本技術(shù)涉及超高頻rfid和天線，尤其涉及一種圓形相控陣天線，以及基于該圓形相控陣天線的超高頻rfid室內(nèi)定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、超高頻rfid技術(shù)是一種近距離的無線通信技術(shù)，一般通信距離可達10m左右。它是由讀寫器和無源標簽構(gòu)成的通信系統(tǒng)，讀寫器發(fā)射頻率在915mhz的載波激活標簽并和標簽進行通信，標簽從讀寫器的電磁場中獲取能量并反向散射自身的調(diào)制信號被讀寫器接收。

2、目前室內(nèi)定位技術(shù)主要有uwb超寬帶定位、wifi定位、藍牙aoa定位和地磁定位等。超高頻rfid定位相對于他們的一個優(yōu)勢在于成本低廉部署方便，無源rfid標簽體積小成本低，適合貼在不同物體的表面，而且標簽不需要電池供電，沒有后續(xù)維護的成本。另外超高頻rfid技術(shù)可以同時對成百上千個標簽同時進行盤點，特別是在物流行業(yè)里面對多個物品同時進行定位，在效率上具有很大的優(yōu)勢。

3、通過標簽返回信號的rssi值來估算目標標簽的位置是超高頻rfid定位算法之一，但是這類算法容易受到rssi值波動的影響。通過波束角度來定位近年來也越來越多地被應(yīng)用于各種室內(nèi)定位系統(tǒng)中，想要獲得高的定位精度就需要窄的波束寬度，目前現(xiàn)有技術(shù)為了獲得窄的波束寬度，一般采取增加多組天線陣元或者采用復(fù)雜的功率和相位組合來實現(xiàn)。在915mhz頻段增加多組天線陣元會使得產(chǎn)品尺寸變得很龐大不利于生產(chǎn)應(yīng)用；使用復(fù)雜的功率和相位組合需要在每個陣元前面的射頻電路中增加昂貴的數(shù)字功率衰減器和數(shù)字移相器，使得電路復(fù)雜化并且產(chǎn)品成本增加。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型為了解決上述問題，提出了一種圓形相控陣天線，包括功率分配網(wǎng)絡(luò)、移相電路和圓形陣列天線，其中圓形陣列天線由一個中心主陣元和八個圓周輔陣元構(gòu)成。中心主陣元的功率遠大于（8倍）圓周輔陣元的功率，高功率的中心主陣元使得系統(tǒng)波束集中旁瓣減??；八個圓周輔陣元只有三種相位狀態(tài)，利用輔陣元不同相位狀態(tài)的組合實現(xiàn)波束方向的調(diào)控。

2、具體地本實用新型采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種圓形相控陣天線，包括功率分配網(wǎng)絡(luò)、移相電路和圓形陣列天線，

3、所述功率分配網(wǎng)絡(luò)由四級共八個二等分威爾金森微帶功分器組成，功率分配網(wǎng)絡(luò)的輸入端口連接信號源，輸出共有九個功率分配端口，分別連接九個移相電路，九個功率分配端口輸出的功率比為8:1:1:1:1:1:1:1:1。

4、所述移相電路基于反射式移相原理，包括一個3db混合耦合器、兩個單刀四擲射頻開關(guān)、兩個電容和兩個電感。兩個單刀四擲開關(guān)同步切換電容、電感和開路三種負載狀態(tài)，三種負載狀態(tài)分別對應(yīng)移相電路輸出相位為-135°、135°、0°。

5、所述圓形陣列天線包括九個頻率在915mhz的振元，所述九個振元包括一個中心振元和八個圓周振元。所述八個圓周振元設(shè)置在一個以中心振元所在位置為圓心的圓上，圓的半徑為二分之一915mhz的空氣波長。將圓的周長八等分，所述八個圓周振元分別設(shè)置在圓的周長八等分點上。

6、所述中心振元，通過移相電路，連接功率占比為8的功率分配端口，所述八個圓周振元，分別通過移相電路，連接功率占比為1的八個功率分配端口。

7、當九個天線陣元的相位都是0°時，圓形陣列天線形成一個傾角為90°的波束。當以某一個圓周振元所在方向為前，將包括中心振元在內(nèi)的9個振元，由前到后每三個振元一組分為前、中、后三組，并且前、中、后三組振元對應(yīng)的移相電路相位分別為-135°、0°、135°時，圓形陣列天線在前方形成一個傾角為45°的波束。

8、進一步地，所述振元為微帶貼片天線。

9、進一步地，經(jīng)仿真測試，所述傾角為45°的波速的寬度為45°。分別以八個圓周振元為前，可以得到8個波束帶寬45°互不重疊的波束。

10、進一步地，功率分配網(wǎng)絡(luò)中九條分別到達九個移相電路的微帶線長度相等，使得電磁波到達移相器1~9的輸入端口保持同相，即保證天線1~9的激勵相位只受移相器1~9控制。

11、基于上述圓形相控陣天線，本實用新型進一步提出一種超高頻rfid室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括超高頻rfid定位基站、網(wǎng)絡(luò)交換機和上層控制設(shè)備。

12、所述超高頻rfid定位基站包括至少兩個。所述超高頻rfid定位基站包括超高頻rfid讀寫器和相控陣天線。所述超高頻rfid讀寫器通過網(wǎng)絡(luò)交換機與上層控制設(shè)備通信連接，以接收上層控制設(shè)備的控制指令，通過射頻接口和控制接口與相控陣天線連接，射頻接口用于傳輸盤點信號，控制接口用于控制相控陣天線的波束掃描。

13、所述相控陣天線包括功率分配網(wǎng)絡(luò)、移相電路和圓形陣列天線。

14、所述功率分配網(wǎng)絡(luò)由四級共八個二等分威爾金森微帶功分器組成，功率分配網(wǎng)絡(luò)的輸入端口連接超高頻rfid讀寫器射頻接口，輸出共有九個功率分配端口，分別連接九個移相電路，九個功率分配端口輸出的功率比為8:1:1:1:1:1:1:1:1。

15、所述移相電路基于反射式移相原理，包括一個3db混合耦合器、兩個單刀四擲射頻開關(guān)、兩個電容和兩個電感。兩個單刀四擲開關(guān)連接高頻rfid讀寫器控制接口，在高頻rfid讀寫器控制下，同步切換電容、電感和開路三種負載狀態(tài)。其中，開路負載移相角度為0°，電容負載移相角度為-135°，電感負載移相角度為135°。

16、所述圓形陣列天線包括九個頻率在915mhz的振元，所述九個振元包括一個中心振元和八個圓周振元。所述八個圓周振元設(shè)置在一個以中心振元所在位置為圓心的圓上，圓的半徑為二分之一915mhz的空氣波長。將圓的周長八等分，所述八個圓周振元分別設(shè)置在圓的周長八等分點上。

17、所述中心振元，通過移相電路，連接功率占比為8的功率分配端口，所述八個圓周振元，分別通過移相電路，連接功率占比為1的八個功率分配端口。

18、當九個天線陣元的相位都是0°時，圓形陣列天線形成一個傾角為90°的波束。當以某一個圓周振元所在方向為前，將包括中心振元在內(nèi)的9個振元由前到后，每三個振元一組分為前、中、后三組，并且前、中、后三組振元對應(yīng)的移相電路相位分別為-135°、0°、135°時，圓形陣列天線在前方形成一個傾角為45°的波束。

19、所述超高頻rfid定位基站優(yōu)選為4個，所述網(wǎng)絡(luò)交換機通過網(wǎng)絡(luò)接口連接各個超高頻rfid定位基站，再將所有定位基站連接到上層控制設(shè)備。

20、所述上層控制設(shè)備用于對各個定位基站下發(fā)定位指令，并接收各個定位基站上傳的數(shù)據(jù)，包括基站編號、標簽epc和標簽對應(yīng)的波束角度，根據(jù)同一個標簽被不同定位基站掃描到的不同方位角即可定位標簽的具體位置。

21、進一步地，所述振元為微帶貼片天線。

22、進一步地，經(jīng)仿真測試，所述傾角為45°的波速的寬度為45°。分別以八個圓周振元為前，可以得到8個波束帶寬45°互不重疊的波束。

23、進一步地，功率分配網(wǎng)絡(luò)中九條從輸入端口到分別到達九個移相電路的微帶線長度相等，使得電磁波到達移相器1~9的輸入端口保持同相，即保證天線1~9的激勵相位只受移相器1~9控制。

24、本實用新型的有益效果在于，通過中心主陣元和圓周輔陣元的調(diào)控，形成九個波束帶寬45°互不重疊的波束，使得定位精度得到很大的提高；各陣元的功率配比和相位組合簡單，功率分配網(wǎng)絡(luò)僅用微帶走線即可實現(xiàn)，移相電路僅由一個3db混合耦合器、兩個單刀四擲射頻開關(guān)和4顆電感電容構(gòu)成，極大地降低了電路的復(fù)雜度和成本。