[实用新型]一种单馈宽带圆极化叠层微带天线及其馈电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，涉及一种单馈宽带圆极化叠层微带天线及其馈电装置。该天线可应用于移动通信直放站或超高频RFID读写器。

背景技术

天线是无线通信、射频识别、卫星导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。作为发射天线，它将发射机送来的导波(或高频电流)变换为无线电波并传送到空间；而作为接收天线，它又要做相反的变换，从而在任意两点之间实现了信号的传递。因此，天线是导波和辐射波的变换装置。

在诸多天线种类中微带天线以其体积小、重量轻和成本低等一系列突出的优点而受到人们的青睐，发展迅猛。在一些关键系统中，微带天线正在大显神通。微带天线在无线通信、射频识别、卫星通信、卫星导航、指挥和控制系统、生物医学辐射器等众多领域中占据了举足轻重的地位。微带天线与其它的天线相比较，具有如下明显的优点：

①体积小、剖面低、重量轻。这样，即使装在宇宙飞船、导弹、火箭或卫星上，也不会改变它的空气动力学性能。

②适合工艺组合，能很方便地做成带有天线的各种器件。

③便于获得圆极化，容易实现双频段、双极化等多功能工作。

④容易组织大量生产。天线部分馈线和匹配网络可以一次做成，减少因装配引入的误差。

近年我国移动通信发展迅猛，在移动通信网中，基站信号只能有效覆盖一定的地理范围。在远离基站的地方，因信号微弱致使通信质量下降。另外，由于受地形、地物等影响，即使在基站覆盖范围内的地铁、隧道、大型建筑内、地下停车场等也会出现通信盲区，如果再建基站，周期长且投资大，为此可采用移动通信中继设备。直放站是一种在无线通信传输过程中对信号直接放大的同频中继设备，其基本功能就是一个射频信号功率增强器。

为了避免电信基础设施的重复建设，工业和信息化部于2008年10月已发布通知，要求各地通信管理局和运营商停止重复建设，推进电信基础设施共享。直放站作为电信基础设施的一部分，也应推进设施共享。因此研制900MHz通信频段的宽频直放站和直放站天线且其带宽能够覆盖821-960MHz，对于推进直放站共享具有重要的意义。

射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是一种通过射频信号识别特定目标并读写相关数据的无线通信技术，已广泛应用于动物识别、电子收费和门禁系统等领域。但是不同的国家和地区为超高频RFID系统分配的工作频率是不同的。我国的工作频段为840-845MHz和920-925MHz，欧洲工作频段为865-868MHz，北美工作频段为902-928MHz，日本工作频段为952-955MHz。我国RFID技术分配使用的频段与国际标准化组织ISO和国际电工委员会IEC推荐的860-960MHz频段并不完全一致。随着RFID技术的飞速发展，研制适用于全球的宽频读写器天线即其宽带能够覆盖835-960MHz，对于推广RFID技术的应用具有重要的意义。通常超高频RFID标签采用线极化天线。工程应用中要求读写器能够正确读写处于任何方向的标签，因此读写器应采用圆极化天线。

微带天线实现圆极化工作的关键是激励并产生两个幅度相等且相位相差90度的正交线极化波，常采用的方法有单馈法和多馈法。对于单馈法，只需在微带天线辐射板中引入不对称和选择适当的馈电位置即可实现圆极化。单馈圆极化微带天线结构简单、易加工和成本低，但是该类天线的圆极化相对带宽窄，约为中心频率的0.5-2％。采用低介电常数且较厚的介质材料(例如，泡沫或空气)，单馈单层微带天线的圆极化相对带宽可增加为10.5％。采用叠层配置，单同轴馈电微带天线的圆极化相对带宽可拓展到13.5％，但是输入阻抗匹配较差，不能满足通信系统输入驻波比小于1.5的要求。采用L型带条馈电技术和孔耦合馈电技术，叠层微带天线可实现良好的阻抗匹配。但是L型带条的水平和垂直部分都同时影响天线输入电阻和输入电抗，其设计较复杂，且天线辐射方向性图是非对称的。对于孔耦合馈电技术，需要一个发射板来减少天线后向辐射(通常发射板与天线距离为四分之一波长)，因此天线高度很大。另外对于多馈法，常采用3dB混合环对微带天线两个正交点进行馈电从而实现圆极化，使得天线结构复杂、体积增大和成本提高。多馈法还包括三馈法和四馈法，显然天线结构更加复杂。

有鉴于此，确有必要提出一种单馈宽带圆极化叠层微带天线及其馈电装置，使得天线轴比小于3dB且驻波比小于1.5的带宽为821-960MHz，且相对带宽为中心频率的15.6％。

发明内容