车载读写器天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种车载读写器天线，包括：四个小型八木天线个体两两正交组合的一体式结构，四个八木天线个体共用支撑固件，分别通过同轴电缆和车载读写器连接，天线内部整体架构为十字交叉对称结构。本发明的车载读写器天线系统的四-八木天线一体式结构具有较大增益的同时，成功的避开了定向天线存在的电子标签读取盲点的弊端，具备了全向的水平方向辐射方向图，满足了在同一时间点达到全向扫描的需求。
【专利说明】车载读写器天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线领域，尤其涉及一种车载读写器天线。
【背景技术】
[0002]近年来，随着社会经济的快速发展，机动车数量的迅速增长，公路运输变得越来越繁忙。交通管理现状和需求的矛盾进一步加剧，与交通相关的刑事和治安案件也逐年上升。在此情况下，如何利用先进的科技手段，增强公安管理部门对进入道口的机动车的查控力度，为打击各类违法犯罪行为提供科技手段，是公安交通管理部门亟待解决的问题。
[0003]为有效遏制车辆假冒车牌和未年检等违章行为，控制、减少道路交通事故，在警车上安装RFID (Radio Frequency Identification,射频识别)读写器装置,对警车周围的所有安装电子标签的社会车辆进行自动识别，是公安交通管理部门对机动车进行动态管控的一种有效手段。
[0004]现有的警车的车载读写器天线多采用定向天线+转台组合方式，在一段时间内车载读写器天线可以随转台的转动扫描水平面内整个圆周区域。
[0005]上述现有的警车的车载读写器的缺点为:由于转台等设备的引入，加大了设备投资成本，且车载读写器天线不能在同一时间点达到全向扫描的需求。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种车载读写器天线，以解决现有车载读写器天线不能在同一时间点达到全向扫描的问题。
[0007]—种车载读写器天线，包括:
[0008]支撑单元5-1、5-2、5_3，其中，支撑单元5_1和支撑单元5_2水平十字交叉，构成十字架结构，支撑单元5-3相对于所述十字架结构垂直放置，支撑单元5-3的顶部和所述十字架结构的中心固定连接，对所述十字架结构进行支撑；
[0009]辐射单元3-1、3-2、3-3、3_4，分别设置在所述十字架结构的4个连接臂上，用于通过同轴电缆和馈电端口接收车载读写器发送的射频识别RFID电磁信号，向外发射所述RFID电磁信号；接收外部车辆车载电子标签返回的响应信号，通过同轴电缆和馈电端口将所述响应信号发送给车载读写器；
[0010]馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4,设置在所述支撑单兀5-3的底部,所述馈电端口 1-1和辐射单元3-1的馈电点、所述馈电端口 1-2和辐射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-2和福射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-4和福射单元3-4的馈电点通过同轴电缆连接；所述馈电端口 1-1、1_2、1-3、1-4还通过同轴电缆和车载读写器连接；
[0011]同轴电缆6，沿着所述支撑单元5-1、5-2、5-3布放，分别和辐射单元3-1、3_2、3_3、3-4、馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4，以及车载读写器连接。
[0012]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明的车载读写器天线的四-八木天线一体式结构具有较大增益的同时，成功的避开了定向天线存在的电子标签读取盲点的弊端，具备了全向的水平方向的辐射方向图，满足了在同一时间点达到全向扫描的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的车载读写器天线的结构图；
[0014]图2为本发明的天线固定架的顶视图；
[0015]图3为本发明的一种封装后的车载天线的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]现在RFID (Radio Frequency Identification,射频识别)在物联网领域应用越来越广泛，车联网是物联网的一个重要分支，RFID在车联网的应用也越来越广泛。
[0017]本发明提出了一种具备RFID功能的车载读写器天线，上述读写器天线的结构如图1所示，图1的上部分为车载读写器天线的主体俯视结构，下部分为车载读写器天线的侧视图。上述车载读写器天线包括4个分别由辐射单元、反射单元、附属单元、支撑单元及同轴电缆组合成的天线个体，具体由以下几部分组成:
[0018]支撑单元5-1、5-2、5_3，其中，支撑单元5-1和5_2水平十字交叉，构成十字架结构，支撑单元5-3相对于上述支撑单元5-1和5-2构成的十字架结构垂直放置，支撑单元
5-3的顶部和上述十字架结构的中心固定连接，从而对上述十字架结构进行支撑。
[0019]辐射单元3-1、3-2、3-3、3_4，分别设置在上述十字架结构的4个连接臂上，为了减少天线臂所占空间，辐射单元采用折合振子结构，相对于标准偶极子天线，两臂长度大约为半个波长，为了减少天线所占空间，一般把天线两端对折，即所谓的折合振子结构，两臂长度可减至四分之一波长。作为天线辐射主体，辐射单元通过同轴电缆和馈电端口接收车载读写器发送的RFID电磁信号，向外发射所述RFID电磁信号；接收外部车辆车载电子标签返回的响应信号，并通过同轴电缆和馈电端口将所述响应信号发送给车载读写器。
[0020]馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4,设置在所述支撑单兀5-3的底部,所述馈电端口 1-1和辐射单元3-1的馈电点、所述馈电端口 1-2和辐射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-2和福射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-4和福射单元3-4的馈电点通过同轴电缆连接；所述馈电端口 1-1、1_2、1-3、1-4还通过同轴电缆和车载读写器连接；
[0021]反射单元2-1、2-2、2-3、2_4，分别设置在上述十字架结构的4个连接臂上，反射单元2-1设置在辐射单元3-1和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-2设置在辐射单元3-2和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-3设置在辐射单元3-3和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-4设置在辐射单元3-4和上述十字架结构的中心点之间。反射单元可以反射辐射单元的后向电磁波，使辐射单元、反射单元及辅助单元组成的单个八木天线定性辐射，另外也可减少读写器天线后方结构对天线性能的影响，同时加大读写器天线的辐射方向增益。
[0022]附属单元4-1、4-2、4-3、4_4，分别设置在上述十字架结构的4个连接臂上，其中，附属单元4-1和福射单元3-1的馈电点连接，附属单元4-2和福射单元3-2的馈电点连接，附属单元4-3和福射单元3-3的馈电点连接，附属单元4-4和福射单元3-4的馈电点连接。附属单元4-1、4-2、4-3、4-4通过在各馈电点处并接一段U型导体，来调整辐射单元3_1、
3-2,3-3,3-4的馈电点端口阻抗，使得各馈电点端口阻抗与电缆6的阻抗一致为50欧姆，减少驻波；同时改变各馈电点的平衡结构为非平衡结构，并通过电缆6与各馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4连接到读写器单元，不改变辐射单元3-1、3-2、3-3、3-4的辐射特性。
[0023]同轴电缆6，沿着所述支撑单元5-1、5-2、5_3布放，分别和辐射单元3_1、3_2、3_3、3-4、馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4，附属单元4_1、4-2、4-3、4_4，以及车载读写器连接。
[0024]天线罩7，为了保护天线结构，在天线外部加载天线罩，天线罩形式可多样化，如图1所示流线型结构，车辆高速行驶时，可有效减少空气阻力；另天线辐射主体应高于警车装载警灯高度，以减少警灯对天线性能的影响。所述天线罩多选用对电磁场性能影响较小的硬质塑性材料，如ABS等，内部天线与天线罩之间空隙用树脂填充。
[0025]上述辐射单元、反射单元、附属单元及支撑单元组成整个天线骨架，各单元有机连接，且均为金属质地，例如铝管等。
[0026]本发明的读写器天线的四根馈线从四个辐射单元的馈电点引出至中空的支撑单元5-3，内部集结后从支撑单元5-3的底部通过四个馈电端口引出，最后与车载读写器的四个端口分别相接。
[0027]本发明的读写器天线可看作四个小型八木天线个体两两正交组合的一体式结构，四天线共用支撑固件，天线内部整体架构为十字交叉对称结构。所述辐射单元3-1、反射单元2-1、附属单元4-1组成第一八木天线、所述辐射单元3-2、反射单元2-2、附属单元4_2组成第二八木天线、所述辐射单元3-3、反射单元2-3、附属单元4-3组成第三八木天线、所述辐射单元3-4、反射单元2-4、附属单元4-4组成第四八木天线，所述第一八木天线、第二八木天线、第三八木天线、第四八木天线共用支撑单元5-1、5-2、5-3构成的支撑结构。
[0028]以辐射单元3-1、反射单元2-1、附属单元4-1组成的第一八木天线为例，通过调整辐射单元3-1、反射单元2-1的长度及两单元间的间距，来调整第一八木天线的工作频率。针对八木天线而言，辐射单元3-1的两臂长度决定了天线的工作效率，辐射单元一般采用直振子或折合振子结构，直振子的长度一般为1/2波长，折合振子是其变形，长度可以缩减至1/4波长。反射单元2-1的长度略大于半波长，具体长度可依据实际使用时的情况而定。反射单元2-1位于辐射单元3-1后方1/4波长处，反射单元2-1在辐射单元3-1上的感应电动势同辐射单元3-1自身的感应电动势同相，二者叠加增强。具体而言，车载天线工作频率为920MHz?925MHz，其波长大约为32cm，故辐射单元3_1水平长度约为8cm，而反射单元2-1的长度稍大于16cm，两者间距约为8cm。
[0029]通过调整附属单元4-1来调整第一八木天线的阻抗及方向性。天线的一个重要特征，就是输入阻抗，在谐振状态，天线如同一只电阻接在馈线端。常用馈线阻抗为50欧姆，如果天线阻抗也是50欧姆，那就达到了匹配，读写器输出的电磁波就能全部从天线上发射出去；如果不匹配，一部分功率就会反射回读写器。二分之一波长偶极子天线的输入阻抗约为67欧姆，二分之一波长折合振子的输入阻抗则高于前者4倍。当引入反射单元后，阻抗关系就变得更复杂。八木天线是平衡输出，馈电点对地呈现相同的特性，但通常的收发信机天线端口却是不平衡的，若将馈线电缆6的芯线随意接在天线馈电点上，另一馈电点接电缆外导体层，这将破坏天线原有的方向特性，而且在馈线电缆6上产生不必要的发射。附属单元4-1在馈电处并接一段U型导体，调整辐射单元3-1端口阻抗，同时也起到“平衡-不平衡”(即巴伦)转换作用。
[0030]上述第二八木天线、第三八木天线、第四八木天线的工作频率、阻抗及方向性的特性分析和上述第一八木天线相同。即:
[0031]通过调整辐射单元3-2、反射单元2-2的长度及两单元间的间距，来调整第二八木天线的工作频率。通过调整附属单元4-2来调整第二八木天线的阻抗及方向性。
[0032]通过调整辐射单元3-3、反射单元2-3的长度及两单元间的间距，来调整第三八木天线的工作频率。通过调整附属单元4-3来调整第三八木天线的阻抗及方向性。
[0033]通过调整辐射单元3-4、反射单元2-4的长度及两单元间的间距，来调整第四八木天线的工作频率。通过调整附属单元4-4来调整第四八木天线的阻抗及方向性。
[0034]相对于标准的八木天线，上述第一、二、三和四八木天线的水平波瓣角度增大到70度，增益约为5dBi，牺牲增益的同时加大了电磁场覆盖范围。由于八木天线的结构特点，单八木天线左右及后方相同个体天线的加入，对各自个体天线主体辐射方向性能影响有限，相反，在相邻个体天线之间45度夹角方向，电磁场叠加，显示出更强的辐射特性。即上述第一八木天线、第二八木天线之间45度夹角方向、第二八木天线和第三八木天线之间45度夹角方向、第三八木天线和第四八木天线之间45度夹角方向，以及第四八木天线和第一八木天线之间45度夹角方向的电磁场互相叠加，使得本发明的读写器天线系统的水平方向的辐射方向图近似圆形，可辐射警车四周区域，作用范围较大。
[0035]如图2所示，所述车载读写器天线可以安装于警车等车辆的顶上，通过射频电缆与车载读写器连接，该读写器可固定于车顶，抑或置于车内。所述车载读写器天线具有宽带特性，在860MHz?960MHz频带范围内性能良好，可以用于警车电子督查配有电子标签的社会车辆。
[0036]图3为本发明给出的一种封装后的车载天线的结构示意图，较大面积的天线罩底座有助于降低主体重心，通过螺钉与警车车顶相接，提高天线主体的稳固性。
[0037]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0038]本领域普通技术人员可以理解:本发明的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。
[0039]综上所述，本发明的车载读写器天线的四-八木天线一体式结构具有较大增益的同时，成功的避开了定向天线存在的电子标签读取盲点的弊端，具备了全向的水平方向的辐射方向图，满足了在同一时间点达到全向扫描的需求，可辐射稽查车辆四周区域，作用范围较大。
[0040]本发明的车载读写器天线的结构小巧紧凑，不涉及到转台等贵重机械装置，成本低廉的同时，能对前后向及邻道车辆有效识别，天线增益适中，识别范围较大，满足警车车载系统的性能需求。
[0041]本发明的车载读写器天线配合BAP(Battery_Assisted Passive tag,电池辅助电子标签)可稳定读取距警车40米以内的相邻多车道正常行驶车辆。相对于已有技术，本发明的车载读写器天线系统在降低设备成本的同时，较大幅度地提高了警车识别车辆范围，更为有效的督查不法社会车辆。
[0042]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种车载读写器天线，其特征在于，包括: 支撑单元5-1、5-2、5-3，其中，支撑单元5-1和支撑单元5_2水平十字交叉，构成十字架结构，支撑单元5-3相对于所述十字架结构垂直放置，支撑单元5-3的顶部和所述十字架结构的中心固定连接，对所述十字架结构进行支撑； 辐射单元3-1、3-2、3-3、3-4，分别设置在所述十字架结构的4个连接臂上，用于通过同轴电缆和馈电端口接收车载读写器发送的射频识别RFID电磁信号，向外发射所述RFID电磁信号；接收外部车辆车载电子标签返回的响应信号，通过同轴电缆和馈电端口将所述响应信号发送给车载读写器； 馈电端口 1-1、1-2、1_3、1-4,设置在所述支撑单兀5_3的底部,所述馈电端口 1_1和福射单元3-1的馈电点、所述馈电端口 1-2和辐射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-2和辐射单元3-2的馈电点、所述馈电端口 1-4和福射单元3-4的馈电点通过同轴电缆连接；所述馈电端口 1-1、1_2、1-3、1-4还通过同轴电缆和车载读写器连接； 同轴电缆6，沿着所述支撑单元5-1、5-2、5-3布放，分别和辐射单元3-1、3-2、3-3、3-4、馈电端口 1-1、1-2、1-3、1-4，以及车载读写器连接。
2.根据权利要求1所述的车载读写器天线，其特征在于，所述车载读写器天线系统还包括: 反射单元2-1、2-2、2-3、2-4，分别设置在所述十字架结构的4个连接臂上，反射单元2-1设置在辐射单元3-1和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-2设置在辐射单元3-2和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-3设置在辐射单元3-3和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-4设置在辐射单元3-4和上述十字架结构的中心点之间，反射单元2-1、2-2、2-3、2-4分别用于反射辐射单元3_1、3-2、3-3、3-4的后向电磁波。
3.根据权利要求1所述的车载读写器天线，其特征在于，所述车载读写器天线还包括: 附属单元4-1、4-2、4-3、4-4，分别设置在所述十字架结构的4个连接臂上，附属单元4-1、4-2、4-3、4-4分别和辐射单元3_1、3-2、3-3、3_4的馈电点连接，附属单元4_1、4_2、4-3,4-4通过在各馈电点处并接导体来调整各馈电点端口阻抗，使得各馈电点端口阻抗与电缆的阻抗一致；附属单元4-1、4-2、4-3、4-4还通过电缆连接到车载读写器，改变辐射单元3-1、3-2、3-3、3-4的馈电点的平衡结构为非平衡结构，不改变辐射单元3-1、3_2、3_3、3-4的辐射特性。
4.根据权利要求1所述的车载读写器天线，其特征在于，所述车载读写器天线还包括: 天线罩，设置在天线外部，所述天线罩和内部的读写器天线之间的空隙用树脂填充。
5.根据权利要求1所述的车载读写器天线，其特征在于，所述辐射单元3-1、3-2、3-3、3-4采用折合振子结构。
6.根据权利要求1至5任一项所述的车载读写器天线，其特征在于，所述辐射单元3-1、反射单元2-1、附属单元4-1组成第一八木天线、所述辐射单元3-2、反射单元2-2、附属单元4-2组成第二八木天线、所述辐射单元3-3、反射单元2-3、附属单元4-3组成第三八木天线、所述辐射单元3-4、反射单元2-4、附属单元4-4组成第四八木天线，所述第一八木天线、第二八木天线、第三八木天线、第四八木天线定性辐射，并且共用支撑单元5-1、5-2、5-3构成的支撑结构。
7.根据权利要求6所述的车载读写器天线，其特征在于，通过调整辐射单元3-1、反射单元2-1的长度及辐射单元3-1、反射单元2-1间的间距，调整所述第一八木天线的工作频率； 通过调整辐射单元3-2、反射单元2-2的长度及辐射单元3-2、反射单元2-2间的间距，调整所述第二八木天线的工作频率； 通过调整辐射单元3-3、反射单元2-3的长度及辐射单元3-3、反射单元2-3间的间距，调整所述第三八木天线的工作频率； 通过调整辐射单元3-4、反射单元2-4的长度及辐射单元3-4、反射单元2-4间的间距，调整所述第四八木天线的工作频率。
8.根据权利要求6所述的车载读写器天线，其特征在于， 通过调整附属单元4-1来调整所述第一八木天线的回波损耗及方向性； 通过调整附属单元4-2来调整所述第二八木天线的回波损耗及方向性； 通过调整附属单元4-3来调整所述第三八木天线的回波损耗及方向性； 通过调整附属单元4-4来调整所述第四八木天线的回波损耗及方向性。
9.根据权利要求6所述的车载读写器天线，其特征在于，所述第一八木天线、第二八木天线之间45度夹角方向、第二八木天线和第三八木天线之间45度夹角方向、第三八木天线和第四八木天线之间45度夹角方向，以及第四八木天线和第一八木天线之间45度夹角方向的电磁场互相叠加，使得所述读写器天线系统的水平方向的辐射方向图近似为圆形。
【文档编号】H01Q1/36GK103579783SQ201210254597
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】王宏伟, 林磊, 夏栩 申请人:航天信息股份有限公司