CN114709611B - 一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,应用圆极化微带贴片(1)、地平面层(2)、馈电结构(4)的结构设计,通过在封闭金属腔体内激励起强度大、且方向不断变化的电磁场,实现各种摆放方式RFID标签的读写,并且在圆极化微带贴片(1)上开槽,能够抵消馈电结构(4)引入的电感,显著改善天线的阻抗匹配,提高阻抗带宽,以及采用采用全金属结构,使天线可以适应极端高低温,同时通过调整螺丝位置和优化天线参数,避免金属螺丝对天线电性能产生影响,使天线在尤其封闭金属腔体中,依然能实现基本的阻抗和辐射参数,保证RFID读写系统的正常工作,此外还适应极端高低温情况,比如用于疫苗保存的‑86℃低温冰箱等。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,属于天线设计技术领域。
背景技术
微带贴片天线是常用的UHF RFID读写器天线,但常见的微带贴片天线使用PCB印刷工艺制作,或者包含塑料螺丝等紧固件,这些材料往往只能在常规温度下使用,在极端高低温下容易融化或脆裂。
正交偶极子圆极化天线和螺旋天线的结构较为复杂,使用全金属结构加工时,难以设计其固定结构,在高低温下受材料热胀冷缩的影响也较为显著;此外,圆极化喇叭天线通常是全金属的,可以适应高低温环境,但其长度过大,放置在金属腔体中会占用过多存放物品的空间;同时,这些天线仅针对自由空间中的使用进行优化,在封闭金属腔体内使用时,受腔体反射的影响,其特性会显著变化,性能下降严重。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,采用全新结构设计,通过在封闭金属腔体内激励起强度大、且方向不断变化的电磁场,实现各种摆放方式RFID标签的读写。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案:本发明设计了一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,包括圆极化微带贴片、地平面层、馈电结构;
其中,定义圆极化微带贴片表面上经过表面中心位置、且两端分别到达表面边缘的各直线形线段为各参考线,各参考线中存在至少两种不同长度;圆极化微带贴片以其表面平行于地平面层表面的姿态、固定置于地平面层上表面上方预设距离的位置,并且沿垂直于地平面层表面的投影方向上,圆极化微带贴片的投影位于地平面层的投影区域内;
定义圆极化微带贴片表面上以表面中心位置为端点、沿表面上任意两不同长度参考线之间其中一夹角的中线到达表面边缘的线段的中点位置为参考点位置,馈电结构的其中一端对接圆极化微带贴片表面上以该参考点位置为圆心、预设第一半径的区域,馈电结构的另一端穿过地平面层表面,并连接RFID读写器;
圆极化微带贴片表面上与馈电结构所对接位置相距预设第一距离的位置、设置贯穿圆极化微带贴片上下表面线条形的开槽;
还包括至少一个支撑件,所述圆极化微带贴片通过各支撑件以其表面平行于地平面层表面的姿态、固定置于地平面层上表面上方预设距离的位置,各支撑件上面向圆极化微带贴片的端部分别与圆极化微带贴片接触,各支撑件上面向地平面层的端部分别与地平面层接触;
所述支撑件为金属支撑件,所述圆极化微带贴片表面与各金属支撑件分别接触的各位置分布于以圆极化微带贴片表面中心位置为圆心、预设第二半径范围内。
作为本发明的一种优选技术方案:所述圆极化微带贴片的表面为正方形,且该正方形上任意一个顶点位置设置切角,或者该正方形任意一组彼此相对的两顶点位置分别设置切角。
作为本发明的一种优选技术方案:所述馈电结构为同轴馈电探针,其中,同轴馈电探针的内导体一端与圆极化微带贴片接触,同轴馈电探针的内导体另一端连接RFID读写器,同轴馈电探针的外导体对接地平面层。
作为本发明的一种优选技术方案:所述圆极化微带贴片表面的开槽包括三根直线形开槽,其中两根直线形开槽上的其中一端分别对接第三根直线形开槽的两端,且该两根直线形开槽位于第三根直线形开槽的相同侧。
作为本发明的一种优选技术方案:所述圆极化微带贴片表面上的三根直线形开槽中,位于所述第三根直线形开槽相同侧的两根直线形开槽分别与第三根直线形开槽相垂直。
本发明所述一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,应用圆极化微带贴片、地平面层、馈电结构的结构设计,通过在封闭金属腔体内激励起强度大、且方向不断变化的电磁场,实现各种摆放方式RFID标签的读写,并且在圆极化微带贴片上开槽,能够抵消馈电结构引入的电感,显著改善天线的阻抗匹配,提高阻抗带宽,以及采用采用全金属结构,使天线可以适应极端高低温,同时通过调整螺丝位置和优化天线参数,避免金属螺丝对天线电性能产生影响,使天线在尤其封闭金属腔体中,依然能实现基本的阻抗和辐射参数,保证RFID读写系统的正常工作,此外还适应极端高低温情况,比如用于疫苗保存的-86℃低温冰箱等。
附图说明
图1是本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线的结构示意图;
图2是本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线在封闭腔体内的放置示意图;
图3是本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线应用中电场强度随距离天线的变化示意图;
图4是本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线应用不同场景下的电场示意图。
其中,1. 圆极化微带贴片,2. 地平面层,3. 开槽,4. 馈电结构,5. 支撑件。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明所设计一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,实际应用当中,如图1所示,具体包括圆极化微带贴片1、地平面层2、馈电结构4。
其中,定义圆极化微带贴片1表面上经过表面中心位置、且两端分别到达表面边缘的各直线形线段为各参考线,各参考线中存在至少两种不同长度;圆极化微带贴片1以其表面平行于地平面层2表面的姿态、固定置于地平面层2上表面上方预设距离的位置,并且沿垂直于地平面层2表面的投影方向上,圆极化微带贴片1的投影位于地平面层2的投影区域内。
实际应用中,圆极化微带贴片1与地平面层2上表面之间的距离,具体可以设计15mm,这个距离不宜较大,会提高馈电结构4的电感,影响天线的阻抗匹配。
定义圆极化微带贴片1表面上以表面中心位置为端点、沿表面上任意两不同长度参考线之间其中一夹角的中线到达表面边缘的线段的中点位置为参考点位置,馈电结构4的其中一端对接圆极化微带贴片1表面上以该参考点位置为圆心、预设第一半径的区域,馈电结构4的另一端穿过地平面层2表面,并连接RFID读写器。
圆极化微带贴片1表面上与馈电结构4所对接位置相距预设第一距离的位置、设置贯穿圆极化微带贴片1上下表面线条形的开槽3。
圆极化微带贴片1需要与地平面层2保持一定距离,因此需要相应的固定结构,同时这个固定结构还不能影响天线的电性能,常见的贴片天线使用PCB印刷,或者塑料螺丝固定,PCB和塑料均为绝缘体,对天线的电性能影响较小。
进一步为了适用于极端高低温环境,本发明设计会选择金属支撑件,并具体针对各金属支撑件的位置进行限定设计,具体圆极化微带贴片1表面与各金属支撑件分别接触的各位置分布于以圆极化微带贴片1表面中心位置为圆心、预设第二半径范围内,对此,实际仿真结果显示此处天线的电场强度较弱,因此金属支撑件对天线性能的影响相对较小,再通过对其他部分进行微调,即可完全消除金属螺丝的影响。
将上述技术方案所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,应用于实际当中,具体采用表面为正方形的圆极化微带贴片1,且该正方形上任意一个顶点位置设置切角,或者该正方形任意一组彼此相对的两顶点位置分别设置切角。
上述针对圆极化微带贴片1正方形的切角设计,缩短了天线沿该切角所对应对角线的长度,略微提高了沿此方向模式的谐振频率,同时另一条对角线上的模式谐振频率基本不受影响。因此,天线上出现了两个谐振频率略有差别,且辐射极化正交的模式。在这两个模式的谐振频率的平均频率处,同时激励这两个模式,就可以让其自发的产生90°的相位差,并产生圆极化辐射,该圆极化辐射因为包含两个线极化分量,因此对各种摆放方式的RFID标签,都可以进行读写,不会出现极化隔离,有效提高了RFID读写系统的读写性能。
并且针对馈电结构4,采用同轴馈电探针,其中,同轴馈电探针的内导体一端与圆极化微带贴片1接触,同轴馈电探针的内导体另一端连接RFID读写器,同轴馈电探针的外导体对接地平面层2。
此外在实际应用当中,具体设计圆极化微带贴片1表面的开槽3包括三根直线形开槽,其中两根直线形开槽上的其中一端分别对接第三根直线形开槽的两端,且该两根直线形开槽位于第三根直线形开槽的相同侧;并且在具体设计中,进一步针对圆极化微带贴片1表面上的三根直线形开槽中,位于所述第三根直线形开槽相同侧的两根直线形开槽分别与第三根直线形开槽相垂直。
如此上述“凵”形开槽的设计,可以显著改善阻抗匹配,其原理是,开槽部分与地平面之间形成了一个平行平板电容,这个电容可以抵消馈电结构上的电感,因此可以显著改善天线的阻抗匹配。
本发明所设计用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,在实际应用当中,如图2所示,通过将天线放置在金属腔体中进行优化,使其在封闭金属腔体中依然能保持较好的性能,结合图3所示,天线在金属腔体内工作时,可以产生很高的电场强度,有利于读写RFID标签;同时如图4所示,此时天线依然可以保持较好的S11。
上述技术方案所设计应用圆极化微带贴片1、地平面层2、馈电结构4的结构设计,通过在封闭金属腔体内激励起强度大、且方向不断变化的电磁场,实现各种摆放方式RFID标签的读写,并且在圆极化微带贴片1上开槽,能够抵消馈电结构4引入的电感,显著改善天线的阻抗匹配,提高阻抗带宽,以及采用采用全金属结构,使天线可以适应极端高低温,同时通过调整螺丝位置和优化天线参数,避免金属螺丝对天线电性能产生影响,使天线在尤其封闭金属腔体中,依然能实现基本的阻抗和辐射参数,保证RFID读写系统的正常工作,此外还适应极端高低温情况,比如用于疫苗保存的-86℃低温冰箱等。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,其特征在于:包括地平面层(2)、馈电结构(4)、以及表面为正方形的圆极化微带贴片(1);
其中,定义圆极化微带贴片(1)表面上经过表面中心位置、且两端分别到达表面边缘的各直线形线段为各参考线,各参考线中存在至少两种不同长度;圆极化微带贴片(1)以其表面平行于地平面层(2)表面的姿态、固定置于地平面层(2)上表面上方预设距离的位置,并且沿垂直于地平面层(2)表面的投影方向上,圆极化微带贴片(1)的投影位于地平面层(2)的投影区域内;
定义圆极化微带贴片(1)表面上以表面中心位置为端点、沿表面上任意两不同长度参考线之间其中一夹角的中线到达表面边缘的线段的中点位置为参考点位置,馈电结构(4)的其中一端对接圆极化微带贴片(1)表面上以该参考点位置为圆心、预设第一半径的区域,馈电结构(4)的另一端穿过地平面层(2)表面,并连接RFID读写器;
圆极化微带贴片(1)表面上与馈电结构(4)所对接位置相距预设第一距离的位置、设置贯穿圆极化微带贴片(1)上下表面线条形的开槽(3);开槽(3)包括三根直线形开槽,其中两根直线形开槽上的其中一端分别对接第三根直线形开槽的两端,且该两根直线形开槽位于第三根直线形开槽的相同侧,以及位于所述第三根直线形开槽相同侧的两根直线形开槽分别与第三根直线形开槽相垂直,构成U形的开槽(3),且圆极化微带贴片(1)的中心位置并未被U形的开槽(3)所包围;
还包括至少一个支撑件(5),所述圆极化微带贴片(1)通过各支撑件(5)以其表面平行于地平面层(2)表面的姿态、固定置于地平面层(2)上表面上方预设距离的位置,各支撑件(5)上面向圆极化微带贴片(1)的端部分别与圆极化微带贴片(1)接触,各支撑件(5)上面向地平面层(2)的端部分别与地平面层(2)接触;
所述支撑件(5)为金属支撑件,所述圆极化微带贴片(1)表面与各金属支撑件分别接触的各位置分布于以圆极化微带贴片(1)表面中心位置为圆心、预设第二半径范围内。
2.根据权利要求1所述一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,其特征在于:所述圆极化微带贴片(1)的表面为正方形,且该正方形上任意一个顶点位置设置切角,或者该正方形任意一组彼此相对的两顶点位置分别设置切角。
3.根据权利要求1所述一种用于封闭金属腔内的圆极化开槽贴片天线,其特征在于:所述馈电结构(4)为同轴馈电探针,其中,同轴馈电探针的内导体一端与圆极化微带贴片(1)接触,同轴馈电探针的内导体另一端连接RFID读写器,同轴馈电探针的外导体对接地平面层(2)。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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