CN101807748A - 一种宽带圆极化微带贴片天线 - Google Patents

一种宽带圆极化微带贴片天线 Download PDF

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Abstract

一种宽带圆极化微带贴片天线，其包括金属辐射单元、平板状绝缘介质基板、接地金属板，平板状绝缘介质基板设于金属辐射单元和接地金属板之间，接地金属板上固定有馈电装置，平板状绝缘介质基上设有馈电孔，馈电孔中设有馈电接脚，金属辐射单元和接地金属板通过馈电接脚相互连接，金属辐射单元采用矩形金属微带贴片形式，馈电点即反馈点处于矩形金属微带贴片的中心线上，矩形金属微带贴片的中心线或对角线位置上设有四个相同的从矩形金属微带贴片边沿向矩形金属微带贴片中心延伸的切口，所述矩形金属微带贴片的两对角位置上设有切角，矩形金属微带贴片中心设有圆孔。本发明结构简单，尺寸较小，宽带宽，制造成本低。

Description

一种宽带圆极化微带贴片天线
技术领域
本发明涉及一种适用于射频识别系统中的阅读器天线，尤其是涉及一种宽带圆极化微带贴片天线。
背景技术
众所周知，射频识别(RFID)技术被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一，它利用射频信号来自动识别目标对象。目前，RFID应用遍及电子收费、资产识别、零售项目管理、访问控制、动物跟踪、车辆安全等各个领域。射频识别系统通常由阅读器和标签组成，而天线是阅读器和标签的核心组件。鉴于射频识别技术自身的特点，阅读器天线和标签天线通常采用偶极子或微带贴片天线，其中后者更为常用。随着RFID技术应用的快速发展，阅读器会随着RFID系统结构、安装和使用环境等情况的变化而变化，并且阅读器产品正朝着小型化甚至超小型化发展，阅读器天线设计要求低剖面、小型化、宽带宽和多频段覆盖。
现有圆极化微带贴片天线实现方式主要有三种，即单端口馈电法，多端口馈电法和多辐射元(或天线阵)法。其中，以单端口馈电法最为常用。单端口馈电的优点是：不使用馈电网络或孔径耦合，成本低，适合于大多数RFID应用。但该结构同时也存在缺陷，如尺寸较大，阻抗带宽和轴比带宽较窄。多端口馈电法是利用多个馈电点来激励一对正交简并模的方式来实现圆极化，而正交由馈电网络或孔径耦合来实现。采用多端口馈电、孔径耦合或反馈网络结构的天线，其主要优点是具有较宽的阻抗带宽和轴比带宽，主要缺点是结构比较复杂，不太适用于紧凑、低成本的RFID应用。多辐射元法是在不同的辐射微带贴片中激励相互正交的模式来实现天线的圆形极化的，多辐射元法或天线阵的主要优点是可以提高天线的某些指定的参数性能，如天线的增益和带宽等，主要缺点是尺寸较大，并且由于具有复杂的反馈网络，也不适合于紧凑、低成本的RFID应用。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单，尺寸较小，宽带宽，制造成本低的宽带圆极化微带贴片天线。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:其包括金属辐射单元、平板状绝缘介质基板、接地金属板，平板状绝缘介质基板设于金属辐射单元和接地金属板之间，接地金属板上固定有馈电装置，平板状绝缘介质基上设有一馈电孔，馈电孔中设有馈电接脚，金属辐射单元和接地金属板通过馈电接脚相互连接，金属辐射单元采用矩形金属微带贴片形式，馈电点即反馈点处于矩形金属微带贴片的中心线上，反馈点、馈电接脚、馈电装置处于同一轴向位置上，矩形金属微带贴片的中心线或对角线位置上设有四个相同的从矩形金属微带贴片边沿向矩形金属微带贴片中心延伸的切口，所述矩形金属微带贴片的两对角位置上设有切角，矩形金属微带贴片中心设有圆孔。
所述平板状绝缘介质基板为矩形，制造材料为环氧树脂板、玻璃纤维板或柔性聚酯(FlexiblePolyester)。
所述接地金属板为矩形，边长与平板状绝缘介质基板边长相同。
所述馈电装置采用探头馈电形式。
所述矩形金属微带贴片可用一覆盖于平板状绝缘介质基板表面的铜层代替，以利于降低天线制造成本。
本发明之宽带圆极化微带贴片天线的工作频率可以是RFID超高频段或微波频段；通过调整所述天线相应关键几何参数尺寸，如调整圆孔或切口的尺寸，以及馈电点的位置，可实现天线谐振频率大范围、自由的调节。
本发明之宽带圆极化微带贴片天线与传统的阅读器天线比较，具有结构简单、紧凑，宽带宽，圆极化，工作频率可调，易加工、低成本等优点。本发明不仅具有单端口馈电法的优点，而且克服了现有单端口馈电法尺寸较大，阻抗带宽和轴比带宽较窄的缺陷；与多端口法或多辐射元法比较，本发明所述的微带贴片天线结构比较简单，成本较低，更适用于结构紧凑、低成本的RFID应用。
附图说明
图1为本发明实施例天线几何结构主视图；
图2为图1所示实施例中心线处嵌入切口的天线几何结构俯视图；
图3为图1所示实施例对角线处嵌入切口的天线几何结构俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参照图1、2，本实施例包括金属辐射单元1、平板状绝缘介质基板8、接地金属板7，平板状绝缘介质基板8设于金属辐射单元1和接地金属板7之间，接地金属板7上固定有馈电装置9，平板状绝缘介质基板8上设有一馈电孔12，馈电孔12中设有馈电接脚10，金属辐射单元1和接地金属板7通过馈电接脚10相互连接，以利于使天线结构更紧凑，实现单层微带贴片天线结构，金属辐射单元1采用矩形金属微带贴片11形式，馈电点即反馈点4处于矩形金属微带贴片11的中心线上，反馈点4、馈电接脚10、馈电装置9处于同一轴向位置上，矩形金属微带贴片11的中心线位置上设有四个相同的从矩形金属微带贴片11边沿向矩形金属微带贴片11中心延伸的切口Ⅰ3，所述矩形金属微带贴片11的两对角位置上设有切角5，以利于天线实现圆极化，所述矩形金属微带贴片11中心设有圆孔2，以利于缩小天线的尺寸和增加天线的阻抗带宽。
所述平板状绝缘介质基板8为矩形，制造材料为环氧树脂板、玻璃纤维板或柔性聚酯(FlexiblePolyester)。
所述接地金属板7为矩形，边长与平板状绝缘介质基板8边长相同。
所述馈电装置9采用探头馈电形式。
所述矩形金属微带贴片11可用一覆盖于平板状绝缘介质基板8表面的铜层代替，以利于降低天线制造成本。
所述矩形金属微带贴片11的边长为L1，切角5长度为L2，切口Ⅰ3长度为L3，切口Ⅰ3宽度为s，圆孔2直径为D，反馈点4位于天线中心线上并与矩形金属微带贴片11中心相距dp+D/2（dp表示馈电点到圆孔2边沿的最短距离）。平板状绝缘介质基板8的厚度为h，长度为L，接地金属板边长也为L。
通过增大矩形金属微带贴片11的圆孔2直径D、切口Ⅰ3长度L3、切口Ⅰ3宽度s、平板状绝缘介质基板8介电常数
Figure 164944DEST_PATH_IMAGE002
、平板状绝缘介质基板8厚度h，可以明显降低所述天线的谐振频率，从而减小天线尺寸。但在RFID阅读器天线具体设计时，由于介质基板材料的选择要考虑多方面因素才能确定，所以不能只仅仅为了减小天线尺寸来选定介质基板介电常数
Figure 854682DEST_PATH_IMAGE002
。可以通过调整矩形金属微带贴片11边长L1，切口Ⅰ3长度L3和宽度s，平板状绝缘介质基板8厚度h和边长L来改变阅读器天线的增益。参数L1、D、L3、s、
Figure 629476DEST_PATH_IMAGE002
和dp（dp表示馈电点到圆孔2边沿的最短距离）为天线的关键几何参数，它们的大小直接影响天线的谐振频率，通过调整这些参数值，可使切口设于矩形金属微带贴片中心线位置上的紧凑宽带圆极化微带贴片天线工作在超高频波段标准(840-960MHz)。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别仅在于：四个相同的从矩形金属微带贴片边沿向矩形金属微带贴片中心延伸的切口Ⅱ6设于矩形金属微带贴片11的对角线位置上（参见图3），其余同实施例1。
参数调整方法也同实施例1，切口设于矩形金属微带贴片对角线位置上的宽带圆极化微带贴片天线工作在微波波段标准(2.41GHz，2.45GHz，5.8GHz)。 

Claims (5)

1.一种宽带圆极化微带贴片天线，包括金属辐射单元、平板状绝缘介质基板、接地金属板，平板状绝缘介质基板设于金属辐射单元和接地金属板之间，其特征在于，接地金属板上固定有馈电装置，平板状绝缘介质基上设有一馈电孔，馈电孔中设有馈电接脚，金属辐射单元和接地金属板通过馈电接脚相互连接，金属辐射单元采用矩形金属微带贴片形式，馈电点即反馈点处于矩形金属微带贴片的中心线上，反馈点、馈电接脚、馈电装置处于同一轴向位置上，矩形金属微带贴片的中心线或对角线位置上设有四个相同的从矩形金属微带贴片边沿向矩形金属微带贴片中心延伸的切口，所述矩形金属微带贴片的两对角位置上设有切角，矩形金属微带贴片中心设有圆孔。
2.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带贴片天线，其特征在于，所述平板状绝缘介质基板为矩形，制造材料为环氧树脂板、玻璃纤维板或柔性聚酯。
3.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带贴片天线，其特征在于，所述接地金属板为矩形，边长与平板状绝缘介质基板边长相同。
4.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带贴片天线，其特征在于，所述馈电装置采用探头馈电形式。
5.根据权利要求1所述的宽带圆极化微带贴片天线，其特征在于，所述矩形金属微带贴片用一覆盖于平板状绝缘介质基板表面的铜层代替。
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