本技术属于超高频RFID和天线技术领域，公开了一种圆形相控阵天线及超高频RFID室内定位系统，所述超高频RFID室内定位系统包括上层控制设备、网络交换机、超高频RFID读写器、以及所述的圆形相控阵天线。本技术通过中心主阵元和圆周辅阵元的设计及相伴调控，形成九个波束带宽45°互不重叠的波束，使得定位精度得到很大的提高；各阵元的功率配比和相位组合简单，功率分配网络仅用微带走线即可实现，移相电路仅由一个3dB混合耦合器、两个单刀四掷射频开关和4颗电感电容构成，极大地降低了电路的复杂度和成本。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及超高频rfid和天线，尤其涉及一种圆形相控阵天线，以及基于该圆形相控阵天线的超高频rfid室内定位系统。
技术介绍
1、超高频rfid技术是一种近距离的无线通信技术，一般通信距离可达10m左右。它是由读写器和无源标签构成的通信系统，读写器发射频率在915mhz的载波激活标签并和标签进行通信，标签从读写器的电磁场中获取能量并反向散射自身的调制信号被读写器接收。
2、目前室内定位技术主要有uwb超宽带定位、wifi定位、蓝牙aoa定位和地磁定位等。超高频rfid定位相对于他们的一个优势在于成本低廉部署方便，无源rfid标签体积小成本低，适合贴在不同物体的表面，而且标签不需要电池供电，没有后续维护的成本。另外超高频rfid技术可以同时对成百上千个标签同时进行盘点，特别是在物流行业里面对多个物品同时进行定位，在效率上具有很大的优势。
3、通过标签返回信号的rssi值来估算目标标签的位置是超高频rfid定位算法之一，但是这类算法容易受到rssi值波动的影响。通过波束角度来定位近年来也越来越多地被应用于各种室内定位系统中，想要获得高的定位精度就需要窄的波束宽度，目前现有技术为了获得窄的波束宽度，一般采取增加多组天线阵元或者采用复杂的功率和相位组合来实现。在915mhz频段增加多组天线阵元会使得产品尺寸变得很庞大不利于生产应用；使用复杂的功率和相位组合需要在每个阵元前面的射频电路中增加昂贵的数字功率衰减器和数字移相器，使得电路复杂化并且产品成本增加。
技术实现思路
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p>1、本技术为了解决上述问题，提出了一种圆形相控阵天线，包括功率分配网络、移相电路和圆形阵列天线，其中圆形阵列天线由一个中心主阵元和八个圆周辅阵元构成。中心主阵元的功率远大于（8倍）圆周辅阵元的功率，高功率的中心主阵元使得系统波束集中旁瓣减小；八个圆周辅阵元只有三种相位状态，利用辅阵元不同相位状态的组合实现波束方向的调控。2、具体地本技术采用以下技术方案来实现：一种圆形相控阵天线，包括功率分配网络、移相电路和圆形阵列天线，
3、所述功率分配网络由四级共八个二等分威尔金森微带功分器组成，功率分配网络的输入端口连接信号源，输出共有九个功率分配端口，分别连接九个移相电路，九个功率分配端口输出的功率比为8:1:1:1:1:1:1:1:1。
4、所述移相电路基于反射式移相原理，包括一个3db混合耦合器、两个单刀四掷射频开关、两个电容和两个电感。两个单刀四掷开关同步切换电容、电感和开路三种负载状态，三种负载状态分别对应移相电路输出相位为-135°、135°、0°。
5、所述圆形阵列天线包括九个频率在915mhz的振元，所述九个振元包括一个中心振元和八个圆周振元。所述八个圆周振元设置在一个以中心振元所在位置为圆心的圆上，圆的半径为二分之一915mhz的空气波长。将圆的周长八等分，所述八个圆周振元分别设置在圆的周长八等分点上。
6、所述中心振元，通过移相电路，连接功率占比为8的功率分配端口，所述八个圆周振元，分别通过移相电路，连接功率占比为1的八个功率分配端口。
7、当九个天线阵元的相位都是0°时，圆形阵列天线形成一个倾角为90°的波束。当以某一个圆周振元所在方向为前，将包括中心振元在内的9个振元，由前到后每三个振元一组分为前、中、后三组，并且前、中、后三组振元对应的移相电路相位分别为-135°、0°、135°时，圆形阵列天线在前方形成一个倾角为45°的波束。
8、进一步地，所述振元为微带贴片天线。
9、进一步地，经仿真测试，所述倾角为45°的波速的宽度为45°。分别以八个圆周振元为前，可以得到8个波束带宽45°互不重叠的波束。
10、进一步地，功率分配网络中九条分别到达九个移相电路的微带线长度相等，使得电磁波到达移相器1~9的输入端口保持同相，即保证天线1~9的激励相位只受移相器1~9控制。
11、基于上述圆形相控阵天线，本技术进一步提出一种超高频rfid室内定位系统，包括超高频rfid定位基站、网络交换机和上层控制设备。
12、所述超高频rfid定位基站包括至少两个。所述超高频rfid定位基站包括超高频rfid读写器和相控阵天线。所述超高频rfid读写器通过网络交换机与上层控制设备通信连接，以接收上层控制设备的控制指令，通过射频接口和控制接口与相控阵天线连接，射频接口用于传输盘点信号，控制接口用于控制相控阵天线的波束扫描。
13、所述相控阵天线包括功率分配网络、移相电路和圆形阵列天线。
14、所述功率分配网络由四级共八个二等分威尔金森微带功分器组成，功率分配网络的输入端口连接超高频rfid读写器射频接口，输出共有九个功率分配端口，分别连接九个移相电路，九个功率分配端口输出的功率比为8:1:1:1:1:1:1:1:1。
15、所述移相电路基于反射式移相原理，包括一个3db混合耦合器、两个单刀四掷射频开关、两个电容和两个电感。两个单刀四掷开关连接高频rfid读写器控制接口，在高频rfid读写器控制下，同步切换电容、电感和开路三种负载状态。其中，开路负载移相角度为0°，电容负载移相角度为-135°，电感负载移相角度为135°。
16、所述圆形阵列天线包括九个频率在915mhz的振元，所述九个振元包括一个中心振元和八个圆周振元。所述八个圆周振元设置在一个以中心振元所在位置为圆心的圆上，圆的半径为二分之一915mhz的空气波长。将圆的周长八等分，所述八个圆周振元分别设置在圆的周长八等分点上。
17、所述中心振元，通过移相电路，连接功率占比为8的功率分配端口，所述八个圆周振元，分别通过移相电路，连接功率占比为1的八个功率分配端口。
18、当九个天线阵元的相位都是0°时，圆形阵列天线形成一个倾角为90°的波束。当以某一个圆周振元所在方向为前，将包括中心振元在内的9个振元由前到后，每三个振元一组分为前、中、后三组，并且前、中、后三组振元对应的移相电路相位分别为-135°、0°、135°时，圆形阵列天线在前方形成一个倾角为45°的波束。
19、所述超高频rfid定位基站优选为4个，所述网络交换机通过网络接口连接各个超高频rfid定位基站，再将所有定位基站连接到上层控制设备。
20、所述上层控制设备用于对各个定位基站下发定位指令，并接收各个定位基站上传的数据，包括基站编号、标签epc和标签对应的波束角度，根据同一个标签被不同定位基站扫描到的不同方位角即可定位标签的具体位置。
21、进一步地，所述振元为微带贴片天线。
22、进一步地，经仿真测试，所述倾角为45°的波速的宽度为45°。分别以八个圆周振元为前，可以得到8个波束带宽45°互不重叠的波束。
23、进一步地，功率分配网络中九条从输入端口到分别到达九个移相电路的微带线长度相等，使得电磁波到达移相器1~9的输入端口保持同相，即保证天线1~本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种圆形相控阵天线，包括功率分配网络、移相电路和圆形阵列天线，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，所述振元为微带贴片天线。
3.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，所述倾角为45°的波速的宽度为45°。
4.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，功率分配网络中九条从输入端口分别到达九个移相电路的微带线长度相等。
5.一种超高频RFID室内定位系统，其特征在于，包括超高频RFID定位基站、网络交换机和上层控制设备；
6.根据权利要求5所述的超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述超高频RFID定位基站优选为4个，所述网络交换机通过网络接口连接各个超高频RFID定位基站，再将所有定位基站连接到上层控制设备。
7.根据权利要求6所述的超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述上层控制设备用于对各个定位基站下发定位指令，并接收各个定位基站上传的数据，包括基站编号、标签EPC和标签对应的波束角度，根据同一个标签被不同定位基站扫描到的不同方位角定位标签的具体位置。
8.根据权利要求5所述的超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述振元为微带贴片天线。
9.根据权利要求5所述的超高频RFID室内定位系统，其特征在于，所述倾角为45°的波速的宽度为45°。
10.根据权利要求5所述的超高频RFID室内定位系统，其特征在于，功率分配网络中九条分别到达九个移相电路的微带线长度相等。
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【技术特征摘要】
1.一种圆形相控阵天线，包括功率分配网络、移相电路和圆形阵列天线，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，所述振元为微带贴片天线。
3.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，所述倾角为45°的波速的宽度为45°。
4.根据权利要求1所述的圆形相控阵天线，其特征在于，功率分配网络中九条从输入端口分别到达九个移相电路的微带线长度相等。
5.一种超高频rfid室内定位系统，其特征在于，包括超高频rfid定位基站、网络交换机和上层控制设备；
6.根据权利要求5所述的超高频rfid室内定位系统，其特征在于，所述超高频rfid定位基站优选为4个，所述网络交换机通过网络接口连接各个超高频...
【专利技术属性】
技术研发人员：王洪阳，钟平，王威滔，丁双定，戴燕君，鲁文斐，许灵峰，蒋震，
申请(专利权)人：浙江海康科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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