CN101976756B - 一种全球通用的超高频rfid读写器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于包括：叠层平板天线、水平蜿蜒板和输入连接器；叠层平板天线的结构至上而下依次为上层辐射板、下层辐射板和地板；水平蜿蜒板固定在下层辐射板和地板的中间；水平蜿蜒板的一端通过馈电探针I与下层辐射板相连，另一端通过馈电探针II连接到输入连接器内导体。上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地板依次通过固定螺丝固定，在固定螺丝处设置的轴套使上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地层板之间留有空气间隙。通过水平蜿蜒板馈电技术以及叠层平板配置，使得天线圆极化频带宽、输入电压驻波比小、加工简单、成本低，适合于全球任何一个国家或地区的超高频RFID系统的应用。

Description

一种全球通用的超高频RFID读写器天线

技术领域

本发明涉及一种RFID读写器天线，尤其涉及一种覆盖全球UHF频段的RFID读写器天线。

背景技术

射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种无线通信技术，可通过射频信号识别特定目标并读写相关数据，已广泛应用于动物识别、物流管理和电子收费等领域。与其他无源RFID技术相比，无源UHF RFID以其数据传送速度快和工作距离远等特点，而被公认为最具有应用前景。不同的国家和地区为UHF RFID系统分配的工作频率是不同的。欧洲工作频段为865-868MHz，北美工作频段为902-928MHz，日本工作频段为952-955MHz。基于我国无线电频谱分配现状，信息产业部于2007年发布了《800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定》，在UHF频段为RFID分配了840-845MHz和920-925MHz频段。我国射频识别技术分配使用的频段与国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC)推荐的860-960MHz频段并不完全一致。随着RFID技术的飞速发展，对RFID读写器设计提出了更高的要求，研制适合我国RFID频谱分配特点的宽频读写器天线且其宽带能够覆盖ISO/IEC推荐RFID使用的频段，对于推广RFID技术的应用具有重要的意义。

通常UHF RFID标签采用变形的对称振子，该天线为线极化天线。实际中要求读写器能够正确识别无论处于何种方向的标签，因此读写器需要采用圆极化天线。许多类型的天线都能实现圆极化辐射与接收，其中平板天线以其体积小、重量轻和成本低等优点而被广泛采用。然而，在应用中最主要的障碍是平板天线的有限带宽，尤其是单馈平板天线，其轴比小于3dB的圆极化带宽只有百分之零点几量级。由于这个原因，目前的宽带圆极化平板天线常采用双馈法和多馈法。对于双馈法，需使用3dB电桥对微带天线两个正交点进行馈电从而实现圆极化工作，但使得天线结构复杂、体积增大和成本提高。多馈法包括三馈法和四馈法，显然天线结构更加复杂。

有鉴于此，确有必要提出一种单馈宽带圆极化平板天线，其带宽可覆盖全球任何一个国家或地区的超高频RFID频段。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，研制了一种单馈宽带圆极化平板天线，尤其是指一种全球通用的超高频RFID读写器天线。本发明采用的技术原理为：

采用叠层平板天线结构形式以展宽平板天线的阻抗和圆极化带宽。为了实现圆极化辐射和接收，叠层平板天线的辐射板均采用对角线切角的正方形板。为了展宽圆极化带宽，在叠层平板天线结构中设置了两层较厚的空气层。空气层越厚，所能获得的圆极化带宽越宽。但是空气层越厚，馈电探针将越长，馈电探针所引入的输入电抗也会越大，这将使天线驻波比性能变差。因此，空气层的厚度应根据全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带的带宽来决定。当空气层厚度决定后，相应的馈电探针长度也就决定了。由于全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带的带宽为115MHz，相对带宽约为12.8％，空气层较厚(约35mm)，此时如果采用同轴探针直接馈电叠层平板天线，天线将很难实现驻波比小于1.5的要求。为了提高天线的电压驻波比性能，我们提出了一种叠层平板天线的新型馈电技术，即水平蜿蜒板馈电技术。水平蜿蜒板设置在下层辐射板和地板之间，由两个半圆环金属带条组成，其形状呈S型。S型水平蜿蜒板一端通过馈电探针激励下层辐射板；另一端与SMA连接器内导体相连。馈电探针与全球通用的超高频RFID读写器天线中心的距离决定了天线的输入电阻，通过调整该距离可使得全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电阻在50±10欧姆范围内变化；半圆环金属带条的宽度和馈电探针的直径决定了天线的输入电感，通过调整带条宽度和探针直径可使得全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电抗在±15欧姆范围内变化，从而实现了良好的阻抗匹配。为了固定上下层辐射板、水平蜿蜒板和地板，且不影响天线性能，均采用塑料螺丝进行固定。

实采用的技术指标如下：

频率范围：840-960MHz

带宽：120MHz

极化方式：右旋圆极化

驻波比：1.5∶1

轴比：≤3dB

天线增益：≥9dBi

半功率波束宽度：66°

馈电方式：SMA-F。

本发明采用的技术手段如下：

一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于包括：叠层平板天线、水平蜿蜒板和输入连接器；所述叠层平板天线的结构至上而下依次为上层辐射板、下层辐射板和地板；所述水平蜿蜒板固定在下层辐射板和地板的中间；所述水平蜿蜒板的一端通过馈电探针I与下层辐射板相连，另一端通过馈电探针II连接到输入连接器内导体。

所述水平蜿蜒板由两个半圆环金属带条组成，其形状呈S型。

所述水平蜿蜒板在过垂直中心线切面上的投影对称。

上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地板依次通过固定螺丝固定在一起，并在固定螺丝处设置的轴套使上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地层板之间留有空气间隙。所述固定螺丝均采用塑料螺丝。所述上层辐射板和下层辐射板均为对角线切角的正方形板。所述水平蜿蜒板分别与下层辐射板和地板形成两个分布电容。

所述通过调整馈电探针I与馈电探针II的距离使天线工作频带内的输入电阻在50±10欧姆范围内变化；所述半圆环金属带条的宽度和馈电探针的直径决定了天线的输入电抗，通过调整带条宽度和探针直径可使得所述全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电抗在±15欧姆范围内变化。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的全球通用的超高频RFID读写器天线，通过提高叠层平板天线的阻抗和圆极化带宽，从而满足全球任何一个国家或地区的超高频RFID系统的技术要求，并且该天线具有成本低、频带宽和增益高的特点。

附图说明

图1是本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的结构视图；

图2是本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的输入电压驻波比图；

图3是本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的轴比图；

图4是本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的增益图；

图5是本发明全球通用的超高频RFID读写器天线在中心频率900MHz的辐射方向性图。

具体实施方式

如图1所示，本发明全球通用的超高频RFID读写器天线包括叠层平板天线1、水平蜿蜒板2、馈电探针3、输入连接器4和固定螺丝5。叠层平板天线1包括上层辐射板11、下层辐射板12和地板13，其中上层辐射板11、下层辐射板12和地板13以及水平蜿蜒板2通过固定螺丝5固定在一起。为了不影响天线性能，固定螺丝均采用塑料螺丝，另外在上层辐射板11、下层辐射板12、水平蜿蜒板2和地板13之间通过在固定螺丝处设置的轴套51，以保持上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地层板之间的空气间隙。上层辐射板11和下层辐射板12均为对角线切角的正方形板，以实现圆极化辐射和接收。上层辐射板11通过下层辐射板12耦合馈电；下层辐射板12通过馈电探针I 31馈电。水平蜿蜒板2设置在下层辐射板12和地板13的中间，由两个半圆环金属带条组成，其形状呈S型。水平蜿蜒板2的一端21通过馈电探针I 31与下层辐射板12相连，另一端22通过馈电探针II 32与连接输入连接器4的内导体相连。水平蜿蜒板2分别与地板13和下层辐射板12形成两个分布电容23和24，可补偿由馈电探针3引入的输入电感，从而取得良好的匹配效果。馈电探针3包括馈电探针I 31和馈电探针II 32。在本实施方案中，通过调整馈电探针I 31与馈电探针II 32的距离，可使得所述全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电阻在50±10欧姆范围内变化；通过调整水平蜿蜒板2的宽度和馈电探针3的直径，可使得所述全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电抗在±15欧姆范围内变化，从而取得良好的匹配效果。

请参阅图2，本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的输入电压驻波比在工作频带840-960MHz之间均小于1.4，说明本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的输入端口匹配良好。参阅图3，本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的轴比在工作频带840-960MHz之间均小于3dB，说明本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的圆极化性能好。参阅图4，本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的增益在工作频带840-960MHz之间均大于9dBi，说明本发明全球通用的超高频RFID读写器天线的天线增益高。图5为本发明全球通用的超高频RFID读写器天线在中心频率900MHz的辐射方向性图，由图可知该天线的两个主平面x-z和y-z平面的半功率波束宽度相等。

本发明全球通用的超高频RFID读写器天线，由于采用了所提出的水平蜿蜒板馈电技术以及叠层平板配置，使得天线圆极化频带宽、输入电压驻波比小、加工简单、成本低，非常适合于全球任何一个国家或地区的超高频RFID系统的应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于包括：叠层平板天线、水平蜿蜒板和输入连接器；所述叠层平板天线的结构至上而下依次为上层辐射板、下层辐射板和地板；所述水平蜿蜒板固定在下层辐射板和地板的中间；所述水平蜿蜒板的一端通过馈电探针Ⅰ与下层辐射板相连，另一端通过馈电探针Ⅱ连接到输入连接器内导体；所述水平蜿蜒板由两个半圆环金属带条组成，其形状呈S型；所述两个半圆环金属带条沿所述S形水平蜿蜒板的中点中心对称。 

2.根据权利要求1所述的一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地板依次通过固定螺丝固定在一起，并在固定螺丝处设置的轴套使上层辐射板、下层辐射板、水平蜿蜒板和地层板之间留有空气间隙。 

3.根据权利要求2所述的一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于所述固定螺丝均采用塑料螺丝。 

4.根据权利要求1所述的一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于所述上层辐射板和下层辐射板均为对角线切角的正方形板。 

5.根据权利要求1所述的一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于所述水平蜿蜒板分别与下层辐射板和地板形成两个分布电容。 

6.根据权利要求1所述的一种全球通用的超高频RFID读写器天线，其特征在于通过调整馈电探针Ⅰ与馈电探针Ⅱ的距离使天线工作频带内的输入电阻在50±10欧姆范围内变化；所述半圆环金属带条的宽度和馈电探针的直径决定了天线的输入电抗，通过调整带条宽度和探针直径可使得所述全球通用的超高频RFID读写器天线工作频带内的输入电抗在±15欧姆范围内变化。 

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