一种小型化低剖面双极化天线、天线组件及PDA设备的制作方法

本技术涉及超高频射频识别，尤其涉及一种小型化低剖面双极化天线、天线组件及pda设备。

背景技术：

1、超高频射频识别技术（uhf rfid）具有识别距离远、识别率高、传输速率高等显著优点。现已在动物晶片、汽车晶片防盗器、门禁管制、仓储物流、生产线自动化、物料管理等一系列场景有着广泛的应用。一般在特定的应用场景中，若需要更远的读取距离和更高的识别率，这就要求设备的天线具有更高的增益和更好的方向性。因此，开发具有低成本、结构简单、高增益、特点的天线，对于弥补现在行业设备的不足显得尤为重要。

2、目前，行业内使用uhf rfid的设备天线大部分采用的是圆极化天线，圆极化天线在读取线极化标签和圆极化标签时通用性较高，一般有两种实现方式。第一种是采用陶瓷微带天线方案，该方式使用一分二功分馈电网络实现圆极化，优点是低剖面，成本低，缺点是天线带宽很窄，增益低，导致识读距离近；第二种方案是采用四臂天线组合，通过采用威尔金森功分器技术对每个单元赋予同样功率以及对各个单元的相位做90度的旋转相位延迟技术来实现圆极化天线，这种方案的优点是天线增益、带宽等指标相对陶瓷天线有所提升，缺点是由于使用功分结构，天线增益有较大损失，且生产成本较高。

3、并且，行业内还存在着部分单线极化天线，这一类天线有着极高的增益和方向性，适用于大部分场景，但是在线极化标签与天线完全隔离时，会存在识读不到标签的情况，这一类场景是线极化天线的痛点所在。

4、此外，双线极化天线在读取大部分线极化标签场景下对比同增益的圆极化天线来说，有着较大的优势，而现有的双线极化天线由于其线极化的特性，导致其体积较大，剖面较高，未能在pda设备中广泛应用。例如，在专利cn 114628912 a中，天线尺寸高达280mm*280mm*48mm，完全无法集成进pda设备中。

5、综上所述，现阶段行业内使用uhf rfid的设备天线的主要痛点问题在于天线的增益较低，定向性比较差，在远距离寻卡、线极化标签读取速度等方面还有较大的提升空间；在单线极化天线方面存在着完全读取不到的盲区；而双线极化天线又因为体积较大不易于集成进手持终端中。

技术实现思路

1、本技术的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中天线的增益较低，定向性比较差，在远距离寻卡、线极化标签读取速度等方面还有较大的提升空间；在单线极化天线方面存在着完全读取不到的盲区；而双线极化天线又因为体积较大不易于集成进手持终端中的技术缺陷。

2、本技术提供了一种小型化低剖面双极化天线，所述双极化天线包括：从上至下依次平行间隔设置的至少一层引向层、辐射层以及接地层；

3、所述引向层包括第一金属地板；

4、所述辐射层包括第一介质基板以及覆盖于所述第一介质基板上表面的金属层，所述金属层包括四个在中心位置处呈十字型分布的偶极子单元，每一偶极子单元均包括偶极子振子、贯穿于所述偶极子振子中部以及所述第一介质基板的接地通孔，以及加载在所述偶极子振子末端的开路电容，所述开路电容的末端沿所述第一介质基板的侧面垂直向下延伸；

5、每两个相对设置的偶极子单元为一组，其中一组偶极子单元的两个偶极子振子的前端之间通过第一微带线连接，另一组偶极子单元的两个偶极子振子的前端之间通过馈电通孔连接；

6、所述接地层包括第二金属地板以及贴合于所述第二金属地板下表面的第二介质基板，所述第二金属地板与所述辐射层之间通过贯穿于所述接地通孔的等效电容固定连接。

7、可选地，所述引向层的尺寸与所述辐射层的尺寸一致，所述接地层的尺寸小于所述辐射层的尺寸。

8、可选地，所述接地层与所述辐射层之间的高度小于所述辐射层与所述引向层之间的高度。

9、可选地，所述引向层与所述辐射层之间的高度小于半波长。

10、可选地，所述引向层与所述辐射层之间的高度为四分之一波长。

11、可选地，所述引向层还包括贴合于所述第一金属地板表面的第三介质基板。

12、可选地，所述引向层为多层结构时，每一引向层之间平行间隔设置；

13、其他引向层的尺寸小于距离所述辐射层最近的引向层的尺寸，且每一引向层之间的间距小于距离所述辐射层最近的引向层与所述辐射层之间的高度。

14、可选地，所述等效电容为金属柱和/或第二微带线。

15、可选地，所述开路电容包括第一金属贴片和第二金属贴片；

16、其中，所述第一金属贴片的前端与所述偶极子振子的末端连接，所述第一金属贴片的末端延伸至所述第一介质基板的上表面边缘；

17、所述第二金属贴片下挂在所述第一金属贴片的末端，并沿所述第一介质基板的侧面垂直向下延伸。

18、可选地，所述第一金属贴片为三角形结构，所述第二金属贴片为方形结构；

19、其中，所述第一金属贴片的顶点为前端，所述第一金属贴片的底边为末端。

20、可选地，每一偶极子单元的等效电长度为四分之一波长。

21、可选地，所述双极化天线的剖面高度小于0.1λ。

22、本技术还提供了一种双极化天线组件，所述双极化天线组件包括天线外壳，以及安装在所述天线外壳内腔的上述实施例中任一项所述的小型化低剖面双极化天线。

23、可选地，所述双极化天线组件还包括射频开关和射频模块，所述天线外壳包括天线前壳和天线后壳；

24、所述引向层与所述天线前壳一体化设置，所述射频开关和所述射频模块设置于所述接地层和所述天线后壳的内壁之间；

25、所述天线前壳与所述天线后壳之间可拆卸连接。

26、可选地，所述两组偶极子单元分别通过贯穿于所述接地层的同轴线与所述射频开关的两个输入端相连；

27、所述射频开关的输出端与所述射频模块相连。

28、可选地，所述天线前壳的内侧壁和/或所述天线后壳的内表面覆盖有吸波材料。

29、可选地，所述天线前壳的内侧壁覆盖的吸波材料沿辐射方向的长度超过或不超过所述引向层。

30、可选地，所述吸波材料是以氧化铁和其他铁族或稀土族氧化物为主要成分的复合氧化物。

31、可选地，所述射频模块用于根据场内标签数量以及标签读取速率控制所述小型化低剖面双极化天线在两个极化方向的启停。

32、本技术还提供了一种pda设备，所述pda设备包括整机以及与所述整机连接的上述实施例中任一项所述的双极化天线组件。

33、可选地，所述双极化天线组件中的射频模块通过fpc与所述整机连接。

34、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

35、本技术提供的一种小型化低剖面双极化天线、天线组件及pda设备，该双极化天线包括从上至下依次平行间隔设置的至少一层引向层、辐射层以及接地层，其中，引向层包括第一金属地板，该引向层可以看作是一个新的辐射贴片，将接地层和辐射层的电磁波聚拢后进一步向前向发射，从而有效提升前后比和增益；辐射层包括第一介质基板以及覆盖于第一介质基板上表面的金属层，该金属层包括四个在中心位置处呈十字型分布的偶极子单元，每一偶极子单元均包括偶极子振子，每两个相对设置的偶极子单元为一组，其中一组偶极子单元的两个偶极子振子的前端之间通过第一微带线连接，另一组偶极子单元的两个偶极子振子的前端之间通过馈电通孔连接，这样可以通过第一微带线以及馈电通孔将偶极子振子连接到电路中，从而通过电路来为双极化天线进行馈电，以实现双极化天线在两个极化方向进行变化，有效避免了极化方向完全隔离时读取不到标签的弊端；并且，本技术中每一偶极子单元还包括加载在偶极子振子末端的开路电容，该开路电容的末端沿第一介质基板的侧面垂直向下延伸，开路电容的设计，可以将原本的电容结构弯折分成两部分，进而将原本在水平面上的整体电容的体积缩小，并利用空余空间进行电容加载，这样既可以调整谐振频点，又可以缩小天线体积；而本技术的接地层包括第二金属地板以及贴合于第二金属地板下表面的第二介质基板，每一偶极子单元还包括贯穿于偶极子振子中部以及第一介质基板的接地通孔，这样，第二金属地板与辐射层之间可以通过贯穿于接地通孔的等效电容固定连接，该等效电容可以看作是一个电阻电容串联短路结构，这样可以将天线的回波损耗进一步降低的同时，还能将阻抗带宽拓展；并且，由于等效电容处于辐射层和接地层中间，若本技术将等效电容设置为金属棒，这样便相当于在一个类矩形空腔中加入了四个金属棒，利用微扰法可知，在电场较强的地方插入微小的金属棒，谐振频点将向低频移动，因此，通过此结构可以进一步微调谐振频点，从而进一步缩小天线体积；最后，从目前实测的结果可以得知，群读线极化标签比圆极化天线10秒提升20%，由于增益有所提升，群读圆极化标签比圆极化天线10秒提升10%；在单标签拉距测试方面，圆极化标签读取距离相近，而线极化标签则可以提升20%。