CN110768007A - 组合式平面振子近场天线 - Google Patents

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Abstract

一种组合式平面振子近场天线，包括辐射体PCB板、微带电路馈电PCB板及连接所述辐射体PCB板与微带电路馈电PCB板的垂直馈电金属柱；所述辐射体PCB板的上表面设有组合式平面辐射振子，所述组合式平面辐射振子包括若干金属铜箔，每个金属铜箔上设有焊接过孔；所述微带电路馈电PCB板上设有微带分配电路，所述微带分配电路上设有微带馈电端口及若干金属馈电柱馈点；与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用组合式平面辐射振子作为基本辐射体，易于实现较大面积稳定的近场辐射区域，并且每个金属铜箔采用独立的金属馈电柱馈点连接，利用微带分配电路依次配置相应的馈电相位与等幅度的馈电电平，用以实现圆极化工作特性。

Description

组合式平面振子近场天线
【技术领域】
本发明涉及天线技术领域，具体的涉及一种组合式平面振子近场天线。
【背景技术】
射频识别(RFID)产品技术的广泛应用，直接推动了近场天线技术的快速发展，与常规远场天线不同，近场天线在超高频频段的应用有着比较特殊的技术要求，其特征大致可归纳为：(1)被读写的电子标签(即被识别的物品)与读写天线之间的物理距离很近，要求天线所激发的近场场强分布平稳均匀；(2)天线远场增益不宜过大，否则会误读临近物品，并对临近货架造成干扰；(3)电子标签通常是任意方向摆放，读写天线通常需要采用圆极化工作方式，以获取较为平稳的读写信号，尽量避免漏读现象；(4)被读写的电子标签物品在相对较大的陈列区域密集摆放，将超出单振子天线的覆盖能力，需要采用多振子并以适当方式组成天线阵列，用以有效扩展可读写区域的范围；(5)读写天线在各类物品货架的安装空间极其有限，需要采用紧凑高效的天线结构，以减小天线的整体尺寸。
针对上述应用要求，近场天线的设计存在着多种因数相互制约的技术难点，例如：有限的尺寸空间需要实现多振子阵列、近场性能的平稳与远场增益的抑制、圆极化的实现与馈电电路复杂度的控制等，选择更为合理技术方式，并平衡多种需求的总体方案，是此类近场天线设计技术的关键。
鉴于此，实有必要提供一种组合式平面振子近场天线以克服现有技术的不足。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种组合式平面振子近场天线，采用组合式平面辐射振子作为基本辐射体，易于实现较大面积稳定的近场辐射区域，并且每个金属铜箔采用独立的金属馈电柱馈点连接，利用微带分配电路依次配置相应的馈电相位与等幅度的馈电电平，用以实现圆极化工作特性；整体结构紧凑实用，很好地适应了近场天线设计应用的要求。
为了实现上述目的，本发明提供一种组合式平面振子近场天线，包括辐射体PCB板、微带电路馈电PCB板及连接所述辐射体PCB板与微带电路馈电PCB板的垂直馈电金属柱；
所述辐射体PCB板的上表面设有组合式平面辐射振子，所述组合式平面辐射振子包括若干金属铜箔，每个金属铜箔上设有焊接过孔；所述微带电路馈电PCB板上设有微带分配电路，所述微带分配电路上设有微带馈电端口及若干金属馈电柱馈点，每个金属馈电柱馈点与对应的一个焊接过孔在竖直方向投影的中心重合，所述垂直馈电金属柱的一端焊接在所述金属馈电柱馈点上且另一端穿过与所述辐射体PCB板后与所述金属馈电柱馈点对应的焊接过孔电连接。
在一个优选实施方式中，所述微带分配电路是微带功分电路、微带移相电路、阻抗匹配电路组成。
在一个优选实施方式中，若干金属铜箔呈极轴阵列分布。
在一个优选实施方式中，所述金属铜箔呈矩形。
在一个优选实施方式中，所述微带电路馈电PCB板上设有2个相互并联的微带分配电路，所述辐射体PCB板的上表面设有2组组合式平面辐射振子，所述垂直馈电金属柱的一端焊接在所述金属馈电柱馈点上且另一端穿过与所述辐射体PCB板后与所述金属馈电柱馈点对应的焊接过孔电连接。
与现有技术相比，本发明提供的一种组合式平面振子近场天线的有益效果在于：采用组合式平面辐射振子作为基本辐射体，易于实现较大面积稳定的近场辐射区域，并且每个金属铜箔采用独立的金属馈电柱馈点连接，利用微带分配电路依次配置相应的馈电相位与等幅度的馈电电平，用以实现圆极化工作特性；整体结构紧凑实用，很好地适应了近场天线设计应用的要求。
【附图说明】
图1为本发明提供的组合式平面振子近场天线的立体图。
图2为图1所示组合式平面振子近场天线的爆炸图。
图3为图1所示微带电路馈电PCB板的俯视图。
图4为本发明一优选实施例提供的组合式平面振子近场天线的爆炸图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1至图3，本发明提供一种组合式平面振子近场天线100。
在本发明的实施例中，所述组合式平面振子近场天线100包括辐射体PCB板10、微带电路馈电PCB板20及连接所述辐射体PCB板10与微带电路馈电PCB板20的垂直馈电金属柱30。
具体的，所述辐射体PCB板10的上表面设有组合式平面辐射振子11，所述组合式平面辐射振子11包括若干金属铜箔111，若干金属铜箔111呈极轴阵列分布，所述金属铜箔111呈矩形，每个金属铜箔111上设有焊接过孔1111；所述微带电路馈电PCB板20上设有微带分配电路21，所述微带分配电路21上设有微带馈电端口211及若干金属馈电柱馈点212，每个金属馈电柱馈点212与对应的一个焊接过孔1111在竖直方向投影的中心重合，所述垂直馈电金属柱30的一端焊接在所述金属馈电柱馈点212上且另一端穿过与所述辐射体PCB板10后与所述金属馈电柱馈点212对应的焊接过孔1111电连接。
可以理解的是，所述辐射体PCB板10上的组合式平面辐射振子11可在其上表面近距离辐射区域，形成相对单一稳定的近场辐射场型，有利于近场天线的性能。所述微带分配电路21是由传统的微带功分电路、微带移相电路、阻抗匹配电路组成，并且微带PCB的地平面同时承担了天线反射板的作用，由于所述组合式平面辐射振子11的紧密排列结构特征，造成4个独立的组合式平面辐射振子11相互之间存在较大的容性耦合，同时对天线反射板之间也包含较强的容性电抗。该阻抗匹配电路设计与工作原理是消除容性电抗并保持工作带宽内的阻抗匹配于50Ω；该微带移相电路的设计原理是依次对馈电柱的馈电相位进行90度的相位差配置，例如：馈电点1为0度、馈电点2为90度、馈电点3为180度、馈电点4为270度，用以满足实现圆极化馈电的相位条件；该微带功分电路的设计原理是对4个金属馈电柱进行等幅馈电，即常规等幅的1分4功分电路即可，用以满足圆极化馈电的幅度要求。微带电路的设计应用技术是非常成熟的公有技术，图3所示微带电路的铜箔走线图案，仅为实际应用示范例用于参考，其具体尺寸均会受到实际PCB板材参数、天线结构参数、天线的工作频率等多种因数的影响，与本专利公开的近场天线技术并无唯一的对应关系，射频天线技术领域的技术人员均能依据上述设计原理准确理解和设计应用。
所述组合式平面振子近场天线100采用组合式平面辐射振子11作为基本辐射体，易于实现较大面积稳定的近场辐射区域，并且每个金属铜箔111采用独立的金属馈电柱馈点212连接，利用微带分配电路21依次配置相应的馈电相位与等幅度的馈电电平，用以实现圆极化工作特性；整体结构紧凑实用，很好地适应了近场天线设计应用的要求。
请参阅图4，在一个优选实施例中，利用上述组合式平面振子近场天线100的技术方案，实际应用中可通过阵列组合来灵活实现近场天线工作区域的平稳扩展，以此进一步说明本专利技术的可实现性和实用性。
具体的，所述微带电路馈电PCB板20上设有2个相互并联的微带分配电路21，所述辐射体PCB板10的下表面设有2组组合式平面辐射振子11，所述垂直馈电金属柱30的一端焊接在所述金属馈电柱馈点212上且另一端穿过与所述辐射体PCB板10后与所述金属馈电柱馈点212对应的焊接过孔1111电连接。
必须说明的是，复制并平移所增加出来的馈电柱端口，应保持与原有的馈电柱端口相同的相位和等幅的信号电平，用以保持扩展后的天线圆极化性能和近场性能。通过对上述微带分配电路21的复制和平移，同时相应扩展辐射体PCB板10、微带电路馈电PCB板20的尺寸与面积及金属馈电柱馈点212的数量，可以方便地实现较大的矩形天线工作区域，用于对较宽区域的电子标签物品进行读写，而所述组合式平面振子近场天线100总体呈现扁平结构。
可以理解的是，采用类似的方法，通过对基本平面图案进行旋转复制出(包含但不限于例如3个、4个、6个、8个等)金属铜箔111排列形成组合式平面辐射振子11。采用类似的方法，所述微带电路馈电PCB板20上还可以设有4个、5个、6个、8个等相互并联的微带分配电路21，并且上述技术方案同样适用于远场天线，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，这些都属于本技术方案的保护范围。
与现有技术相比，本发明提供的一种组合式平面振子近场天线的有益效果在于：采用组合式平面辐射振子作为基本辐射体，易于实现较大面积稳定的近场辐射区域，并且每个金属铜箔采用独立的金属馈电柱馈点连接，利用微带分配电路依次配置相应的馈电相位与等幅度的馈电电平，用以实现圆极化工作特性；整体结构紧凑实用，很好地适应了近场天线设计应用的要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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发明专利范围的限制。应当指出的是，因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种组合式平面振子近场天线，其特征在于：包括辐射体PCB板、微带电路馈电PCB板及连接所述辐射体PCB板与微带电路馈电PCB板的垂直馈电金属柱；
所述辐射体PCB板的上表面设有组合式平面辐射振子，所述组合式平面辐射振子包括若干金属铜箔，每个金属铜箔上设有焊接过孔；所述微带电路馈电PCB板上设有微带分配电路，所述微带分配电路上设有微带馈电端口及若干金属馈电柱馈点，每个金属馈电柱馈点与对应的一个焊接过孔在竖直方向投影的中心重合，所述垂直馈电金属柱的一端焊接在所述金属馈电柱馈点上且另一端穿过与所述辐射体PCB板后与所述金属馈电柱馈点对应的焊接过孔电连接。
2.如权利要求1所述的组合式平面振子近场天线，其特征在于：所述微带分配电路是微带功分电路、微带移相电路、阻抗匹配电路组成。
3.如权利要求1所述的组合式平面振子近场天线，其特征在于：若干金属铜箔呈极轴阵列分布。
4.如权利要求3所述的组合式平面振子近场天线，其特征在于：所述金属铜箔呈矩形。
5.如权利要求1～4任意一项所述的组合式平面振子近场天线，其特征在于：所述微带电路馈电PCB板上设有2个相互并联的微带分配电路，所述辐射体PCB板的上表面设有2组组合式平面辐射振子，所述垂直馈电金属柱的一端焊接在所述金属馈电柱馈点上且另一端穿过与所述辐射体PCB板后与所述金属馈电柱馈点对应的焊接过孔电连接。
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