一種組合式通用閱讀器天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種組合式通用閱讀器天線，包括圓極化天線及線極化天線，圓極化天線提供一種環(huán)形微帶饋線引入的四饋結構，在環(huán)形微帶傳導線與第一主輻射貼片，以及第一主輻射貼片和第一寄生貼片之間采用了較厚的空氣介質層，線極化天線內置在圓極化天線中部的第一寄生貼片的方形槽口中，圓極化天線的第一寄生貼片和指環(huán)狀導體帶充當線極化天線的反射板，充分利用了空間，縮小了天線的整體體積。
【專利說明】一種組合式通用閱讀器天線

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及射頻識別領域，特別涉及一種組合式通用閱讀器天線。

【背景技術】
[0002]隨著社會的發(fā)展，射頻識別(RFID)技術在人們生活中發(fā)揮著愈來愈重要的作用。射頻識別技術能夠通過電磁波媒介識別任意攜帶有電子標簽的物體。在該技術持續(xù)發(fā)展的過程中，閱讀器天線的設計充當著重要角色。鑒于識別距離遠，讀寫速度快和高傳輸率等優(yōu)點，超高頻(UHF)波段的RFID系統(tǒng)被廣泛應用于現(xiàn)實生活中，比如動物標識，供應鏈管理，以及電子支付等。然而，不同國家或者地區(qū)的RFID許可UHF波段不盡相同，比如，中國的 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UHF頻段，那么就能有效地簡化系統(tǒng)的安裝調節(jié)，減少搭建成本，進而實現(xiàn)全球通用。
[0003]由于覆蓋通用超高頻RFID應用頻段和微波頻段2.45/5.8GHz的閱讀器在同一個場景下，可能同時有所需求，這樣雙頻或者多頻閱讀器就具有應用的現(xiàn)實意義，且能進一步簡化系統(tǒng)，減少搭建成本。
[0004]RFID系統(tǒng)一般由閱讀器和標簽兩部分組成，并且標簽攜帶的一般為線極化天線。考慮到標簽擺放方位的不確定性，為了避免閱讀器與標簽之間耦合的嚴重極化失配，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用。在一些標簽擺放方位比較確定的場景下，攜帶線極化天線的RFID閱讀器也具有相應的應用前景。
實用新型內容
[0005]為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點與不足，本實用新型提供一種組合式通用閱讀器天線。
[0006]本實用新型是由圓極化天線和線極化天線有機結合而成的組合天線，其中圓極化天線是具有高增益、優(yōu)良阻抗匹配和軸比性能，能夠覆蓋840MHz-960MHz頻帶的通用超高頻圓極化閱讀器天線，線極化天線是覆蓋2.45GHz微波頻段的線極化閱讀器天線。
[0007]本實用新型采用如下技術方案:
[0008]一種組合式通用閱讀器天線，包括圓極化天線及線極化天線；
[0009]所述圓極化天線采用堆疊結構，從上到下依次包括第一寄生貼片、第一主輻射貼片、第一饋電網絡及第一地板，所述第一饋電網絡包括環(huán)形微帶傳導線和四根金屬探針，所述四根金屬探針沿著環(huán)形微帶傳導線電流方向，依次間隔1/4 λ ^均勻放置在環(huán)形微帶傳導線上，其中λ ^為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長，所述第一主輻射貼片與第一寄生貼片通過四根金屬探針連接，所述第一寄生貼片與第一主輻射貼片中心處均開有方形槽，還包括指環(huán)狀導體帶結構，所述指環(huán)狀導體帶結構套在第一寄生貼片的邊緣；
[0010]所述線極化天線安裝在第一寄生貼片的方形槽上方，采用堆疊結構，從上到下依次包括第二寄生貼片、第二主輻射貼片及第二饋電網絡，所述第二主輻射貼片及第二寄生貼片均為方形結構，所述第二主輻射貼片由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線構成，所述第二饋電網絡由等臂U型微帶線傳導線耦合中部開有縫隙的第二地板構成，所述第二地板的左上角及右上角切有相同大小的長方形切口。
[0011]所述第二寄生貼片的左上角和右下角分別開有等腰直角三角形切角，所述等腰直角三角形的腰長為0.049 λ i，其中λ i為微波頻段的中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
[0012]所述第二主輻射貼片由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線構成，所述不等臂U型微帶線的底端兩側均開有等腰直角三角形切角，等腰直角三角形的腰長為不等臂U型微帶線寬度的一半，所述兩條中心對稱的不等臂U型微帶線的整體長度為0.552 A1,寬約為0.083 λ i，其中λ 微波頻段的中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
[0013]所述等臂U型微帶線傳導線的臂長為0.155 λ i，底寬為0.06 λ i，臂寬為0.016 λ i，第二地板是長、寬分別為0.22 λ jP 0.189 λ 長方形，且第二地板的中心線上開有長為0.22 λ P寬為0.024 λ i的縫隙，將地板均分為兩部分，所述第二地板的長方形切口長為0.045 λ i，寬為0.02，其中λ i為微波頻段中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
[0014]所述第一主輻射貼片及第一寄生貼片均為外圓內方的古銅幣結構，所述第一主輻射貼片與水平面正方向成45度的對角線的兩端分別開有弧形槽口，兩個弧形槽口的輻射角均為20度，并關于該對角線對稱，所述第一主輻射貼片的半徑為0.27 λ ^，第一寄生貼片的半徑為0.23 λ 0,指環(huán)狀導體帶結構的高度為0.012 λ ^，其中λ ^為超頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0015]第一主輻射貼片和第一寄生貼片中心部分均開有方形槽，第一主輻射貼片的方形槽邊長為0.09 λ 0,第一寄生貼片的方形槽邊長為0.072 λ 0,所述弧形槽口長度為0.031 λ。，其中λ。為超高頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0016]所述線極化天線與指環(huán)狀導體帶結構的上邊沿在同一水平面，所述第二主輻射貼片與第一寄生貼片的方形槽距離為4mm。
[0017]所述環(huán)形微帶傳導線的初始段上下邊緣分別開有長方形缺口，環(huán)形微帶傳導線的初始端邊緣的長方形缺口長為0.045 λ。，寬為0.006 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0018]本實用新型的有益效果:
[0019](I)圓極化天線可通過激發(fā)兩個空間上正交，相位上相差90°的等幅簡并模實現(xiàn)。本實用新型圓極化天線的饋電網絡由一個環(huán)狀的微帶傳導線和四根金屬探針組成，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并模，形成了 90°的相位差，從而符合產生圓極化波的兩個條件。
[0020](2)圓極化天線采用環(huán)狀微帶傳導線引導的四饋結構，具有結構對稱的特點，能夠實現(xiàn)較寬頻帶的覆蓋，形成對稱的半球狀輻射方向圖。
[0021](3)圓極化天線主輻射貼片和寄生貼片之間采用較厚的空氣介質層，能夠有效地提高帶寬和增益。
[0022](4)圓極化主輻射貼片和寄生貼片均采用外圓內方的古銅幣狀結構，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，從而實現(xiàn)雙頻或者多頻的組合式天線。
[0023](5)圓極化天線寄生貼片邊緣鑲嵌的指環(huán)狀導體帶形成一個環(huán)形電流，相當于一個磁偶極子，能夠有效地改善阻抗匹配和提高3-dB軸比性能。
[0024](6)線極化天線內置在圓極化天線中心的槽口中，天線I的寄生貼片和指環(huán)狀導體帶結構作為線極化天線的反射板，兩天線的組合結構能夠有效地提高空間利用率，且在微波頻段的天線2同樣具有優(yōu)良的阻抗匹配和高增益。
[0025](7)圓極化天線與線極化天線之間具有較高的隔離度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1 (a)?圖1 (b)是本實用新型一種組合式通用閱讀器天線的結構俯視及側視結構示意圖；
[0027]圖2是圖1中線極化天線的結構示意圖；
[0028]圖3(a)是圖2中第二寄生貼片的結構示意圖，圖3(b)是圖2中第二主輻射貼片的結構不意圖；
[0029]圖4(a) —種組合式閱讀器天線反射系數(shù)仿真圖，圖4(b)是一種組合式閱讀器天線的軸比仿真圖，圖4 (c)是本實用新型的增益仿真圖。

【具體實施方式】
[0030]下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0031]實施例
[0032]如圖1(a)?圖1(b)所示，一種組合式通用閱讀器天線，包括圓極化天線及線極化天線，
[0033]所述圓極化天線采用堆疊結構，從上到下依次包括第一寄生貼片2、第一主輻射貼片1、第一饋電網絡及第一地板11，所述第一饋電網絡包括環(huán)形微帶傳導線4和四根金屬探針9A-9D，所述四根金屬探針沿著環(huán)形微帶傳導線4電流方向，依次間隔IAAci均勻放置在環(huán)形微帶傳導線上，其中Aci為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長，所述第一主輻射貼片I與第一寄生貼片2通過四根金屬探針9A-9D連接，所述第一寄生貼片2與第一主輻射貼片I中心處均開有方形槽，還包括指環(huán)狀導體帶結構3，所述指環(huán)狀導體帶結構3垂直套在第一寄生貼片2的邊緣；
[0034]所述線極化天線安裝在第一寄生貼片的方形槽6上方，采用堆疊結構，具體包括第二寄生貼片14、第二主輻射貼片13及第二饋電網絡，所述第二主輻射貼片13及第二寄生貼片14均為方形結構，所述第二主輻射貼片13由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線13A-13B構成，所述第二饋電網絡由等臂U型微帶線傳導線16耦合中部開有縫隙18的第二地板17構成，所述第二地板17的左上角及右上角切有相同大小的長方形切口 19A-19B。
[0035]圓極化天線中:
[0036]環(huán)形微帶傳導線4與第一主輻射貼片I之間通過四個相位間隔90°金屬探針相連接，再由同軸線10由第一地板11直接連接到環(huán)形微帶傳導線4的射頻信號輸入端，構成整個饋電網絡。
[0037]所述第一主輻射貼片I及第一寄生貼片2均為外圓內方的古銅幣結構，所述第一主輻射貼片I與水平面正方向成45度對角線的兩端分別開有弧形槽口 7A-7B，兩個弧形槽口 7A-7B的輻射角均為20度，并關于該對角線對稱，所述第一主輻射貼片I的半徑為0.27 λ ^，第一寄生貼片2的半徑為0.23 λ ^，指環(huán)狀導體帶結構3的高度為0.012 λ ^，其中λ C1為超頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0038]第一主輻射貼片I和第一寄生貼片2中心部分均開有方形槽，第一主輻射貼片的方形槽5邊長為0.09 λ 0,第一寄生貼片的方形槽6邊長為0.072 λ 0,第一主輻射貼片的斜45°對角線的邊緣處開有輻射角為20°，長度Phi為0.0311。的弧形槽口，其中λ ^為超高頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0039]所述環(huán)形微帶傳導線4的初始段上下邊緣開有長方形缺口 8A-8B，環(huán)形微帶傳導線的始端邊緣的缺口長理論上為0.045 λ 0,寬理論上為0.006 λ ^，其內徑約為RS_in0.108 λ。，外徑Rs_0ut 0.186 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
[0040]第一地板11和環(huán)形微帶傳導線4之間的距離為5mm，環(huán)形微帶傳導線4和第一主輻射貼片I之間的距離為20mm，第一主輻射貼片I和第一寄生貼片2之間的距離為10mm，指環(huán)狀導體帶線結構的高度為4_。
[0041]第一主輻射貼片和第一寄生體片的方形槽口能夠增強兩輻射貼片之間的耦合，對阻抗匹配和3-dB軸比性能有明顯的影響。
[0042]圓極化天線多層堆疊結構的設計，拓寬了阻抗匹配帶寬以及軸比帶寬，提高了天線增益。圓極化天線的_25dB回波損耗帶寬可以達到17.4% (807-961MHz)，3-dB軸比帶寬達到14.4% (833-962MHz)，2-dB軸比帶寬達到12.9% (842_958MHz)。在工作頻帶內，增益能夠達到9.1dBic以上，峰值增益達到9.8dBic。
[0043]線極化天線采用寬帶巴倫饋電拓展了微博頻段的寬帶，線極化天線垂直于圓極化天線的饋電網絡，且圓極化天線的第一主輻射貼片及第一寄生貼片對線極化天線有隔離作用，從而實現(xiàn)線極化及圓極化之間較高的隔離度。
[0044]線極化天線中:
[0045]如圖2所示，所述第二主輻射貼片13與第二寄生貼片14蝕刻的介質基板均為方形，尺寸均約為0.345 λ i，如圖3(b)所示，所述第二主輻射貼片由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線13A-13B構成，所述兩條不等臂U型微帶線短臂端與短臂端通過介質基板連接，兩條微帶線的整體長度約為0.552 λ i，寬Wl約為0.083 λ ^每條不等臂U型微帶線開有兩個切角，所述不等臂U行微帶線的切角22A-22D —共有四個，所述切角為等腰直接三角形，位于不等臂U型微帶線底端的上、下兩側(由圖中看出)，腰長Lcl為不等臂U型微帶寬度Wl的一半。
[0046]如圖3(a)所示，所述第二寄生貼片14的左上角及右下角均開有等腰直角三角形切角，第二寄生貼片的切角23Α-23Β有兩個，腰長為約為0.049 λ ^第二寄生貼片形狀為方形，其的邊長約為0.278 A1，第二主輻射貼片和第二寄生貼片之間的間隔高度為2.4mm，其中λ i為微波頻段中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
[0047]其中等臂U型微帶傳導線16的臂長FL約為0.155 λ i，底寬FW約為0.06 λ i，微帶寬度W2約為0.016 λ i，第二地板17為長Lg、寬Wg分別為0.22 λ 0.189 λ 方形貼片，且在第二地板17的中心線上開有長Lg為0.22 λ i，寬Ws為0.024 λ i的縫隙，將第二地板分為均分為兩部分，第二地板17的上邊的左右兩角分別切有長方形切口 19A-19B，所述長方形切口 LI長為0.045 λ i，寬hs3為0.02 λ i，其中λ i為微波頻段中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
[0048]線極化天線的介質基板是厚度為0.8mm高頻板R04003板材，相對介電常數(shù)3.55，損耗角正切是0.0027，其中寄生貼片及主輻射貼片蝕刻在是邊長為42.2mm的正方形。
[0049]同軸線采用RG316-SMSM，直徑為2.5mm,特征阻抗為50 Ω。
[0050]如圖4(a)-圖4(c)所示，線極化天線的_15dB回波損耗實現(xiàn)了 2.395-2.668GHz的覆蓋，在工作頻段內，增益能夠達到9.0dBi以上。在2.45GHz處天線2的交叉極化比能夠達到19.5dB,在超高頻波段(840-960MHZ)兩天線端口的隔離度能夠達到-19.5dB以下，在微波頻段(2.45GHz)兩天線端口的隔離度能夠達到_27dB以下。
[0051]本實用新型圓極化天線提供一種環(huán)形微帶饋線引入的四饋結構，在環(huán)形微帶饋線與主輻射貼片，以及主輻射貼片和寄生貼片之間采用了較厚的空氣介質層。線極化天線內置在圓極化天線中部的方形槽口中，圓極化天線的寄生貼片和指環(huán)狀導體帶充當線極化天線的反射板，充分利用了空間，縮小了天線的整體體積。
[0052]利用該實用新型的結構特點還可以設計覆蓋多頻段組合式閱讀器天線。該款組合式閱讀器天線既能覆蓋840-960MHZ的通用超高頻RFID的應用頻段，也能同時覆蓋2.45GHz和5.SGHz的微波應用頻段，進一步滿足不同場合下的不同應用需求。
[0053]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種組合式通用閱讀器天線，其特征在于，包括圓極化天線及線極化天線； 所述圓極化天線采用堆疊結構，從上到下依次包括第一寄生貼片、第一主輻射貼片、第一饋電網絡及第一地板，所述第一饋電網絡包括環(huán)形微帶傳導線和四根金屬探針，所述四根金屬探針沿著環(huán)形微帶傳導線電流方向，依次間隔1/4 λ ^均勻放置在環(huán)形微帶傳導線上，其中λ ^為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長，所述第一主輻射貼片與第一寄生貼片通過四根金屬探針連接，所述第一寄生貼片與第一主輻射貼片中心處均開有方形槽，還包括指環(huán)狀導體帶結構，所述指環(huán)狀導體帶結構套在第一寄生貼片的邊緣； 所述線極化天線安裝在第一寄生貼片的方形槽上方，采用堆疊結構，從上到下依次包括第二寄生貼片、第二主輻射貼片及第二饋電網絡，所述第二主輻射貼片及第二寄生貼片均為方形結構，所述第二主輻射貼片由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線構成，所述第二饋電網絡由等臂U型微帶線傳導線耦合中部開有縫隙的第二地板構成，所述第二地板的左上角及右上角切有相同大小的長方形切口。
2.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述第二寄生貼片的左上角和右下角分別開有等腰直角三角形切角，所述等腰直角三角形的腰長為0.049 λ i，其中λ i為微波頻段的中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
3.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述第二主輻射貼片由兩條中心對稱的不等臂U型微帶線構成，所述不等臂U型微帶線的底端兩側均開有等腰直角三角形切角，等腰直角三角形的腰長為不等臂U型微帶線寬度的一半，所述兩條中心對稱的不等臂U型微帶線的整體長度為0.552 λ P寬為0.083 λ i，其中λ 微波頻段的中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
4.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述等臂U型微帶線傳導線的臂長為0.155 A1，底寬為0.06 A1，臂寬為0.016 A1，第二地板是長、寬分別為0.22 λ聊.189 λ:的長方形，且第二地板的中心線上開有長為0.22 λ P寬為0.024 λ 縫隙，將地板均分為兩部分，所述第二地板的長方形切口長為0.045 λ i，寬為0.02 λ i，其中λ 微波頻段中心頻率2.45GHz所對應自由空間的波長。
5.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述第一主輻射貼片及第一寄生貼片均為外圓內方的古銅幣結構，所述第一主輻射貼片與水平面正方向成45度的對角線的兩端分別開有弧形槽口，兩個弧形槽口的輻射角均為20度，并關于該對角線對稱，所述第一主輻射貼片的半徑為0.27 λ 0,第一寄生貼片的半徑為0.23 λ 0,指環(huán)狀導體帶結構的高度為0.012 λ ^，其中λ ^為超頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
6.根據(jù)權利要求5所述的閱讀器天線，其特征在于，第一主輻射貼片和第一寄生貼片中心部分均開有方形槽，第一主輻射貼片的方形槽邊長為0.09 λ ^，第一寄生貼片的方形槽邊長為0.072 λ μ所述弧形槽口長度為0.031 λ ^，其中λ ^為超高頻波段的中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
7.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述線極化天線與指環(huán)狀導體帶結構的上邊沿在同一水平面，所述第二主輻射貼片與第一寄生貼片的方形槽距離為4mm。
8.根據(jù)權利要求1所述的閱讀器天線，其特征在于，所述環(huán)形微帶傳導線的初始段上下邊緣分別開有長方形缺口，環(huán)形微帶傳導線的初始端邊緣的長方形缺口長為0.045 λ 0,寬為0.006 λ。，其中λ。為中心頻率900MHz所對應自由空間的波長。
【文檔編號】H01Q1/38GK204205046SQ201420526766
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權日:2014年9月12日
【發(fā)明者】劉雄英, 劉逸 申請人:華南理工大學