CN110661089A - 一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及RFID应用技术领域，具体涉及一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线。通过绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的上层金属膜、和位于绝缘介质板背面的下层金属膜；且所述上层金属膜固定安装于绝缘介质板正面；所述下层金属膜固定安装于绝缘介质板背面；以及通过所述上层金属膜设置有馈电网络和辐射阵子；本发明提供的基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线具有增益高、窄波束、尺寸小、带宽宽和易于量产等优点。不仅克服了普通FR4材质天线增益不高和金属阵子天线难以做薄的缺点，而且在成本做到了更好的控制，更加适合RFID行业的推广和应用；作为冰柜天线使用，具有应用效率高、准确度高、实时性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及RFID应用技术领域，具体涉及一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，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。以商品零售领域为例，随着无人零售行业的兴起，应用在零售领域的RFID技术也越来越多，如智能冰柜，智能收银台等。零售行业商品种类繁多，避免不了会存在易拉罐、瓶装饮料和带金属包装纸的零食等，这样就会造成标签性能很难保证一致性，因此对天线的增益和波束会有更高的要求，而为了更大利用空间，对天线尺寸和厚度也会有更高的要求。由于普通的FR4材料天线介质损耗太大，增益无法达到要求，而普通的金属阵子微带天线又无法满足此类应用关于小尺寸、厚度薄的要求。
发明内容
为克服上述缺乏一致性、介质损耗大和效率低下等的不足，本发明提供一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，目的在于在满足天线对尺寸要求的前提下实现高增益和窄波束，提供增益高、窄波束、尺寸小、带宽宽等特点的圆极化天线。
为实现上述目的，本发明提出一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，具体地包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的上层金属膜、和位于绝缘介质板背面的下层金属膜；
所述上层金属膜设置有馈电网络和辐射阵子，且上层金属膜的覆盖面根据馈电网络和辐射阵子的位置和形状设置。
进一步地，所述馈电网络设置有输入端和输出端，信号经输入端输入，经输出端输出至辐射阵子。
所述辐射阵子包括第一辐射阵子和第二辐射阵子。
所述输出端包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；
信号经所述馈电网络的输入端输入，并转化为两组两路等幅、相位差为90°的信号，从第一输出端和第二输出端输出给第一辐射阵子；从第三输出端和第四输出端输出给第二辐射阵子。
进一步地，所述馈电网络包括一个功分网络，第一移相网络和第二移相网络；所述功分网络、所述第一移相网络和所述第二移相网络蚀刻于所述上层金属膜上；
所述辐射阵子蚀刻于所述上层金属膜上。
进一步地，所述功分网络为微带功分器，所述第一移相网络由一组微带移相器组成；所述第二移相网络由另一组微带移相器组成；
所述微带功分器的输入端为所述馈电网络的输入端；所述微带功分器的输出端连接所述第一移相网络和所述第二移相网络的输入端；所述第一移相网络的输出端作为所述馈电网络的第一输出端和第二输出端；所述第二移相网络的输出端作为所述馈电网络的第三输出端和第四输出端。
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。
进一步地，所述绝缘介质板为矩形，所述绝缘板为ABS材料或泡棉；
所述绝缘介质板上设有通孔，所述上层金属膜通过所述通孔与下层金属膜连接。
进一步地，所述第一辐射阵子和第二辐射阵子为同一水平线排列在所述绝缘介质板上，所述第一辐射阵子和第二辐射阵子间距小于一个波长的距离。
进一步地，工作频段为超高频或433MHz或2.4GHz。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
通过绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的上层金属膜、和位于绝缘介质板背面的下层金属膜；且所述上层金属膜固定安装于绝缘介质板正面；所述下层金属膜固定安装于绝缘介质板背面；以及通过所述上层金属膜设置有馈电网络和辐射阵子；本发明提供的一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线具有增益高、窄波束、尺寸小、带宽宽、易于量产等优点。本发明不仅克服了普通FR4材质天线增益不高和金属阵子天线难以做薄的缺点，而且在成本做到了更好的控制，更加适合RFID行业的推广和应用。
本发明方案作为冰柜天线使用，具有应用效率高、准确度高、实时性好的优点。而且不仅适用于零售物流领域，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。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；
图1为本发明一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线实施例的正面结构示意图；
图2为本发明一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线实施例的背面结构示意图；
附图中的标记说明：
1、绝缘介质板；2、上层金属膜；3、下层金属膜；41、第一辐射阵子；42、第二辐射阵子；51、第一移相网络；52、第二移相网络；6、功分网络；7、通孔；8、输入端；9、第一输出端；10、第二输出端；11、第三输出端；12、第四输出端。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
如图1所示，一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，具体包括绝缘介质板1、位于绝缘介质板1正面的上层金属膜2、和位于绝缘介质板1背面的下层金属膜3；
所述上层金属膜2固定安装于绝缘介质板1正面；所述下层金属膜3固定安装于绝缘介质板1背面；
所述上层金属膜2设置有馈电网络和辐射阵子；且上层金属膜2的覆盖面根据馈电网络和辐射阵子的位置和形状设置。
所述馈电网络设置有输入端8和输出端，信号经输入端8输入，经输出端输出至辐射阵子。
所述辐射阵子包括第一辐射阵子41和第二辐射阵子42。
所述输出端包括第一输出端9、第二输出端10、第三输出端11和第四输出端12；
信号经所述馈电网络的输入端8输入，并转化为两组两路等幅、相位差为90°的信号，从第一输出端9和第二输出端10输出给第一辐射阵子41；从第三输出端11和第四输出端12输出给第二辐射阵子42。
所述馈电网络包括一个功分网络6，第一移相网络51和第二移相网络52；所述功分网络6、所述第一移相网络51和所述第二移相网络52蚀刻于所述上层金属膜2上；
所述辐射阵子蚀刻于所述上层金属膜2上。
所述功分网络6为微带功分器，所述第一移相网络51由一组微带移相器组成；所述第二移相网络52由另一组微带移相器组成；
所述微带功分器的输入端8为所述馈电网络的输入端8；所述微带功分器的输出端连接所述第一移相网络51和所述第二移相网络52的输入口；所述第一移相网络51的输出端作为所述馈电网络的第一输出端9和第二输出端10；所述第二移相网络52的输出端作为所述馈电网络的第三输出端11和第四输出端12。
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1为矩形，所述绝缘板为ABS材料或泡棉；
所述绝缘介质板1上设有通孔7，所述上层金属膜2通过所述通孔7与下层金属膜3连接。
所述第一辐射阵子41和第二辐射阵子42为同一水平线排列在所述绝缘介质板1上，所述第一辐射阵子41和第二辐射阵子42间距小于天线频率一个波长的距离。
具体地，所述上层金属膜2为铝膜，通过蚀刻等工艺蚀刻出设计好的辐射阵子、移相网络、功分网络6；也就是说，辐射阵子、馈电网络形状和尺寸都是先用仿真软件设计好，然后用一张金属膜把辐射阵子、馈电网络以外的金属蚀刻掉,留下我们要的线路图。所述下层金属膜3为铝膜直接固定在绝缘介质板1的底面，能使移相网络和功分网络6呈微带线传输特性。
所述绝缘介质板1呈矩形，为ABS材料绝缘板或泡棉。绝缘介质板1上设有两个通孔7，上层金属膜2的地通过通孔7与下层金属膜3连接。
具体地，位于上层金属膜2的馈电网络具有一个输入端8和四个输出端，四个输出端即第一输出端9、第二输出端10、第三输出端11和第四输出端12，包括一个功分网络6和两个移相网络，两个移相网络即第一移相网络51和第二移相网络52，馈电网络用于将从输入端8输入的信号转化为两组等幅、相位差为90°的信号，并分别从四个输出端输出给两个辐射阵子，即通过第一输出端9、第二输出端10、第三输出端11和第四输出端12输出给第一辐射阵子41和第二辐射阵子42。
较佳地，所述馈电网络包括功分网络6和移相网络，功分网络6为微带功分器，移相网络由两组微带移相器组成。
也就是说，在本实施例中，初始信号从输入端8的输入口输入经过功分网络6后，输出两路等幅、等相的信号，移相网络把功分网络6输出的两路信号分别分成两组等幅、相位差为90°的信号从第一输出端9、第二输出端10、第三输出端11和第四输出端12输出给第一辐射阵子41和第二辐射阵子42，其中第一输出端9和第三输出端1111等幅、等相，第二输出端10和第四输出端12等幅、等相，第一输出端9和第二输出端10相位相差90°输出给第一辐射阵子41，第三输出端11和第四输出端12相位相差90°输出给第二辐射阵子42。
较佳地，所述第一辐射阵子41和第二辐射阵子42按照同一水平线排列在绝缘介质板1上，第一辐射阵子41和第二辐射阵子42间距少于天线频率一个波长的距离。
在本发明实施例中，提供的一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线还包括一吸塑或ABS材料天线罩，所述绝缘介质板1、上层金属膜2和下层金属膜3位于吸塑或ABS材料天线罩内。由于吸塑或ABS材料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。天线罩可以根据不同的使用场景选择吸塑、ABS、玻璃钢等材料，能够对绝缘介质板1、上层金属膜2和下层金属膜3进行有效保护，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。
在本实施中，工作频段为超高频或433MHz或2.4GHz等50GHz以下的频段。也就是说，其工作频段可以是RFID的超高频，也可以是433MHz或2.4GHz等50GHz以下的频段。较佳地，可通过调节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，也就是说，辐射阵子和馈电网络尺寸是由微带天线原理所决定的，通常是频率越低尺寸越大，频率越高，尺寸越小。
同现有的技术相比较，本发明提供的一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线具有增益高、窄波束、尺寸小、带宽宽、易于量产等优点。本发明不仅克服了普通FR4材质天线增益不高和金属阵子天线难以做薄的缺点，而且在成本做到了更好的控制，更加适合RFID行业的推广和应用。
将本发明提供的基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线作为冰柜天线使用，具有应用效率高、准确度高、实时性好的优点。
此外，本发明的基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线不仅适用于零售物流领域，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。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所以的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，包括绝缘介质板、位于绝缘介质板正面的上层金属膜和位于绝缘介质板背面的下层金属膜；
所述上层金属膜设置有馈电网络和辐射阵子，且上层金属膜的覆盖面根据馈电网络和辐射阵子的位置和形状设置。
2.根据权利要求1所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，
所述馈电网络设置有输入端和输出端，信号经输入端输入，经输出端输出至辐射阵子；
所述辐射阵子包括第一辐射阵子和第二辐射阵子；
所述输出端包括第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；
信号经所述馈电网络的输入端输入，并转化为两组两路等幅、相位差为90°的信号，从第一输出端和第二输出端输出给第一辐射阵子；从第三输出端和第四输出端输出给第二辐射阵子。
3.根据权利要求1所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，
所述馈电网络包括一个功分网络，第一移相网络和第二移相网络；所述功分网络、所述第一移相网络和所述第二移相网络蚀刻于所述上层金属膜上；
所述辐射阵子蚀刻于所述上层金属膜上。
4.根据权利要求3所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，所述功分网络为微带功分器，所述第一移相网络由一组微带移相器组成；所述第二移相网络由另一组微带移相器组成；
所述微带功分器的输入端为所述馈电网络的输入端；所述微带功分器的输出端连接所述第一移相网络和所述第二移相网络的输入端；所述第一移相网络的输出端作为所述馈电网络的第一输出端和第二输出端；所述第二移相网络的输出端作为所述馈电网络的第三输出端和第四输出端。
5.根据权利要求3所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，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。
6.根据权利要求1所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，所述绝缘介质板为矩形，所述绝缘板为ABS材料或泡棉；
所述绝缘介质板上设有通孔，所述上层金属膜通过所述通孔与下层金属膜连接。
7.根据权利要求1所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，
所述第一辐射阵子和第二辐射阵子为同一水平线排列在所述绝缘介质板上，所述第一辐射阵子和第二辐射阵子间距小于天线频率一个波长的距离。
8.根据权利要求1所述一种基于金属膜阵子的高增益窄波束圆极化天线，其特征在于，工作频段为超高频或433MHz或2.4GHz。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 23 Huashan Middle Road, Xinbei District, Changzhou City, Jiangsu Province 213000 Applicant after: Changzhou Wheat Internet of Things Technology Co.,Ltd. Address before: A8, Floor 4, Building 4, Zone 2, Sanxing Industrial Zone, Fuhai Avenue, Fuyong Street, Bao'an District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant before: SHENZHEN XIAOMAI INTERNET OF THINGS TECHNOLOGY CO.,LTD. |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200107 |