐标表示不同辐射角度对应的天线的轴比。从图6可以看到，该天线工作在5.8GHz，其水平面轴比小于3dB的角度约为50°，垂直面轴比小于3dB的角度约为60°，满足ETC系统对极化的要求。
本发明实施例提供的一种用于微波读写器的覆层天线，采用了一个圆极化辐射贴片，不需要设计复杂的馈电网络，简化了设计难度。采用了频率选择表面覆层与接地板，构成了F-P谐振腔，使圆极化辐射贴片辐射出的电磁波透过谐振腔后同相叠加，提高了增益；谐振腔对透射过的电磁波呈汇聚作用，锐化了波束，抑制了副瓣，避免了天线辐射出的能量泄露到相邻车道，能够有效解决邻道干扰问题。采用的覆层表面刻蚀矩形阵列均匀排布的方形金属单元，方形金属单元的面积二维渐变，可以同时提高阻抗带宽和增益频段，增加可用频段，而且副瓣电平低、方向性较强。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于微波读写器的覆层天线，其特征在于，包括：圆极化辐射贴片、阻抗变换线、微带馈线、介质基板、接地板以及频率选择表面覆层；
所述圆极化辐射贴片蚀刻在所述介质基板上表面的中心位置，并通过所述阻抗变换线与所述微带馈线相连接；所述接地板蚀刻在所述介质基板的下表面，所述频率选择表面覆层位于所述圆极化辐射贴片的正上方；
所述圆极化辐射贴片的边长为13mm-15.5mm，该贴片的一组对角上均切有一个边长为1.5mm-3mm的等腰直角三角形；
所述频率选择表面覆层的下表面蚀刻着64个方形金属单元，所述方形金属单元为8×8阵列均匀排布，阵列中心的所述方形金属单元的面积最大，从中心向四周的所述方形金属单元的面积逐渐变小。
2.如权利要求1所述的用于微波读写器的覆层天线，其特征在于：所述方形金属单元中面积最大的单元的边长为13mm-15mm。
3.如权利要求1所述的用于微波读写器的覆层天线，其特征在于：所述阻抗变换线的特性阻抗为70Ω～90Ω。
4.如权利要求1所述的用于微波读写器的覆层天线，其特征在于：所述频率选择表面覆层的下表面通过绝缘支架支撑在所述圆极化辐射贴片的上方。
5.如权利要求1所述的用于微波读写器的覆层天线，其特征在于：所述介质基板与所述频率选择表面覆层均采用聚四氟乙烯材料。
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Application publication date: 20150325 |