基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其中天線具有一空心容腔，天線的填充物為數(shù)個(gè)柱狀體結(jié)構(gòu)件，且填充物以壘疊的方式放置于空心容腔內(nèi)。采用本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，利用天線原有的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，通過添加或去除導(dǎo)磁材料結(jié)構(gòu)件，使得天線周圍的磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，從而實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)改變天線發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)天線增益的目的，十分適合需要在施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試無線信號(hào)強(qiáng)弱的環(huán)境，特別是需要增益衰減一定范圍的場(chǎng)合，易于使用，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，不受環(huán)境的約束與影響，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
【專利說明】基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線射頻通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及天線增益調(diào)節(jié)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是指一種基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線。

【背景技術(shù)】
[0002]有源RFID通信設(shè)備一般分為兩部分，有源標(biāo)簽和基站讀寫器。標(biāo)簽天線內(nèi)置，一般使用線路板的銅箔；基站讀寫器的天線根據(jù)應(yīng)用環(huán)境和增益需求的不同而可采用各種類型的天線，可以使用定向的或全向的，形狀可采用鍋狀的或鞭狀的，各種天線都分別有自己的特性和使用局限性，并且天線的增益普遍固定，結(jié)構(gòu)不能變動(dòng)，特別是鞭型天線更是如此。
[0003]以鞭型天線為例，由于鞭型天線外形小巧，安裝使用方便，特別適用于有源RFID通信，但鞭型天線小巧實(shí)用的同時(shí)帶來了形狀的固定，從而使得天線的增益也固定，在實(shí)際施工場(chǎng)合帶來了不便。通常技術(shù)人員采用兩個(gè)辦法解決，一個(gè)通過調(diào)整發(fā)射電路內(nèi)部增益，另一個(gè)通過遮擋天線或反射加強(qiáng)天線信號(hào)。這兩個(gè)方法都有自身的局限性，前者有一定的技術(shù)難點(diǎn)，特別是發(fā)射電路中的集成芯片的增益有一定的調(diào)整范圍，不是可以任意調(diào)整的；后者在實(shí)際安裝施工有一定繁瑣，并且所獲得的信號(hào)不很穩(wěn)定，給整個(gè)系統(tǒng)帶來不確定因素。
[0004]而利用鞭型天線內(nèi)部圓柱體空間，添加不同的導(dǎo)磁性的材料，就可以改變整個(gè)天線的增益。由于鞭型天線內(nèi)部空間狹小有限，如何有效方便地添加導(dǎo)磁性的材料成了實(shí)現(xiàn)該技術(shù)效果的關(guān)鍵性問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種在天線的內(nèi)部空間中添加結(jié)構(gòu)可變的導(dǎo)磁材料結(jié)構(gòu)件，通過改變其中結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)能夠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)天線發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和天線增益的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線具有如下構(gòu)成:
[0007]該基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其主要特點(diǎn)是，所述的天線具有一空心容腔，所述的天線的填充物為數(shù)個(gè)柱狀體結(jié)構(gòu)件，且所述的填充物以壘疊的方式放置于所述的空心容腔內(nèi)。
[0008]進(jìn)一步地，所述的天線還包括數(shù)個(gè)固定槽，所述的固定槽設(shè)置于所述的空心容腔內(nèi)，且各個(gè)固定槽的外壁至少局部相貼；所述的填充物以壘疊的方式放置于所述的固定槽的內(nèi)部。
[0009]更進(jìn)一步地，所述的固定槽的橫截面為六邊形，所述的填充物的橫截面為六邊形。
[0010]其中，所述的填充物由高導(dǎo)磁性材料制作而成，進(jìn)一步地，所述的高導(dǎo)磁性材料為釹材料、鐵材料或硼材料。
[0011]進(jìn)一步地,所述的天線還包括SMA接頭、外部銅絲和外殼,其中:
[0012]所述的SMA接頭與所述的外殼連接，所述的外部銅絲的第一端與所述的SMA接頭連接，通過SMA接頭接收電波信號(hào)，所述的外部銅絲的第二端與所述的外殼連接，且所述的外部銅絲螺旋纏繞于所述的外殼上。
[0013]進(jìn)一步地，所述的外部銅絲的第二端與所述的外殼之間是絕緣連接，由于銅絲一頭絕緣于外殼，使得電波信號(hào)不至于被外殼直接發(fā)射出去，影響增益的控制，并且由于絕緣，銅絲所發(fā)射的信號(hào)全部被內(nèi)部的高導(dǎo)磁材料吸收，并經(jīng)過六邊形結(jié)構(gòu)的磁阻控制，從而更容易達(dá)到控制增益的目的。
[0014]進(jìn)一步地，所述的天線還包括絕緣塞，用以堵塞所述的空心容腔的兩端。
[0015]采用了本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，利用天線原有的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，通過添加不同的導(dǎo)磁材料結(jié)構(gòu)件，使得天線周圍的磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，從而實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)改變天線發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)天線增益的目的。同時(shí)，該天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用六邊形蜂窩狀，三個(gè)六邊形的柱體捆綁結(jié)合，使得接觸面積在有限的空間中最大化，磁回路也形成正圓形，對(duì)電波能量的利用實(shí)現(xiàn)了最大化，這不是一般結(jié)構(gòu)的天線所能獲得的功能；同時(shí)也使得天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組裝和拆卸容易，手動(dòng)調(diào)整天線增益也方便，故此天線十分適合需要在施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試無線信號(hào)強(qiáng)弱的環(huán)境，特別是需要增益衰減一定范圍的場(chǎng)合。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，不受環(huán)境的約束與影響，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線的橫截面示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線的縱截面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
[0020]在一種實(shí)施方式中，本發(fā)明的有源RFID天線為直線狀天線，形如鞭子，故名鞭型天線。鞭型天線的長(zhǎng)度不定，理論上可以是任意長(zhǎng)度，但實(shí)際上，受到運(yùn)輸安裝成本的限制，天線的長(zhǎng)度一般只要滿足通信條件即可。
[0021]鞭型天線呈圓柱體柱狀，材料選用絕緣體，橫截面為圓形，內(nèi)部為空心,插有9根柱狀結(jié)構(gòu)件，其橫截面為六邊形(優(yōu)選地為正六邊形)，分別均勻分布于天線的上中下段，即3根柱狀結(jié)構(gòu)件呈品之型放置于天線上段，3根于中段，3根于下段。上中下段中的柱狀結(jié)構(gòu)件長(zhǎng)度比例為1:3:6，短的放置在天線的上段。
[0022]為了便于放置柱狀結(jié)構(gòu)件，可以在天線內(nèi)部鑄造成橫截面為六邊形的固定槽，如蜂巢一樣，這樣柱狀結(jié)構(gòu)件就可以順著槽被正確放置進(jìn)去。柱狀結(jié)構(gòu)件的材料按照天線增益的需求而定，可以選用高導(dǎo)磁性的釹鐵硼，利用高導(dǎo)磁性的材料會(huì)提高天線的增益；也可以選用非導(dǎo)磁性的材料來降低天線的增益。天線的外部用漆包銅絲以螺旋狀纏繞，銅絲一頭作為天線的信號(hào)輸入接頭，與SMA接頭焊接，另一頭與天線外殼材料絕緣連接。由于銅絲一頭絕緣于外殼，使得電波信號(hào)不至于被外殼直接發(fā)射出去，影響增益的控制，并且由于絕緣，銅絲所發(fā)射的信號(hào)全部被內(nèi)部的高導(dǎo)磁材料吸收，并經(jīng)過六邊形結(jié)構(gòu)的磁阻控制，從而更容易達(dá)到控制增益的目的。
[0023]天線兩頭為了防止內(nèi)部材料漏出，用橡皮的圓形塞子堵住即可。
[0024]結(jié)合上述實(shí)施方式，本發(fā)明的一種【具體實(shí)施方式】如下:
[0025]如圖1?3所示，制作一根0.lm長(zhǎng)度的天線，首先用粗細(xì)適中的銅線102 (無特殊要求一般選用1mm粗細(xì))緊密纏繞在天線101外圍一層，銅線102 —頭引出連接SMA接頭103，一頭固定住與天線101外殼絕緣。根據(jù)天線101長(zhǎng)度和上述9根柱狀結(jié)構(gòu)件104的長(zhǎng)度比列算出，上中下段的柱狀結(jié)構(gòu)件104長(zhǎng)度分別是0.01m、0.03m、0.06m，根據(jù)天線101內(nèi)部直徑，利用幾何原理可以算出柱狀結(jié)構(gòu)件104的正六邊形截面的邊長(zhǎng)。柱狀結(jié)構(gòu)件104采用非導(dǎo)磁的銅材料，以便能夠衰減天線增益。
[0026]此天線的增益計(jì)算的公式如下:
[0027]G(dbi) = 101g(2L/ λ ).(1/10).(10-N).β ；
[0028]其中L為天線長(zhǎng)度，λ為信號(hào)的波長(zhǎng)，Ν為天線內(nèi)部柱狀結(jié)構(gòu)件的數(shù)量被拿走的數(shù)量，β為柱狀結(jié)構(gòu)件的材料系數(shù)，如純銅材料β = 1，準(zhǔn)確的值應(yīng)該根據(jù)實(shí)際測(cè)量為準(zhǔn)。
[0029]按照RFID通信頻率2.4G計(jì)算，天線的增益大約在2dbi左右，從天線101的槽105中拿走一根柱狀結(jié)構(gòu)件104，增益衰減1/10，所以整個(gè)天線的由結(jié)構(gòu)調(diào)整的天線增益范圍為0.2dbi到2dbi之間。
[0030]采用了本發(fā)明的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，利用天線原有的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，通過添加不同的導(dǎo)磁材料結(jié)構(gòu)件，使得天線周圍的磁場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，從而實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)改變天線發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度和調(diào)節(jié)天線增益的目的。同時(shí)，該天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用六邊形蜂窩狀，三個(gè)六邊形的柱體捆綁結(jié)合，使得接觸面積在有限的空間中最大化，磁回路也形成正圓形，對(duì)電波能量的利用實(shí)現(xiàn)了最大化，這不是一般結(jié)構(gòu)的天線所能獲得的功能；同時(shí)也使得天線內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組裝和拆卸容易，手動(dòng)調(diào)整天線增益也方便，故此天線十分適合需要在施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試無線信號(hào)強(qiáng)弱的環(huán)境，特別是需要增益衰減一定范圍的場(chǎng)合。本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率，不受環(huán)境的約束與影響，具有更廣泛的應(yīng)用范圍。
[0031]在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實(shí)施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限制性的。
【權(quán)利要求】
1.一種基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的天線具有一空心容腔，所述的天線的填充物為數(shù)個(gè)柱狀體結(jié)構(gòu)件，且所述的填充物以壘疊的方式放置于所述的空心容腔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的天線還包括數(shù)個(gè)固定槽，所述的固定槽設(shè)置于所述的空心容腔內(nèi)，且各個(gè)固定槽的外壁至少局部相貼；所述的填充物以壘疊的方式放置于所述的固定槽的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的固定槽的橫截面為六邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的填充物的橫截面為六邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的填充物由高導(dǎo)磁性材料制作而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的高導(dǎo)磁性材料為釹材料、鐵材料或硼材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的天線還包括SMA接頭、外部銅絲和外殼,其中: 所述的SMA接頭與所述的外殼連接； 所述的外部銅絲的第一端與所述的SMA接頭連接，并通過所述的SMA接頭接收電波信號(hào)，所述的外部銅絲的第二端與所述的外殼連接，且所述的外部銅絲螺旋纏繞于所述的外殼上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的外部銅絲的第二端與所述的外殼絕緣連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)可變填充物實(shí)現(xiàn)增益可調(diào)的天線，其特征在于，所述的天線還包括絕緣塞，用以堵塞所述的空心容腔的兩端。
【文檔編號(hào)】H01Q7/08GK104466413SQ201410849615
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】侯強(qiáng) 申請(qǐng)人:公安部第三研究所