CN101331649A - 具有单一馈电点的圆极化的单层双频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆极化的单层双频天线。上述天线包括形成在衬板上表面并且与馈电元素相电耦合的第一辐射器，和形成在上述衬板的上表面、按照一预定距离与上述第一辐射器空间相距且与上述第一辐射器相电磁耦合的第二辐射器。上述天线因为只有一个单层的结构因此很薄。而且，在上述辐射器中不会由于干扰而使上述辐射特性产生恶化。此外，上述辐射器的阻抗通过调整馈电点的位置和上述辐射器的相对位置可以独立得与其频率带相对应。

Description

具有单一馈电点的圆极化的单层双频天线
技术领域
本发明公开了一种圆极化的双频天线，更具体的来说，是一种有着很小体积的并且很容易控制共振频率的圆极化的双频天线，其包括形成在相同平面上且彼此互相空间相距的两个辐射器。
背景技术
目前，无线射频识别(RFID：Radio Frequency Identification)***正在被广泛地研究和学习中。图10是现有RFID***的框图。上述现有RFID***包括也被提作为射频标签(RF Tag)的发射机应答器(Transponder)100、含有天线210和无线电收发器(Transceiver)220的读取/写器200。上述发射机应答器100被贴附到将要被识别的物体上，例如商品、车辆、人体、动物等，并且存储上述物体的识别信息和状态信息。上述发射机应答器100通过包含在那其中的天线(未显示)可以执行与上述读取器200的无线通讯。上述读取器200通过上述天线210来发送电磁波以用来激活上述发射机应答器100并且读取存储在上述发射机应答器100中的数据或将新数据写入到上述发射机应答器100中。在现有的RFID***中，为了进行无线通讯，天线必须分别设立在上述发射机应答器100和上述读取器200中。
在韩国专利公开号为第2005-78157号和第2005-111174号和PCT国际专利号第WO2003/105063号中公开了上述发射机应答器100的天线。但是为了更趋向于使上述发射机应答器100的天线变得更小且更紧凑，环形天线因此被来用作为上述发射机应答器100的天线。
上述发射机应答器100的天线具有线性极化(linear polarization)的特性。因此更趋向于使上述读取器200的上述天线210也具有上述线性极化的特性以用来和上述发射机应答器100更有效地进行通讯。在上述RFID***中，上述发射机应答器100和上述读取器200并不总是互相平行地分布。特别的是，当上述发射机应答器100和上述读取器200没有使用者操作而运行的时候，例如，在分配***或传送***的情形中，上述发射机应答器可以与上述读取器200以任一角度来设立。为了在上述发射机应答器100和上述读取器200彼此互相未排成一行的时候实现上述发射机应答器100和上述读取器200间稳定的通讯，更趋向于使用具有圆极化特性的天线作为上述读取器200的上述天线。
现有圆极化天线包括角被截(corner truncated)的矩形贴片、圆形贴片天线和使用具有相差为90的两个馈电元素的矩形贴片天线。
上述RFID***根据通讯距离和通讯率使用包含125KHz、13.56MHz、433MHz、900MHz和2.45GHz的多种频率带。当上述发射机应答器100只在一特定的频率运行的时候，上述读取器200必须以各种频率来运行以用来识别各种发射机应答器。特别的是，上述读取器200的上述天线210必须具有多频带的特性。
利用多个辐射器的具有多频带特性的多频圆极化的天线在韩国专利公开号为第2004-58099号中被公开。这种天线为各个辐射器配有单独的馈电元素，并且因此其配置比较复杂而且制造成本也比较高。此外，这种天线的带宽比较窄而且接收比较低。
在授权给本发明的申请人的韩国实用新案专利号为第377493号的专利中公开了一种多频圆极化的天线，上述天线由如下方式来构成：两个辐射器分别形成在电介体的上表面和下表面上，馈电单元只在其中的一个辐射器上形成并且信号通过上述两个辐射器间的电磁耦合的方法而反馈到另外一个辐射器中。因为这种多频圆极化的天线只使用一个单一的馈电点因此制造成本低。并且，上述多频圆极化天线的带宽和接收通过上述辐射器间的耦合得到了很大的提高。然而，由于上述辐射器不使用各自的馈电单元因此很难准确地控制上述辐射器的共振频率。此外，因为上述天线具有叠栅结构使上述天线的高度增加。并且由于上述辐射器是叠置的，较上层的辐射器影响较下层辐射器的辐射因此降低较下层辐射器的接收并且由于上述两辐射器间的干扰会恶化总体的辐射特性。
发明内容
因此，本发明被做出以来解决在现有技术中发生的上述问题，且本发明的主要目的是为了提供一种具有多频带特性、宽带宽和强接收的细薄的双频圆极化的天线。
本发明的另外一个目的是为了提供一种可以准确地控制共振频率和阻抗的双频圆极化的天线。
为了达到本发明的上述目的，提供了一种双频贴片天线，上述天线包括在衬板的上表面上由导电材料构成的第一辐射器和第二辐射器，和形成在上述衬板的下表面上的导电接地层，其中上述第一辐射器与馈电元素相电耦合，且上述第二辐射器按照一预定距离与上述第一辐射器空间相距且与上述第一辐射器相电磁耦合而不是直接地与上述上述馈电元素相电耦合。
上述第二辐射器环绕着上述第一辐射器。
上述第一辐射器的中心点、上述第二辐射器的中心点和上述第一辐射器和上述馈电元素的耦合点位于相同的直线上。
上述第一辐射器和上述第二辐射器具有相同的外部形状。
上述第一辐射器和上述第二辐射器是角被截的矩形贴片。
上述第一辐射器通过同轴电缆与上述馈电元素相耦合。
根据本发明的另外一个方面，提供了一种调整双频贴片天线的共振频率的方法，其中上述双频贴片天线包括在衬板的上表面上由导电材料构成的第一辐射器和第二辐射器，和形成在上述衬板的下表面上的导电接地层，其中上述第一辐射器与馈电元素相电耦合，且上述第二辐射器按照一预定距离与上述第一辐射器空间相距且与上述第一辐射器相电磁耦合而不是直接地与上述上述馈电元素相电耦合，其中上述方法包括的步骤为：控制上述第一辐射器和上述馈电元素的耦合点以用来调整上述天线的第一共振频率，和控制上述第二辐射器和上述第一辐射器的相对位置以用来调整上述天线的第二共振频率。
上述控制上述耦合点包括调整上述第一辐射器的上述中心点和上述第一辐射器与上述馈电元素的上述耦合点之间的距离。
上述控制上述相对位置包括调整上述第二辐射器的上述中心点与上述第一辐射器的上述中心点间的距离。
根据本发明，一种薄的双频圆极化的天线可以通过在一个单层上形成辐射体和利用单一馈电结构来获得。上述双频圆极化的天线通过耦合具有宽带宽和强接收的特性。
此外，上述的薄的双频圆极化的天线的共振频率和阻抗通过独立地控制上述两个辐射器可以被准确地进行调整。
附图说明
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明的上述和其他方面的特征和优点将会变得更加清楚和容易理解，其中：
图1是示出一种角被截的矩形贴片天线；
图2是示出根据本发明示例性实施例的双频圆极化天线的俯视图；
图3是示出沿图2中的线A-A的横截面视图；
图4是示出根据本发明示例性实施例的控制上述双频圆极化天线的上述共振频率的视图；
图5是示出本发明示例性实现例的双频圆极化天线的视图；
图6是根据本发明示例性实现例的辐射器大小的变化而示出在900MHz带中回波损耗特性的图表；
图7是根据本发明示例性实现例的辐射器大小的变化而示出在2.45GHz带中回波损耗特性的图表；
图8是示出本发明示例性实现例的上述双频圆极化天线在900MHz和2.45GHz带中回波损耗特性的图表；
图9是示出根据本发明的另外示例性实施例的双频圆极化天线的视图；和
图10是示出现有RFID***的框图。
具体实施方式
在进行本发明的具体示例性实施例的详细说明之前，被用作根据本发明的具体示例性实施例的双频圆极化天线的辐射器的角被截的矩形贴片天线将被先进行说明。图1示出了上述角被截的矩形贴片天线。
参考图1，一个矩形贴片的长度为L、宽度为W并且在馈电点F处被馈电。上述的矩形贴片天线的共振频率基本上由上述矩形贴片的长度L来决定。当上述天线的共振波长为λ的时候，上述矩形贴片的长度L为λ/2。上述矩形贴片的宽度W与上述天线的带宽成比例关系。在本示例性实施例中，上述矩形贴片的长度L和宽度W相同。上述矩形贴片的两个对角被以边长为S的直角三角形(等边)的形式所截断。从上述馈电点F到上述矩形贴片的两边的电长度由于上述被截的部分彼此是不相同的，并且因此两种共振模式被获得。由于当上述两种共振模式有90度相差的时候圆极化发生，上述矩形贴片的电长度和产生频率的圆极化通过调整上述直角三角形的边长可以被控制。此外，右旋圆极化(RHCP：right hand circular polarization)和左旋圆极化(LHCP：left hand circular polarization)通过控制上述被截断的部分和馈电点可以被选择性的产生。
上述馈电点F与上述矩形贴片的中心点C相距的距离为d。信号通过同轴电缆能被馈电到上述矩形贴片中。上述辐射器的阻抗即上述矩形贴片通过位于上述馈电点F和上述贴片的中心点C间的距离d可以被决定。因此，阻抗匹配能被执行并且上述辐射器的上述共振频率通过变化位于上述馈电点F和上述贴片的中心点C间的距离d能被控制。通常，当上述距离d增加的时候，上述辐射器的共振频率较小但上述辐射器的阻抗增加。
利用根据本发明的示例性实施例的前述贴片辐射器的上述双频圆极化天线现在将进行说明。图2是示出根据本发明示例性实施例的双频圆极化天线的俯视图。图3是示出沿图2中的线A-A的横截面视图。
参考图2和图3，根据本发明的示例性实施例的上述双频圆极化的天线包括电介体衬板18、形成在上述电介体衬板18的上表面上的第一辐射器12和第二辐射器10、和形成在上述电介体衬板18的下表面上的接地层20，以来构成一个贴片天线。上述衬板18由高电介质常数的材料制成因此来降低有效波长和上述天线的大小或由低电介质常数的材料制成因此来增强上述天线的接收。上述第一辐射器12和第二辐射器10和接地层20由导电材料制成。上述辐射器10和12和上述接地层20通过压制过程可以分别的来制造和与上述衬板18结合在一起。或者，上述辐射器10和12和上述接地层20利用镀或刻蚀过程直接地形成在上述衬板18上。上述辐射器10和12和上述接地层20可以利用已知技术来制造和与上述衬板18相结合。
参考图1所述，上述第一辐射器12可以是角被截的矩形贴片。上述第一辐射器12与上述第二辐射器10相比较小且决定上述天线的较高共振频率。因此，上述天线的较高共振频率主要取决于上述第一辐射器12的大小。由上述第一辐射器12决定的上述共振频率例如上述较高的共振频率和上述第一辐射器12的阻抗可以通过调整馈电点的位置来控制，这将在下文进行说明。
上述第一辐射器12可以通过同轴电缆22在馈电点16被馈电。然而，上述馈电方式并不仅仅局限于上述同轴电缆。上述同轴电缆22的外部导体26与上述接地层20相连并且上述同轴电缆22的内部导体24穿透上述衬板18且在上述馈电点16处与上述第一辐射体12相连。通过电磁耦合的方式而不需要直接地将上述同轴电缆22的上述内部导体24与上述第一辐射体12相连就能馈电到上述第一辐射体12中。参考图1所述，上述第一辐射体12的共振频率和阻抗可以通过调整上述馈电点16的位置来被控制。上述第一辐射体12和第二辐射体10的中心点和上述馈电点16处于同一直线上由此可以很容易的调整上述第一辐射器12和第二辐射器10的共振频率。
上述第二辐射器10与上述第一辐射器12具有相同的结构，即角被截的矩形贴片的结构。因此，上述第二辐射器10的共振频率和阻抗用与调整上述第一辐射器12的共振频率和阻抗相同的方法来进行调整。这样能够帮助和促进天线特性的控制。
上述第二辐射器10与上述第一辐射器12相比较大因此其主要影响上述天线的较低共振频率。上述天线的较低共振频率可以通过调整上述第二辐射器10的大小来控制。此外，上述第二辐射器10的上述共振频率和阻抗可以通过调整上述第一辐射器12和第二辐射器10的相对位置来控制。
图2示出了上述第二辐射器10被截断的角与上述第一辐射器12被截断的角相对应，上述第二辐射器10的相对角也能被截断。上述第一辐射器12和上述第二辐射器10可以形成在相同的平面上并且开口14可以形成在上述第二辐射器10中。上述第一辐射器12在上述开口14中可以被配置。因此，上述第一辐射器12和第二辐射器10不需要互相重叠就可以被安置在上述相同的平面上并且上述第一辐射器12和第二辐射器10接收的下降能被防止。
上述第二辐射器10可能没有额外的馈电点并且按照一预定的距离与上述第一辐射器12空间相距。因此，在上述第一辐射器12和第二辐射器10之间通过电磁耦合能够实现对上述第二辐射器10的馈电。电磁耦合产生电容，并且因此上述天线的带宽被扩展且上述天线的接收被提高。此外，由于上述第二辐射器10没有额外的馈电点因此上述天线的结构可以被简化。
根据本发明的示例性实施例的上述双模式圆极化的共振频率和阻抗的控制将结合图4进行说明。
参考图4，上述第一辐射器12和上述第二辐射器10分别具有L1和L2的长度。上述第一辐射器12的中心点为C1且在上述馈电点F处被馈电。上述第二辐射器10的中心点为C2。上述点C1、F、和C2位于同一条直线B-B’上。上述馈电点F与上述第一辐射器的中心点C1的距离为d1且上述第一辐射器12的中心点C1与上述第二辐射器10的中心点C2的距离为d2。
如上所述，上述第一辐射器12和第二辐射器10的上述共振频率由上述第一辐射器12和第二辐射器10的大小来决定。上述第一辐射器12的大小L1决定较高的共振频率，上述第二辐射器10的大小L2决定较低的共振频率。上述第一辐射器12的大小L1和第二辐射器10的大小L2彼此不相关联因此上述第一和第二辐射器的共振频率能被单独地进行控制。
上述第一辐射器12的上述正确的共振频率和阻抗由上述馈电点F和上述第一辐射器12的中心点C1间的距离d1来决定。如上所述，随着上述距离d1的增加，上述第一辐射器12的共振频率下降且其阻抗增加。上述距离d1通过移动上述直线B-B上的上述馈电点F可以被调整。上述第二辐射器10的上述正确的共振频率和阻抗由上述馈电点F和上述第二辐射器10的中心点C2间的距离d1+d2来决定，上述距离d1+d2通过调整距离d2可以被控制。上述距离d2通过移动上述开口14内的上述直线B-B上的上述第一辐射器12可以被调整。上述第一辐射器12是固定的且上述第二辐射器10是移动的。
即，上述距离d2通过控制上述第一辐射器12和上述第二辐射器10之间的相对距离可以进行调整，而不需要调整上述馈电点F，仍然保持上述距离d1不变化。因此，当上述第二辐射器10的上述共振频率和阻抗被控制的时候，上述第一辐射器12的上述共振频率和阻抗不是变化的。因此，能独立地校正上述第一辐射器12和第二辐射器10的上述共振频率且独立地相配其阻抗。
根据本发明的示例性实施例，由于上述两个辐射器形成在相同的平面上因此可以获取一个薄的天线。此外，上述两个辐射器不是互相的重叠在一起，因此由于两个辐射器的互相干扰而导致的上述天线的接收的下降会被防止。而且，上述两个辐射器的共振频率通过调整上述两个辐射器的大小能被单独地控制。此外，上述两个辐射器的共振频率可以被准备地控制且高频和低频的阻抗通过调整上述馈电点的位置和上述两个辐射器的布置能被很容易的进行匹配。
根据本发明的示例性实施例的上述双模式圆极化天线已经被实现和模拟。实现的上述双模式圆极化天线如图5所示。上述天线被制造出来以使其能在900MHz和2.45GHz频带中运行。上述天线的尺寸如下表所列。
  L1   L2   L3   s1
  50-55mm   18-22mm   16-20mm   4mm
  s2   d1   d2
  1.2mm   6.5mm   2.2mm
上述天线使用具有电容率大约为8、大小为80x80x6mm3的电介性衬板并且距离辐射器的距离为1mm。
随着L1和L3变化在900MHz频带的回波损失(return loss)
被测量且上述测量结果在图6中被显示出来。参考图6，上述在900MHz的回波损失主要受上述第一辐射器L1大小的影响被证实。随着L1和L3变化在2.45GHz频带的回波损失被测量且上述测量结果在图7中被显示出来。参考图7，上述在2.45GMHz的回波损失主要受上述第二辐射器L3大小的影响被证实。
基于上述测量结果被判定L1＝52.3mm和L3＝18mm是最合适的大小。在900MHz和2.45GHz具有上述最合适的大小的回波损失如图8所示。正如图8所示的，上述天线显示出在900MHz和2.45GHz的双频带特性。上述天线在912MHz具有2.95dBic的增益且在2441.5MHz具有4.6dBic的增益。
根据本发明的另外一个示例性实施例的双频带圆极化天线将参考图9进行说明。
参考图9(a)，第一辐射器32a和第二辐射器30a按照一预定的距离彼此互相倾斜配置因此上述辐射器不具有相同的二等分线。参考图9(b)，第一辐射器32b不位于第二辐射器30b的中心而是位于上述第二辐射器30b的一边。参考图9(c)，上述辐射器30c和32c可以具有圆形贴片的构造。
在图9(a)，9(b)和9(c)中所示的所有的上述天线中，上述辐射器的中心点和馈电点位于同一条直线上因此上述辐射器的共振频率和阻抗能被单独地控制。而且，即使当上述辐射器的中心点和上述馈电点不在同一条直线上的时候，上述辐射器的上述共振频率和阻抗也可以通过调整上述馈电点的位置和上述辐射器的相对位置而被单独地进行控制。
尽管已经参照其特定示例性实施例显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，再不脱离由权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种双频贴片天线，上述天线包括：
在衬板的上表面上由导电材料构成的第一辐射器和第二辐射器；和
形成在上述衬板的下表面上的导电接地层，
其中上述第一辐射器与馈电元素相电耦合，且上述第二辐射器按照一预定距离与上述第一辐射器空间相距且与上述第一辐射器相电磁耦合而不是直接地与上述上述馈电元素相电耦合。
2.如权利要求1所述的上述双频贴片天线，其中上述第二辐射器环绕着上述第一辐射器。
3.如权利要求2所述的上述双频贴片天线，其中上述第一辐射器的中心点、上述第二辐射器的中心点和上述第一辐射器和上述馈电元素的耦合点位于相同的直线上。
4.如权利要求2所述的上述双频贴片天线，其中上述第一辐射器和上述第二辐射器具有相同的外部形状。
5.如权利要求2所述的上述双频贴片天线，其中上述第一辐射器和上述第二辐射器是角被截的矩形贴片。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的上述双频贴片天线，其中上述第一辐射器通过同轴电缆与上述馈电元素相耦合。
7.一种调整双频贴片天线的共振频率的方法，其中上述双频贴片天线包括在衬板的上表面上由导电材料构成的第一辐射器和第二辐射器，和形成在上述衬板的下表面上的导电接地层，其中上述第一辐射器与馈电元素相电耦合，且上述第二辐射器按照一预定距离与上述第一辐射器空间相距且与上述第一辐射器相电磁耦合而不是直接地与上述上述馈电元素相电耦合，其中上述方法包括的步骤为：
控制上述第一辐射器和上述馈电元素的耦合点以用来调整上述天线的第一共振频率；和
控制上述第二辐射器和上述第一辐射器的相对位置以用来调整上述天线的第二共振频率。
8.如权利要求7所述的上述方法，其中上述控制上述耦合点包括调整上述第一辐射器的上述中心点和上述第一辐射器与上述馈电元素的上述耦合点之间的距离。
9.如权利要求7所述的上述方法，其中上述控制上述相对位置包括调整上述第二辐射器的上述中心点与上述第一辐射器的上述中心点间的距离。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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