CN105633567A - 一种高增益窄波束天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高增益窄波束天线，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子、以及固定于绝缘介质板正面且悬空设置于金属辐射阵子上方的引向器；所述馈电网络包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90°的信号，分别输出给四个金属辐射阵子。本发明具有宽轴比带宽、圆极化、高增益、窄波束、性能稳定、易于量产等优点，适用于仓储物流、工业制造、交通运输、防伪防盗等领域，具有非常广阔的应用前景。

Description

一种高增益窄波束天线
技术领域
本发明涉及RFID应用技术领域，特别涉及一种高增益窄波束天线。
背景技术
射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)技术是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。随着RFID核心技术的不断发展和成熟，应用领域日益扩大，已经越来越多的应用在包括军事、航空、仓储物流、商品零售、工业制造、资产管理、交通运输、畜牧、防伪防盗等不同领域。以仓储物流领域为例，随着RFID技术在物流和仓储行业的应用越来越深入，应用RFID技术的叉车也越来越多，针对各种应用需要识别的标签种类越来越多，如地埋标签、货架标签、托盘标签等。而同一款天线要能够实现同时识别同一个系统中的三类或多类标签，因此对天线的高增益、窄波束和小尺寸有更高的要求。由于叉车天线大多安装在叉车臂之间，普通的RFID读写器天线形式微带天线是无法满足此类应用关于小尺寸的要求，而通过简单的L阵子实现移向的小天线的增益又不能满足高增益的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的缺陷提供一种高增益窄波束天线，主要采用馈电网络实现0°、90°、180°、270°的相差，通过馈电网络连接四个金属辐射阵子，金属辐射阵子上增加引向器；该天线具有增益高、窄波束、尺寸小、带宽宽等特点，可以在满足天线对尺寸要求的前提下实现高增益和窄波束。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高增益窄波束天线，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子、以及固定于绝缘介质板正面且悬空设置于金属辐射阵子上方的引向器；
所述馈电网络具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90°的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子。
进一步地，所述引向器通过多个绝缘支撑件支撑于绝缘介质板正面，且悬空设置于金属辐射阵子的上方，通过金属辐射阵子耦合馈电。
进一步地，所述金属底板为覆铜层，连接到地。
进一步地，所述金属辐射阵子为倒L形天线阵子。
进一步地，所述四个金属辐射阵子在馈电网络上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板的中心。
进一步地，所述四个金属辐射阵子以绝缘介质板的中心为中心，呈辐射状排列。
进一步地，所述绝缘介质板为圆形或矩形。
进一步地，所述馈电网络包括两级功分移向电路，第一级功分移向电路包括第一功分器和180°移相器，第二级功分移向电路包括第二功分器、第三功分器和两个90°移相器；
第一功分器的输入端为馈电网络的输入端，第一功分器的一个输出端通过180°移相器连接到第二功分器，另一个输出端直接连接到第三功分器；
第二功分器的一个输出端通过一个90°移相器连接到馈电网络的第一输出端；第二功分器的另一个输出端直接连接到馈电网络的第二输出端；
第三功分器的一个输出端通过一个90°移相器连接到馈电网络的第三输出端；第三功分器的另一个输出端直接连接到馈电网络的第四输出端；
馈电网络的第一至第四输出端分别连接四个金属辐射阵子。
进一步地，所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器；所述功分器为陶瓷功分器或者微带线等功率功分器；所述绝缘介质板为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板；所述金属辐射阵子由不锈钢、洋白铜或PCB构成。
进一步地，所述高增益窄波束天线还包括一模压玻璃钢天线罩，所述绝缘介质板、馈电网络和引向器位于模压玻璃钢天线罩内。
同现有的技术相比较，本发明提供的一种高增益窄波束天线具有宽轴比带宽、高增益、圆极化、小型化、性能稳定、易于量产等优点。本发明不仅克服了单端口馈电的带宽窄，体积大的缺陷，而且简化了多端口馈电系统复杂的缺点，提高了性能，更加适合RFID行业的应用。
附图说明
图1是本发明实施例的侧面结构示意图。
图2为本发明实施例的顶面结构示意图。
图3为本发明实施例中的馈电网络的结构示意图。
图4为本发明实施例中的金属辐射阵子的结构示意图。
图5为本发明实施例中的金属辐射阵子的整体排布示意图。
附图标记
绝缘介质板1馈电网络2金属底板3
金属辐射阵子4引向器5绝缘支撑件6
外部馈电端口7通孔8第一功分器21
180°移相器22第二功分器23第三功分器24
90°移相器25第一输出端201第二输出端202
第三输出端203第四输出端204垂直部分41
水平部分42
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种高增益窄波束天线，包括绝缘介质板1、位于绝缘介质板1正面的馈电网络2、位于绝缘介质板1背面的金属底板3、安装于绝缘介质板1正面且与馈电网络2连接的四个金属辐射阵子4、以及固定于绝缘介质板1正面且悬空设置于金属辐射阵子4上方的引向器5。
具体地，所述引向器5通过多个绝缘支撑件6支撑于绝缘介质板1正面，且悬空设置于金属辐射阵子4上方，通过金属辐射阵子4耦合馈电。
所述绝缘介质板1呈矩形，为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板。绝缘介质板1上设有多个通孔8，绝缘支撑件6的下端铆接于通孔8中，上端与引向器5固定连接。所述引向器5可以是金属板。
位于绝缘介质板1背面的金属底板1为覆铜层，连接到地。金属底板3是在绝缘介质板1的背面全部铺铜形成的，并设有馈电焊盘，能够使得馈电网络2呈共面波导的传输特性，增加信号稳定性。
位于绝缘介质板1正面的馈电网络2具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90°的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子4，金属辐射阵子4通过耦合馈电的形式与引向器5耦合。
进一步地，本发明实施例提供的一种高增益窄波束天线还包括一模压玻璃钢天线罩，所述绝缘介质板1、馈电网络2和引向器5位于模压玻璃钢天线罩内。由于模压玻璃钢天线罩的形状可以根据实际应用需求进行变化设计，且其结构简单，故未在图中示出。模压玻璃钢天线罩具备坚固、耐热、耐高温、耐腐蚀、绝缘性优良等特点，能够有效保护绝缘介质板1、馈电网络2和引向器5不受外界挤压和干扰，增强了窄波束天线的安全性和稳定性，能够适应窄波束的各种使用环境。
具体地，如图3所示，所述馈电网络2包括两级功分移向电路，第一级功分移向电路包括第一功分器21和180°移相器22，第二级功分移向电路包括第二功分器23、第三功分器24和两个90°移相器25，均印刷在绝缘介质板1的正面。所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器；所述功分器为陶瓷功分器或者微带线等功率功分器。其中，第一功分器21的输入端为馈电网络2的输入端，与外部馈电端口7连接，第一功分器21的一个输出端通过180°移相器22连接到第二功分器23，另一个输出端直接连接到第三功分器24。第二功分器23的一个输出端通过一个90°移相器25连接到馈电网络2的第一输出端201；第二功分器23的另一个输出端直接连接到馈电网络2的第二输出端202。第三功分器24的一个输出端通过一个90°移相器25连接到馈电网络2的第三输出端203；第三功分器24的另一个输出端直接连接到馈电网络2的第四输出端204。馈电网络2的第一至第四输出端201、202、203、204分别连接四个金属辐射阵子4。
初始信号经过第一级功分移向电路后，分别向第二级功分移向电路中的第二功分器23和第三功分器输24出相位角为180°和0°的信号，第二功分器23对相位角为180°的信号进行等分后，其中一个输出端通过一个90°移相器25进行移相，并向第一输出端201输出相位角为270°的信号，另一个输出端则直接向第二输出端202输出相位角为180°的信号。第三功分器24对相位角为0°的信号进行等分后，其中一个输出端通过一个90°移相器25进行移相，并向第三输出端203输出相位角为90°的信号，另一个输出端则直接向第四输出端204输出相位角为0°的信号。最终，馈电网络2的第一至第四输出端201、202、203、204分别输出幅值相等，相位角分别为270°、180°、90°和0°的四路信号，分别对四个金属辐射阵子4馈电。
优选地，在本发明实施例中，所述金属辐射阵子4为倒L形天线阵子。如图4所示，倒L形天线阵子包括垂直部分41和水平部分42，所述垂直部分41的下端垂直固定于绝缘介质板1上，垂直部分41的上端与水平部分42连接，所述水平部分42则与绝缘介质板1平行，整体形成一个躺倒的“L”的形状。所述金属辐射阵子4由PCB、不锈钢、洋白铜或其他金属导体材料制成。四个金属辐射阵子4的垂直部分分别与馈电网络2的四个输出端连接馈电，所述引向器5与四个金属辐射阵子4的水平部分平行设置，且通过绝缘支撑件6悬设于四个金属辐射阵子4上方。四个倒L形的金属辐射阵子4，一方面大大缩小了阵子长度，利于天线小型化，另一方面对天线的稳定性有很大提高；引向器5则用于拓宽天线阻抗带宽，同时提高信号增益。
进一步地，所述四个金属辐射阵子4按照一定的顺序依次安装在绝缘介质板1正面的馈电网络2上，其高度可调。如图5所示，在本发明实施例中，所述绝缘介质板1是矩形的，所述四个金属辐射阵子4在馈电网络2上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板1的中心，每一个金属辐射阵子4分别平行于矩形的一条边。
在本发明的另一个实施例中，所述绝缘介质板1还可以为圆形，所述四个金属辐射阵子4以绝缘介质板1的中心为中心，呈辐射状排列。
本发明提供的一种高增益窄波束天线，其工作频段可以是RFID的超高频，也可以是433MHz或2.4GHz等频段。可通过调节金属辐射阵子的长度和馈电网络上微带线宽度长度以及阵子距离地板的高度，来大范围或者小范围调节天线的工作频段。
同现有技术相比较，本发明提供的高增益窄波束天线具有宽轴比带宽，圆极化，高增益，窄波束，性能稳定，易于量产等优点。本发明不仅克服了单端口馈电的带宽窄，体积大的缺陷，而且简化了多端口馈电系统复杂的缺点，提高了性能，更加适合RFID行业中对窄波束要求的应用。
将本发明提供的高增益窄波束天线作为叉车天线使用，具有应用效率高、准确度高、实时性好的优点。
此外，本发明的高增益窄波束天线不仅适用于仓储物流领域，也同样适用于工业制造、交通运输、防伪防盗等领域，具有非常广阔的应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高增益窄波束天线，其特征在于，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的馈电网络、位于绝缘介质板背面的金属底板、安装于绝缘介质板正面且与馈电网络连接的四个金属辐射阵子、以及固定于绝缘介质板正面且悬空设置于金属辐射阵子上方的引向器；
所述馈电网络具有一个输入端和四个输出端，包括若干个相互连接的功分器和移相器，用于将从输入端输入的信号转化为四路等幅、相位差依次为90°的信号，分别从四个输出端输出给四个金属辐射阵子。
2.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述引向器通过多个绝缘支撑件支撑于绝缘介质板正面，且悬空设置于金属辐射阵子的上方，通过金属辐射阵子耦合馈电。
3.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述金属底板为覆铜层，连接到地。
4.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述金属辐射阵子为倒L形天线阵子。
5.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述四个金属辐射阵子在馈电网络上方沿顺时针或逆时针方向围成一正方形，其中心为绝缘介质板的中心。
6.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述四个金属辐射阵子以绝缘介质板的中心为中心，呈辐射状排列。
7.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述绝缘介质板为圆形或矩形。
8.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述馈电网络包括两级功分移向电路，第一级功分移向电路包括第一功分器和180°移相器，第二级功分移向电路包括第二功分器、第三功分器和两个90°移相器；
第一功分器的输入端为馈电网络的输入端，第一功分器的一个输出端通过180°移相器连接到第二功分器，另一个输出端直接连接到第三功分器；
第二功分器的一个输出端通过一个90°移相器连接到馈电网络的第一输出端；第二功分器的另一个输出端直接连接到馈电网络的第二输出端；
第三功分器的一个输出端通过一个90°移相器连接到馈电网络的第三输出端；第三功分器的另一个输出端直接连接到馈电网络的第四输出端；
馈电网络的第一至第四输出端分别连接四个金属辐射阵子。
9.根据权利要求8所述的高增益窄波束天线，其特征在于，所述移相器为共面波导或微带线形式的移相器；所述功分器为陶瓷功分器或者微带线等功率功分器；所述绝缘介质板为聚四氟乙烯板或FR-4绝缘板；所述金属辐射阵子由不锈钢、洋白铜或PCB构成。
10.根据权利要求1所述的高增益窄波束天线，其特征在于，还包括一模压玻璃钢天线罩，所述绝缘介质板、馈电网络和引向器位于模压玻璃钢天线罩内。
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