一種通用超高頻圓極化閱讀器天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，天線結(jié)構(gòu)分為四層，分別為地板，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線，主輻射貼片，寄生輻射貼片以及鑲嵌在寄生貼片邊緣上的指環(huán)狀的導(dǎo)體帶，且材質(zhì)均為金屬銅，主輻射貼片和寄生貼片均為外圓內(nèi)方的古銅幣狀結(jié)構(gòu)，且在主輻射貼片的斜45°對(duì)角線的邊緣處開(kāi)有兩個(gè)弧形槽口，寄生貼片的邊緣鑲嵌有指環(huán)狀微型導(dǎo)體帶，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線與主輻射貼片之間通過(guò)四個(gè)相位間隔90°金屬探針相連接，再由同軸線由地板直接連接到環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的射頻信號(hào)輸入端，構(gòu)成整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明在工作頻段內(nèi)具有優(yōu)越的阻抗匹配，良好的圓極化性能，較高的增益，以及半球狀的輻射方向圖,適用于射頻識(shí)別領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】—種通用超高頻圓極化閱讀器天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻識(shí)別領(lǐng)域，特別涉及一種通用超高頻圓極化閱讀器天線。

【背景技術(shù)】
[0002]射頻識(shí)別(RFID,Rad1 Frequency Identificat1n Devices)技術(shù)在人們生活中發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用。射頻識(shí)別技術(shù)能夠通過(guò)電磁波媒介識(shí)別任意攜帶有電子標(biāo)簽的物體。在該技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，閱讀器天線的設(shè)計(jì)充當(dāng)著重要角色。鑒于識(shí)別距離遠(yuǎn)，讀寫(xiě)速度快和高傳輸率等優(yōu)點(diǎn)，超高頻(UHF)波段的RFID系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活中，比如動(dòng)物標(biāo)識(shí)，供應(yīng)鏈管理，以及電子支付等。然而，不同國(guó)家或者地區(qū)的RFID許可UHF波段不盡相同，比如，中國(guó)的840.5-844.5MHz和920.5_924MHz，歐洲的866_869MHz，澳大利亞的920-926MHZ，北美的902_928MHz，以及日本的952_955MHz。于是，如果RFID系統(tǒng)能夠覆蓋840-955MHZ整個(gè)UHF頻段，那么就能有效地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的安裝調(diào)節(jié)，減少搭建成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全球通用。
[0003]RFID系統(tǒng)一般由閱讀器和標(biāo)簽兩部分組成，并且標(biāo)簽攜帶的一般為線極化天線?？紤]到標(biāo)簽擺放方位的不確定性，為了避免閱讀器與標(biāo)簽之間耦合的嚴(yán)重極化失配，提高信息傳輸?shù)目煽啃?，圓極化天線在RFID閱讀器中得到廣泛應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供具有高增益、優(yōu)良阻抗匹配和軸比性能，且能覆蓋840-960MHZ頻帶的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，采用堆疊結(jié)構(gòu)，從上到下依次包括寄生輻射貼片、主輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)及地板，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括環(huán)形微帶傳導(dǎo)線和四根金屬探針，所述四根金屬探針沿著環(huán)形微帶傳導(dǎo)線電流方向，依次間隔1/4 λ ^均勻放置在環(huán)形微帶傳導(dǎo)線上，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)，所述主輻射貼片與寄生輻射貼片通過(guò)四根金屬探針連接，所述寄生輻射貼片與主輻射貼片均為外圓內(nèi)方的古銅幣結(jié)構(gòu)。
[0007]所述主輻射貼片與水平面正方向成45度對(duì)角線的兩端分別開(kāi)有弧形槽口，兩個(gè)弧形槽口的輻射角均為20度，并關(guān)于該對(duì)角線對(duì)稱。
[0008]所述主輻射貼片的半徑為0.27 λ 0,寄生輻射貼片半徑為0.23 λ 0,主輻射貼片中心的方形槽口及寄生輻射貼片中心的方形槽口的邊長(zhǎng)分別為0.09 λ ^和0.072 λ。。
[0009]還包括指環(huán)狀導(dǎo)體帶線，所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線垂直緊貼鑲嵌在寄生輻射貼片的邊緣處。
[0010]所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線的高度為0.012 λ。。
[0011 ] 所述環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的初始段上下邊緣開(kāi)有長(zhǎng)方形缺口，所述長(zhǎng)方形缺口長(zhǎng)為
0.045 λ。，寬為0.006 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0012]所述地板和環(huán)形微帶傳導(dǎo)線之間的距離為5mm，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線和主輻射貼片之間的距離為20mm，主輻射貼片和寄生貼片之間的距離為10mm。
[0013]所述環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的內(nèi)徑為0.108λ。，外徑為0.186λ。，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線寬度為 26mm。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
[0015](I)圓極化天線可通過(guò)激發(fā)兩個(gè)空間正交，相位相差90°的等幅簡(jiǎn)并模實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明饋電網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)環(huán)狀的微帶傳導(dǎo)線和四根金屬探針組成。沿著微帶傳導(dǎo)線上的電流路徑，四根金屬探針相鄰之間的間隔約為四分之一 K’四根探針的位置在空間上的正交，能夠激發(fā)分離出相互正交的簡(jiǎn)并模，且金屬探針相鄰之間間隔約為四分之一 λ^，使簡(jiǎn)并模之間形成了 90°的相位差，從而符合產(chǎn)生圓極化波的兩個(gè)條件；
[0016](2)采用環(huán)狀微帶傳導(dǎo)線引導(dǎo)的四饋結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬頻帶的覆蓋，以及形成對(duì)稱的半球狀輻射方向圖；
[0017](3)主輻射貼片和寄生貼片之間采用較厚的空氣介質(zhì)層，能夠有效地提高帶寬和增益；
[0018](4)主輻射貼片和寄生貼片均采用外圓內(nèi)方的古銅幣狀結(jié)構(gòu)，主輻射貼片和寄生貼片中心的槽口可用于安裝其他電子器件，比如擺放能夠覆蓋較高頻段的小天線，從而實(shí)現(xiàn)雙頻或者多頻的組合式天線；
[0019](5)寄生貼片邊緣鑲嵌的指環(huán)狀導(dǎo)體帶上形成一個(gè)環(huán)形電流，相當(dāng)于一個(gè)磁偶極子，能夠有效地改善阻抗匹配和提高3-dB軸比性能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1 (a)_圖1 (b)是本發(fā)明一種通用超高頻圓極化閱讀器天線的結(jié)構(gòu)的俯視圖及側(cè)視圖；
[0021]圖2是本發(fā)明一種通用超高頻圓極化閱讀器天線的反射系數(shù)仿真圖；
[0022]圖3是本發(fā)明一種通用超高頻圓極化閱讀器天線的軸比仿真圖；
[0023]圖4是本發(fā)明一種通用超高頻圓極化閱讀器天線的增益仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0025]實(shí)施例
[0026]如圖1(a)圖1(b)所示，一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，采用多層堆疊結(jié)構(gòu)，從上到下依次為寄生輻射貼片2、主輻射貼片1、饋電網(wǎng)絡(luò)及地板11，所述地板11為最底層，還包括指環(huán)狀導(dǎo)體帶線3，所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線3垂直緊貼鑲嵌在寄生輻射貼片2的邊緣處，所述寄生輻射貼片2與主輻射貼片I通過(guò)四根金屬探針9A-9D連接，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括環(huán)形微帶線傳導(dǎo)線4及四根金屬探針，所述四根金屬探針9A-9D沿著環(huán)形微帶線傳導(dǎo)線4電流方向，依次間隔1/4 λ。均勻放置在環(huán)形微帶傳導(dǎo)線上，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0027]環(huán)形微帶傳導(dǎo)線與主輻射貼片之間通過(guò)四個(gè)相位間隔90°金屬探針相連接，再由同軸線由地板直接連接到環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的射頻信號(hào)輸入端，構(gòu)成整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)。
[0028]所述主輻射貼片I和寄生輻射貼片2均為外圓內(nèi)方的古銅幣結(jié)構(gòu)，主輻射貼片I的半徑Ra為0.27 λ 0,寄生輻射貼片2半徑Rb為0.23 λ 0,主輻射貼片中心的方形槽口 5及寄生輻射貼片中心的方形槽口 6的邊長(zhǎng)Lm、Lp分別為0.09 λ ^和0.072 λ ^，所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線3的高度h4為0.012 λ。。
[0029]所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線3帶翹邊。
[0030]所述主輻射貼片I與水平面正方向成45度角的對(duì)角線的兩端開(kāi)有弧形槽口，所述兩個(gè)弧形槽口 7Α、7Β的輻射角均為20度，并關(guān)于該對(duì)角線對(duì)稱。
[0031]所述環(huán)形微帶傳導(dǎo)線4的內(nèi)徑Rs_in約為0.108 λ 0,外徑Rs_out約為0.186 λ Q,即微帶傳導(dǎo)線寬度為26mm，所述環(huán)形微帶線的起始端的上下邊緣開(kāi)有兩個(gè)長(zhǎng)方形缺口 8A、8B，缺口長(zhǎng)約為0.045 λ。，寬約為0.006 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0032]地板為方形，邊長(zhǎng)Lgd約為0.750.75 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
[0033]地板11和環(huán)形微帶傳導(dǎo)線4之間的距離hi為5mm，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線4和主輻射貼片I之間的距離h2為20mm，主輻射貼片I和寄生貼片2之間的距離h3為10mm，指環(huán)狀導(dǎo)體帶線結(jié)構(gòu)的高度h4為4mm。
[0034]天線采用全銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚度為1mm。
[0035]同軸線10采用RG316-SMSM，直徑為2.5mm,特征阻抗為50 Ω。
[0036]本發(fā)明主輻射貼片和寄生貼片中心的槽口能夠增強(qiáng)兩輻射貼片之間的相互耦合，對(duì)阻抗匹配和3-dB軸比性能有明顯的影響。
[0037]多層堆疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，拓寬了阻抗匹配帶寬以及軸比帶寬，提高了天線增益。-25dB回波損耗帶寬可以達(dá)到17.4% (807-961MHz)，3-dB軸比帶寬達(dá)到14.4%(833-962MHz)，2-dB軸比帶寬達(dá)到12.9% (842_958MHz)。在工作頻帶內(nèi)，增益能夠達(dá)到
9.1dBic以上，峰值增益達(dá)到9.8dBic。
[0038]如圖2-圖4的仿真結(jié)果顯示，該款天線具有優(yōu)越的阻抗匹配，良好的圓極化性能，較高的增益，從圖可以看出，Sll<-25dB能夠覆蓋807-961MHZ頻段，3-dB軸比帶寬能夠覆蓋833-962MHZ頻段，2-dB軸比帶寬能夠覆蓋842_958MHz頻段，在840_960MHz頻段內(nèi)，增益能夠達(dá)到9.1dBic,峰值能夠達(dá)到9.8dBic。
[0039]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，采用堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，從上到下依次包括寄生輻射貼片、主輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)及地板，所述饋電網(wǎng)絡(luò)包括環(huán)形微帶傳導(dǎo)線和四根金屬探針，所述四根金屬探針沿著環(huán)形微帶傳導(dǎo)線電流方向，依次間隔1/4 λ ^均勻放置在環(huán)形微帶傳導(dǎo)線上，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)，所述主輻射貼片與寄生輻射貼片通過(guò)四根金屬探針連接，所述寄生輻射貼片與主輻射貼片均為外圓內(nèi)方的古銅幣結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述主輻射貼片與水平面正方向成45度對(duì)角線的兩端分別開(kāi)有弧形槽口，兩個(gè)弧形槽口的輻射角均為20度，并關(guān)于該對(duì)角線對(duì)稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述主輻射貼片的半徑為0.27 λ 0,寄生福射貼片半徑為0.23 λ 0,王福射貼片中心的方形槽口及寄生輻射貼片中心的方形槽口的邊長(zhǎng)分別為0.09 λ ^和0.072 λ0Ο
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，還包括指環(huán)狀導(dǎo)體帶線，所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線垂直緊貼鑲嵌在寄生輻射貼片的邊緣處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述指環(huán)狀導(dǎo)體帶線的高度為0.012 λ 0Ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的初始段上下邊緣分別開(kāi)有長(zhǎng)方形缺口，所述長(zhǎng)方形缺口長(zhǎng)為0.045 λ ^，寬為0.006 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對(duì)應(yīng)自由空間的波長(zhǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述地板和環(huán)形微帶傳導(dǎo)線之間的距離為5mm，環(huán)形微帶傳導(dǎo)線和主輻射貼片之間的距離為20mm，主輻射貼片和寄生貼片之間的距離為10mm。
8.據(jù)權(quán)利要求7所述的一種通用超高頻圓極化閱讀器天線，其特征在于，所述環(huán)形微帶傳導(dǎo)線的內(nèi)徑為0.108 λ Q,外徑為0.186 λ Q,環(huán)形微帶傳導(dǎo)線寬度為26mm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/50GK104241825SQ201410466846
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】劉雄英, 劉逸 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)