一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，包括圓極化輻射貼片、阻抗變換線、微帶饋線、介質(zhì)基板、接地板以及頻率選擇表面覆層；圓極化輻射貼片蝕刻在介質(zhì)基板上表面的中心位置，并通過阻抗變換線與微帶饋線相連接；接地板蝕刻在所述介質(zhì)基板的下表面，頻率選擇表面覆層位于圓極化輻射貼片的正上方；圓極化輻射貼片為方形，方形的邊長為13mm-15.5mm，貼片分別與兩根阻抗變換線連接，貼片與兩根阻抗變換線的連接點(diǎn)分別位于方形不同的邊上；頻率選擇表面覆層的下表面蝕刻著64個方形金屬單元，方形金屬單元為8×8陣列均勻排布，陣列中心的所述方形金屬單元的面積最大，從中心向四周的所述方形金屬單元的面積逐漸變小。采用本發(fā)明實(shí)施例，饋電結(jié)構(gòu)易于生產(chǎn)，使天線整體適合大批量生產(chǎn)，有很好的市場前景。
【專利說明】一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)(ETC，Electronic Toll Collect1n)是利用無線通信技術(shù)、自動識別技術(shù)、圖像處理技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的設(shè)備和軟件所組成的先進(jìn)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)車輛無需停車即可自動收取道路通行費(fèi)用。
[0003]ETC系統(tǒng)由路邊讀寫設(shè)備RSU、車載單元0BU、地感線圈、自動欄桿機(jī)、車輛檢測器、費(fèi)額顯示器、稽核系統(tǒng)等幾大部分組成。ETC系統(tǒng)是通過路邊單元與車載單元進(jìn)行相互通信和信息交換，以達(dá)到對車輛的自動識別，并自動從該用戶的專用帳戶中扣除通行費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)自動收費(fèi)的系統(tǒng)。ETC系統(tǒng)的基本流程是:在預(yù)定范圍內(nèi)設(shè)置減速板、欄桿等裝置限制車輛速度；車輛駛?cè)敫咚俟啡肟谔帟r，ETC系統(tǒng)通過車載電子標(biāo)簽中的交通卡自動記錄該車的車型、牌照、入口時間和地點(diǎn)；到出口處時該系統(tǒng)讀到這些數(shù)據(jù)并同時生成需付費(fèi)金額，迅速在交通卡中自動扣除。
[0004]隨著ETC系統(tǒng)在高速公路的廣泛應(yīng)用以及國家電子收費(fèi)專用短程通信標(biāo)準(zhǔn)GB/T20851-2007的發(fā)布，ETC系統(tǒng)中的RSU天線的性能也需要不斷發(fā)展、完善及提高?，F(xiàn)有ETC系統(tǒng)中的RSU天線主要采用微帶陣列天線的形式，通過合適的饋電網(wǎng)絡(luò)來對天線單元組陣，使天線方向性增強(qiáng)。目前大部分廠家采用八單元的天線陣列，也有部分廠商采用十六單元的陣列。但采用微帶陣列形式不僅需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，而且主瓣波束較寬，副瓣電平較高，易造成鄰道干擾問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，較好的輻射效率、較窄的波束、較高的增益、有效的抑制副瓣，饋電結(jié)構(gòu)易于生產(chǎn)，使天線整體適合大批量生產(chǎn)，有很好的市場前景。
[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于，包括:圓極化輻射貼片、阻抗變換線、微帶饋線、介質(zhì)基板、接地板以及頻率選擇表面覆層；
[0007]所述圓極化輻射貼片蝕刻在所述介質(zhì)基板上表面的中心位置，并通過所述阻抗變換線與所述微帶饋線相連接；所述接地板蝕刻在所述介質(zhì)基板的下表面，所述頻率選擇表面覆層位于所述圓極化輻射貼片的正上方；
[0008]所述圓極化輻射貼片為方形，所述方形的邊長為13mm-15.5mm，所述貼片分別與兩根阻抗變換線連接，所述貼片與兩根阻抗變換線的連接點(diǎn)分別位于所述方形不同的邊上；
[0009]所述頻率選擇表面覆層的下表面蝕刻著64個方形金屬單元，所述方形金屬單元為8X8陣列均勻排布，陣列中心的所述方形金屬單元的面積最大，從中心向四周的所述方形金屬單元的面積逐漸變小。
[0010]進(jìn)一步的，所述方形金屬單元中面積最大的單元的邊長為13mm-15mm。
[0011]再進(jìn)一步的，所述阻抗變換線的特性阻抗為70Ω?90Ω。
[0012]更進(jìn)一步的，所述頻率選擇表面覆層的下表面通過絕緣支架支撐在所述圓極化輻射貼片的上方。
[0013]又進(jìn)一步的，所述介質(zhì)基板與所述頻率選擇表面覆層均采用聚四氟乙烯材料。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，采用了一個圓極化輻射貼片，不需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，簡化了設(shè)計難度。采用了頻率選擇表面覆層與接地板，構(gòu)成了 F-P諧振腔，使圓極化輻射貼片輻射出的電磁波透過諧振腔后同相疊加，使天線具備較好的增益特性；諧振腔使天線輻射特性有所改善，副瓣有所降低，有效解決鄰道干擾問題。采用的覆層表面刻蝕方形陣列均勻排布的方形金屬單元，方形金屬單元的面積二維漸變，實(shí)用頻段寬，旁瓣電平低，方向性較強(qiáng)；方向金屬單元和饋電結(jié)構(gòu)都較簡單，有很好的市場前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的圓極化輻射貼片的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的頻率選擇表面覆層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的輸入端反射系數(shù)仿真圖；
[0019]圖5為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的增益輻射方向圖；
[0020]圖6為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的軸比仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0022]參見圖1-3，對本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023]參見圖1，本發(fā)明提供的覆層天線裝置的實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括圓極化輻射貼片1、阻抗變換線2、阻抗變換線9、微帶饋線3、微帶饋線10、介質(zhì)基板4、接地板5、頻率選擇表面覆層6、均勻二維周期排列的方形金屬單元7以及絕緣支架8 ;
[0024]所述圓極化輻射貼片I蝕刻在所述介質(zhì)基板4上表面的中心位置，并通過所述阻抗變換線2與所述微帶饋線3相連接、通過所述阻抗變換線9與所述微帶饋線10相連接；所述接地板5蝕刻在所述介質(zhì)基板4的下表面，所述頻率選擇表面覆層6位于所述圓極化輻射貼片I的正上方，使所述頻率選擇表面覆層6與所述接地板5之間形成F-P諧振腔，所述頻率選擇表面覆層的6下表面通過絕緣支架8支撐在所述圓極化輻射貼片I的上方。
[0025]所述阻抗變換線2，其長度為9mm，寬度為1.2mm。阻抗變換線一端與圓極化輻射貼片I相接，將其輸入阻抗的實(shí)部Ztl變換到50歐姆，另一端與微帶饋線3相接，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
[0026]所述阻抗變換線9，其長度為9mm，寬度為1.2mm。阻抗變換線一端與圓極化輻射貼片I相接，將其輸入阻抗的實(shí)部Ztl變換到50歐姆，另一端與微帶饋線10相接，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
[0027]所述頻率選擇表面覆層6，通過四個塑料支架8支撐在介質(zhì)基板4的正上方，與介質(zhì)基板4下表面的接地板5構(gòu)成F-P諧振腔。
[0028]優(yōu)選的，所述阻抗變換線2和阻抗變換線9的特性阻抗為70 Ω?90 Ω。
[0029]在具體實(shí)施當(dāng)中，所述介質(zhì)基板4與所述頻率選擇表面覆層6均采用聚四氟乙稀材料。所述介質(zhì)基板4與所述頻率選擇表面覆層6也采用其他材料制作。
[0030]參見圖2，為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的圓極化輻射貼片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]為使輻射貼片能產(chǎn)生圓極化，本發(fā)明實(shí)施例提供的覆層天線裝置的圓極化輻射貼片I與兩根阻抗變換線連接，有兩個饋電點(diǎn)，使所述圓極化輻射貼片I產(chǎn)生的兩個簡并模產(chǎn)生分離，可使兩個簡并模產(chǎn)生90°相位差，實(shí)現(xiàn)圓極化。參照圖2，本發(fā)明實(shí)施例中的所述圓極化福射貼片I的邊長a = 14.1mm，福射貼片為銅材質(zhì)。
[0032]可選的，所述圓極化福射貼片的邊長為13mm-15.5mm ；
[0033]應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可將所述圓極化輻射貼片的邊長設(shè)定為其他數(shù)值，這些改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0034]參見圖3，本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的頻率選擇表面覆層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]所述頻率選擇表面覆層6的下表面蝕刻著64個方形金屬單元7，所述方形金屬單元7為8X8陣列均勾排布，陣列中心的所述方形金屬單元7的面積最大，從中心向四周的所述方形金屬單元7的面積逐漸變小。其參數(shù)包括邊長d和周期t，調(diào)整這兩個參數(shù)可以改變頻率選擇表面覆層6的反射系數(shù)幅值P和反射相位。當(dāng)反射系數(shù)幅值P在0.89?0.93之間時，天線的增益可以得到大幅度的提高，當(dāng)P繼續(xù)增大時，天線的增益會急劇下降。
[0036]在具體實(shí)施當(dāng)中，所述方形金屬單元中面積最大的單元的邊長為13_—15_。
[0037]應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可將所述方形金屬單元中面積最大的單元的邊長設(shè)定為其他數(shù)值，這些改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]參見圖4-6，對本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的仿真效果進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0039]參見圖4，為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的輸入端反射系數(shù)仿真圖。
[0040]圖4中，橫坐標(biāo)為天線的頻率，縱坐標(biāo)表示天線在不同頻率下的反射系數(shù)，反射系數(shù)反映了該天線吸收饋線上能量的能力。由圖4可以看出，天線在5.75 - 5.9GHz通帶內(nèi)反射系數(shù)小于-10dB，匹配良好。
[0041]參見圖5，為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的增益輻射方向圖。
[0042]圖5中，橫坐標(biāo)表示天線的輻射角度，縱坐標(biāo)表示在不同輻射角度下天線的增益。由圖5可知，該天線工作在5.8GHz，天線的最大增益達(dá)到18dB，副瓣電平為-16dB，滿足ETC系統(tǒng)對增益的要求。
[0043]參見圖6，為本發(fā)明提供的用于微波讀寫器的覆層天線裝置的實(shí)施例的軸比仿真圖。
[0044]圖6中，橫坐標(biāo)表示天線的輻射角度，縱坐標(biāo)表示不同輻射角度對應(yīng)的天線的軸比。從圖6可以看到，該天線工作在5.8GHz，其水平面軸比小于3dB的角度約為50°，垂直面軸比小于3dB的角度約為60°，滿足ETC系統(tǒng)對極化的要求。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供的一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，采用了一個圓極化輻射貼片，不需要設(shè)計復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，簡化了設(shè)計難度。采用了頻率選擇表面覆層與接地板，構(gòu)成了 F-P諧振腔，使圓極化輻射貼片輻射出的電磁波透過諧振腔后同相疊加，使天線具備較好的增益特性；諧振腔使天線輻射特性有所改善，副瓣有所降低，有效解決鄰道干擾問題。采用的覆層表面刻蝕方形陣列均勻排布的方形金屬單元，方形金屬單元的面積二維漸變，實(shí)用頻段寬，旁瓣電平低，方向性較強(qiáng)；方向金屬單元和饋電結(jié)構(gòu)都較簡單，有很好的市場前景。
[0046]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于，包括:圓極化輻射貼片、阻抗變換線、微帶饋線、介質(zhì)基板、接地板以及頻率選擇表面覆層； 所述圓極化輻射貼片蝕刻在所述介質(zhì)基板上表面的中心位置，并通過所述阻抗變換線與所述微帶饋線相連接；所述接地板蝕刻在所述介質(zhì)基板的下表面，所述頻率選擇表面覆層位于所述圓極化輻射貼片的正上方； 所述圓極化輻射貼片為方形，所述方形的邊長為13mm-15.5mm，所述貼片分別與兩根阻抗變換線連接，所述貼片與兩根阻抗變換線的連接點(diǎn)分別位于所述方形不同的邊上； 所述頻率選擇表面覆層的下表面蝕刻著64個方形金屬單元，所述方形金屬單元為8X8陣列均勻排布，陣列中心的所述方形金屬單元的面積最大，從中心向四周的所述方形金屬單元的面積逐漸變小。
2.如權(quán)利要求1所述的用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于:所述方形金屬單元中面積最大的單元的邊長為13mm-15mm。
3.如權(quán)利要求1所述的用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于:所述阻抗變換線的特性阻抗為70 Ω?90 Ω。
4.如權(quán)利要求1所述的用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于:所述頻率選擇表面覆層的下表面通過絕緣支架支撐在所述圓極化輻射貼片的上方。
5.如權(quán)利要求1所述的用于微波讀寫器的覆層天線裝置，其特征在于:所述介質(zhì)基板與所述頻率選擇表面覆層均采用聚四氟乙烯材料。
【文檔編號】H01Q1/38GK104466376SQ201410690821
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】駱柳春 申請人:駱柳春