一種840/920MHz雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線及其阻抗匹配方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙頻頻變復阻抗匹配技術的雙頻圓極化疊層微帶天線，尤其涉及一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線及其阻抗匹配方法。
【背景技術】
[0002]射頻識別(RFID，Rad1 Frequency Identificat1n)技術是一種通過射頻信號識別目標并讀寫相關信息的無線通信技術，已廣泛應用于電子收費、貨物識別和門禁系統(tǒng)等領域。不同的國家和地區(qū)為超高頻RFID系統(tǒng)分配的工作頻段是不同的。國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC推薦的RFID頻段為860?960MHz。歐洲工作頻段為865?868MHz，北美工作頻段為902?928MHz，日本工作頻段為952?955MHz，我國的工作頻段為840 ?845MHz 和 920 ?925MHz。
[0003]天線作為RFID系統(tǒng)必不可少的信號收發(fā)裝置，其性能好壞影響整個系統(tǒng)的性能。通常超高頻RFID標簽采用線極化天線，工程應用中要求讀寫器能夠正確讀寫處于任何方向的標簽，因此讀寫器應采用圓極化天線。微帶天線由于成本低、體積小、重量輕、易加工、饋電結構靈活等優(yōu)點，被廣泛應用于RFID系統(tǒng)中。雙頻RFID系統(tǒng)為了降低成本、減小體積和提高質量，要求其圓極化定向讀寫器天線實現(xiàn)單體雙頻工作，以避免在系統(tǒng)中使用兩個獨立的天線。
[0004]由于我國RFID技術分配使用的頻段與國際標準化組織ISO和國際電工委員會IEC推薦的860?960MHz頻段并不完全一致，因此研制適用于我國超高頻RFID頻段的讀寫器天線，對于推進我國RFID技術的發(fā)展具有重要的意義。有鑒于此，確有必要提出一種可以實現(xiàn)單體雙頻工作并且同時覆蓋840?845MHz和920?925MHz兩個頻段的雙頻圓極化微帶天線。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提供了一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，可以實現(xiàn)單體雙頻工作，在840?845MHz和920?925MHz兩個頻段內均取得了良好的圓極化軸比帶寬和阻抗帶寬，讀寫器天線增益大于5dBi ;并具有成本低、易加工等優(yōu)點，完全適用于我國RFID系統(tǒng)的技術指標要求；本發(fā)明同時提供了該讀寫器天線的阻抗匹配方法。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn):
[0007]—種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，包括疊層微帶天線、耦合貼片、饋電探針、雙頻頻變復阻抗匹配電路和輸入連接器；其中:
[0008]所述疊層微帶天線由自上而下依次平行設置的上層印刷電路板、中層印刷電路板和下層印刷電路板組成，各層印刷電路板之間設有空氣層間隙；上層印刷電路板由上下貼合的上層橢圓環(huán)形貼片和上層介質板構成，中層印刷電路板由上下貼合的中層介質板和下層橢圓環(huán)形貼片構成，下層印刷電路板由上下貼合的下層介質板和地板構成；上層橢圓環(huán)形貼片的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片的長軸；
[0009]所述耦合貼片位于中層印刷電路板的上表面，饋電探針的一端連接耦合貼片，另一端連接雙頻頻變復阻抗匹配電路，雙頻頻變復阻抗匹配電路位于所述下層印刷電路板的上表面；雙頻頻變復阻抗匹配電路包括依次連接的微帶傳輸線一、微帶傳輸線二、微帶傳輸線三和50歐姆饋線，微帶傳輸線一與微帶傳輸線二之間設微帶開路枝節(jié)一，微帶傳輸線二與微帶傳輸線三之間設微帶開路枝節(jié)二，50歐姆饋線連接輸入連接器的內導體。
[0010]所述上層印刷電路板、中層印刷電路板和下層印刷電路板由固定螺絲固定，各層印刷電路板之間的固定螺絲外設固定套，固定套的高度為相應空氣層間隙厚度。
[0011]所述空氣層間隙總厚度為35?40mm。
[0012]一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線的阻抗匹配方法，首先通過調節(jié)所述微帶開路枝節(jié)一的長度和寬度，對讀寫器天線的低頻段實現(xiàn)阻抗匹配；然后通過調節(jié)所述微帶開路枝節(jié)二的長度和寬度，對讀寫器天線的高頻段實現(xiàn)阻抗匹配。
[0013]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明所述讀寫器天線可以實現(xiàn)單體雙頻工作，在840?845MHz和920?925MHz兩個頻段內均取得了良好的圓極化軸比帶寬和阻抗帶寬，讀寫器天線增益大于5dBi ;并具有成本低、易加工等優(yōu)點，完全適用于我國RFID系統(tǒng)的技術指標要求，對于推進我國RFID技術的發(fā)展具有重要的意義。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明所述讀寫器天線的側視圖。
[0016]圖2是本發(fā)明所述讀寫器天線的俯視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的低頻段駐波比圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的高頻段駐波比圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的低頻段圓極化軸比和增益圖。
[0020]圖6是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的高頻段圓極化軸比和增益圖。
[0021]圖7是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的在低頻段中心頻率842.5MHz的輻射方向性圖。
[0022]圖8是本發(fā)明實施例所述讀寫器天線的在高頻段中心頻率922.5MHz的輻射方向性圖。
[0023]圖中:1.疊層微帶天線11.上層印刷電路板111.上層橢圓環(huán)形貼片112.上層介質板12.中層印刷電路板121.中層介質板122.下層橢圓環(huán)形貼片13.下層印刷電路板131.下層介質板132.地板2.耦合貼片3.饋電探針4.雙頻頻變復阻抗匹配電路
41.微帶傳輸線一 42.微帶傳輸線二 43.微帶傳輸線三44.微帶開路枝節(jié)一 45.微帶開路枝節(jié)二 46.50歐姆饋線5.輸入連接器6.固定螺絲
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步說明:
[0025]見圖1-圖2，是本發(fā)明所述讀寫器天線的結構示意圖。本發(fā)明所述一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，包括疊層微帶天線1、耦合貼片2、饋電探針3、雙頻頻變復阻抗匹配電路4和輸入連接器5 ;其中:
[0026]所述疊層微帶天線I由自上而下依次平行設置的上層印刷電路板11、中層印刷電路板12和下層印刷電路板13組成，各層印刷電路板11、12、13之間設有空氣層間隙；上層印刷電路板11由上下貼合的上層橢圓環(huán)形貼片111和上層介質板112構成，中層印刷電路板12由上下貼合的中層介質板121和下層橢圓環(huán)形貼片122構成，下層印刷電路板13由上下貼合的下層介質板131和地板132構成；上層橢圓環(huán)形貼片111的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片122的長軸；
[0027]所述耦合貼片2位于中層印刷電路板12的上表面，饋電探針3的一端連接耦合貼片2，另一端連接雙頻頻變復阻抗匹配電路4，雙頻頻變復阻抗匹配電路4位于所述下層印刷電路板13的上表面；雙頻頻變復阻抗匹配電路4包括依次連接的微帶傳輸線一 41、微帶傳輸線二 42、微帶傳輸線三43和50歐姆饋線46，微帶傳輸線一 41與微帶傳輸線二 42之間設微帶開路枝節(jié)一 44，微帶傳輸線二 42與微帶傳輸線三43之間設微帶開路枝節(jié)二 45，50歐姆饋線46連接輸入連接器5的內導體。
[0028]所述上層印刷電路板11、中層印刷電路板12和下層印刷電路板13由固定螺絲6固定，各層印刷電路板11、12、13之間的固定螺絲6外設固定套，固定套的高度為相應空氣層間隙厚度。
[0029]所述空氣層間隙總厚度為35?40mmo
[0030]本發(fā)明所述一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線的阻抗匹配方法，首先通過調節(jié)所述微帶開路枝節(jié)一 44的長度和寬度，對讀寫器天線的低頻段實現(xiàn)阻抗匹配；然后通過調節(jié)所述微帶開路枝節(jié)二 45的長度和寬度，對讀寫器天線的高頻段實現(xiàn)阻抗匹配。
[0031]為了實現(xiàn)雙頻工作，本發(fā)明采用了兩個輻射貼片(上層橢圓環(huán)形貼片111和下層橢圓形貼片122)，上層輻射貼片工作于低頻段，覆蓋840?845MHz，下層輻射貼片工作于高頻段，覆蓋920?925MHz ;為了實現(xiàn)圓極化波的輻射和接收，疊層微帶天線I的兩個輻射單元均采用橢圓環(huán)形貼片。為了展寬每個頻段的圓極化軸比帶寬，在疊層微帶天線結構中設置了兩層空氣層間隙?？諝鈱娱g隙越大，所能得到的圓極化軸比帶寬越寬，但是讀寫器天線的剖面將越高，不利于讀寫器天線的小型化。本發(fā)明所提出的讀寫器天線其空氣層間隙總厚度為35?40mm，這樣在一定程度上既展寬了讀寫器天線的帶寬，也使讀寫器天線的剖面不至于太高。
[0032]為了減少高低工作頻段的互相干擾，本發(fā)明上層橢圓環(huán)形貼片111的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片122的長軸，實現(xiàn)低頻段與高頻段不同的極化方式；上層橢圓環(huán)形貼片111輻射右旋圓極化波，下層橢圓環(huán)形貼片122輻射左旋圓極化波。此種結構減少了兩個橢圓環(huán)形貼片的陰影重合部分，進而降低了兩個橢圓環(huán)形貼片之間的互耦。
[0033]本發(fā)明所述讀寫器天線的兩個橢圓環(huán)形貼片111、122采用同一個電容性耦合貼片2進行激勵。由于兩個橢圓環(huán)形貼片的工作頻率比很小，且工作于不同的極化方式，使得僅通過調節(jié)耦合貼片2的大小，無法實現(xiàn)雙頻段的輸入阻抗匹配，因此在讀寫器天線的輸入端引入了一個雙頻頻變復阻抗匹配電路4。此外，為了減小耦合貼片2對兩個橢圓環(huán)形貼片111、122圓極化工作的影響，