CN104466413A - 基于结构可变填充物实现增益可调的天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其中天线具有一空心容腔，天线的填充物为数个柱状体结构件，且填充物以垒叠的方式放置于空心容腔内。采用本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，利用天线原有的内部空间结构，通过添加或去除导磁材料结构件，使得天线周围的磁场环境发生变化，从而实时现场改变天线发射信号强度和调节天线增益的目的，十分适合需要在施工现场调试无线信号强弱的环境，特别是需要增益衰减一定范围的场合，易于使用，提高现场调试效率，不受环境的约束与影响，具有更广泛的应用范围。

Description

基于结构可变填充物实现增益可调的天线

技术领域

本发明涉及无线射频通信技术领域，尤其涉及天线增益调节技术领域，具体是指一种基于结构可变填充物实现增益可调的天线。

背景技术

有源RFID通信设备一般分为两部分，有源标签和基站读写器。标签天线内置，一般使用线路板的铜箔；基站读写器的天线根据应用环境和增益需求的不同而可采用各种类型的天线，可以使用定向的或全向的，形状可采用锅状的或鞭状的，各种天线都分别有自己的特性和使用局限性，并且天线的增益普遍固定，结构不能变动，特别是鞭型天线更是如此。

以鞭型天线为例，由于鞭型天线外形小巧，安装使用方便，特别适用于有源RFID通信，但鞭型天线小巧实用的同时带来了形状的固定，从而使得天线的增益也固定，在实际施工场合带来了不便。通常技术人员采用两个办法解决，一个通过调整发射电路内部增益，另一个通过遮挡天线或反射加强天线信号。这两个方法都有自身的局限性，前者有一定的技术难点，特别是发射电路中的集成芯片的增益有一定的调整范围，不是可以任意调整的；后者在实际安装施工有一定繁琐，并且所获得的信号不很稳定，给整个系统带来不确定因素。

而利用鞭型天线内部圆柱体空间，添加不同的导磁性的材料，就可以改变整个天线的增益。由于鞭型天线内部空间狭小有限，如何有效方便地添加导磁性的材料成了实现该技术效果的关键性问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种在天线的内部空间中添加结构可变的导磁材料结构件，通过改变其中结构件的结构能够现场调节天线发射信号强度和天线增益的基于结构可变填充物实现增益可调的天线。

为了实现上述目的，本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线具有如下构成：

该基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其主要特点是，所述的天线具有一空心容腔，所述的天线的填充物为数个柱状体结构件，且所述的填充物以垒叠的方式放置于所述的空心容腔内。

进一步地，所述的天线还包括数个固定槽，所述的固定槽设置于所述的空心容腔内，且各个固定槽的外壁至少局部相贴；所述的填充物以垒叠的方式放置于所述的固定槽的内部。

更进一步地，所述的固定槽的横截面为六边形，所述的填充物的横截面为六边形。

其中，所述的填充物由高导磁性材料制作而成，进一步地，所述的高导磁性材料为钕材料、铁材料或硼材料。

进一步地，所述的天线还包括SMA接头、外部铜丝和外壳，其中：

所述的SMA接头与所述的外壳连接，所述的外部铜丝的第一端与所述的SMA接头连接，通过SMA接头接收电波信号，所述的外部铜丝的第二端与所述的外壳连接，且所述的外部铜丝螺旋缠绕于所述的外壳上。

进一步地，所述的外部铜丝的第二端与所述的外壳之间是绝缘连接，由于铜丝一头绝缘于外壳，使得电波信号不至于被外壳直接发射出去，影响增益的控制，并且由于绝缘，铜丝所发射的信号全部被内部的高导磁材料吸收，并经过六边形结构的磁阻控制，从而更容易达到控制增益的目的。

进一步地，所述的天线还包括绝缘塞，用以堵塞所述的空心容腔的两端。

采用了本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，利用天线原有的内部空间结构，通过添加不同的导磁材料结构件，使得天线周围的磁场环境发生变化，从而实时现场改变天线发射信号强度和调节天线增益的目的。同时，该天线内部结构采用六边形蜂窝状，三个六边形的柱体捆绑结合，使得接触面积在有限的空间中最大化，磁回路也形成正圆形，对电波能量的利用实现了最大化，这不是一般结构的天线所能获得的功能；同时也使得天线内部结构的组装和拆卸容易，手动调整天线增益也方便，故此天线十分适合需要在施工现场调试无线信号强弱的环境，特别是需要增益衰减一定范围的场合。本发明的天线结构简单，使用方便，提高现场调试效率，不受环境的约束与影响，具有更广泛的应用范围。

附图说明

图1为本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线的结构示意图。

图2为本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线的横截面示意图。

图3为本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线的纵截面示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

在一种实施方式中，本发明的有源RFID天线为直线状天线，形如鞭子，故名鞭型天线。鞭型天线的长度不定，理论上可以是任意长度，但实际上，受到运输安装成本的限制，天线的长度一般只要满足通信条件即可。

鞭型天线呈圆柱体柱状，材料选用绝缘体，横截面为圆形，内部为空心，插有9根柱状结构件，其横截面为六边形(优选地为正六边形)，分别均匀分布于天线的上中下段，即3根柱状结构件呈品之型放置于天线上段，3根于中段，3根于下段。上中下段中的柱状结构件长度比例为1：3：6，短的放置在天线的上段。

为了便于放置柱状结构件，可以在天线内部铸造成横截面为六边形的固定槽，如蜂巢一样，这样柱状结构件就可以顺着槽被正确放置进去。柱状结构件的材料按照天线增益的需求而定，可以选用高导磁性的钕铁硼，利用高导磁性的材料会提高天线的增益；也可以选用非导磁性的材料来降低天线的增益。天线的外部用漆包铜丝以螺旋状缠绕，铜丝一头作为天线的信号输入接头，与SMA接头焊接，另一头与天线外壳材料绝缘连接。由于铜丝一头绝缘于外壳，使得电波信号不至于被外壳直接发射出去，影响增益的控制，并且由于绝缘，铜丝所发射的信号全部被内部的高导磁材料吸收，并经过六边形结构的磁阻控制，从而更容易达到控制增益的目的。

天线两头为了防止内部材料漏出，用橡皮的圆形塞子堵住即可。

结合上述实施方式，本发明的一种具体实施方式如下：

如图1～3所示，制作一根0.1m长度的天线，首先用粗细适中的铜线102(无特殊要求一般选用1mm粗细)紧密缠绕在天线101外围一层，铜线102一头引出连接SMA接头103，一头固定住与天线101外壳绝缘。根据天线101长度和上述9根柱状结构件104的长度比列算出，上中下段的柱状结构件104长度分别是0.01m、0.03m、0.06m，根据天线101内部直径，利用几何原理可以算出柱状结构件104的正六边形截面的边长。柱状结构件104采用非导磁的铜材料，以便能够衰减天线增益。

此天线的增益计算的公式如下：

G(dbi)＝10lg(2L/λ)·(1/10)·(10-N)·β；

其中L为天线长度，λ为信号的波长，N为天线内部柱状结构件的数量被拿走的数量，β为柱状结构件的材料系数，如纯铜材料β＝1，准确的值应该根据实际测量为准。

按照RFID通信频率2.4G计算，天线的增益大约在2dbi左右，从天线101的槽105中拿走一根柱状结构件104，增益衰减1/10，所以整个天线的由结构调整的天线增益范围为0.2dbi到2dbi之间。

采用了本发明的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，利用天线原有的内部空间结构，通过添加不同的导磁材料结构件，使得天线周围的磁场环境发生变化，从而实时现场改变天线发射信号强度和调节天线增益的目的。同时，该天线内部结构采用六边形蜂窝状，三个六边形的柱体捆绑结合，使得接触面积在有限的空间中最大化，磁回路也形成正圆形，对电波能量的利用实现了最大化，这不是一般结构的天线所能获得的功能；同时也使得天线内部结构的组装和拆卸容易，手动调整天线增益也方便，故此天线十分适合需要在施工现场调试无线信号强弱的环境，特别是需要增益衰减一定范围的场合。本发明的天线结构简单，使用方便，提高现场调试效率，不受环境的约束与影响，具有更广泛的应用范围。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的天线具有一空心容腔，所述的天线的填充物为数个柱状体结构件，且所述的填充物以垒叠的方式放置于所述的空心容腔内。

2.根据权利要求1所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的天线还包括数个固定槽，所述的固定槽设置于所述的空心容腔内，且各个固定槽的外壁至少局部相贴；所述的填充物以垒叠的方式放置于所述的固定槽的内部。

3.根据权利要求2所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的固定槽的横截面为六边形。

4.根据权利要求1所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的填充物的横截面为六边形。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的填充物由高导磁性材料制作而成。

6.根据权利要求5所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的高导磁性材料为钕材料、铁材料或硼材料。

7.根据权利要求1所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的天线还包括SMA接头、外部铜丝和外壳，其中：

所述的SMA接头与所述的外壳连接；

所述的外部铜丝的第一端与所述的SMA接头连接，并通过所述的SMA接头接收电波信号，所述的外部铜丝的第二端与所述的外壳连接，且所述的外部铜丝螺旋缠绕于所述的外壳上。

8.根据权利要求7所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的外部铜丝的第二端与所述的外壳绝缘连接。

9.根据权利要求1所述的基于结构可变填充物实现增益可调的天线，其特征在于，所述的天线还包括绝缘塞，用以堵塞所述的空心容腔的两端。