CN102956967B

CN102956967B - 一种圆极化rfid标签天线

Info

Publication number: CN102956967B
Application number: CN201210409418.9A
Authority: CN
Inventors: 何业军; 贺卫
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN102956967A

Abstract

本发明公开的一种圆极化RFID标签天线，其中，所述圆极化RFID标签天线包括介质基板、辐射贴片和匹配结构；所述辐射贴片和匹配结构位于介质基板之上，匹配结构与辐射贴片相连；所述辐射贴片进一步包括依次设置的四个偶极子臂，所述四个偶极子臂均连接到匹配结构上。其与RFID的阅读器天线极化方式相同，可以减少功率的接收损耗，增大阅读距离；同时，也可以减少天线尺寸，带来更大的频带宽度，另外，还具有模型简单，易于工业生产等优点，具有很好的市场推广前景。

Description

一种圆极化RFID标签天线

技术领域

本发明涉及RFID技术领域，尤其涉及一种圆极化RFID标签天线。

背景技术

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。RFID系统是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。RFID系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或电子标签）组成。

RFID按应用频率的不同分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、微波（MW），相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860-960MHz、微波2.4GHz、5.8GHz。

RFID 的组成包括：

电子标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

天线(Antenna)：设置在所述阅读器和电子标签上，用于在电子标签和阅读器间传递射频信号；

在电波传播时，若电场矢量的振动总维持其特定的方向，这种现象称为极化或偏振，这种波称为极化波。所以，波的极化是由电场的方向决定的。

电磁波的不同极化，可看做是若干具有相同传播方向，相同频率的平面电磁波合成的结果。当然，如果这些平面波的场矢量具有任何的取向、任意的振幅和杂乱的相位，则合成波也将是杂乱的；但如果这些波的矢量具有合适的取向、合适的振幅和相位，则其合成波将形成一定的极化形式。这是电磁波一个重要的特性。

在我们所讨论的电磁波中，在波的行进方向（假设为Z方向）没有电场的分量，但有和分量。一般情况下，和都存在。例如，在雷达接收天线处收到的目标散射回波常包含水平与垂直方向的电场分量。这两个分量的振幅和相位不一定相同。

电场的垂直分量与水平分量大小相等，但相位差是或的称为圆极化波。或者说，如果在每一周期内，电场矢量端点在垂直于电磁波传播方向平面的轨迹是一个圆，我们就称该电磁波为圆极化波。

圆极化天线的基本电参数就是它所辐射电磁波的轴比一般是指其最大增益方向上的轴比。对于纯圆极化波，轴比=1，即0dB。轴比不大于3dB的带宽定义为天线的圆极化轴比带宽。轴比将决定天线的极化效率。表征天线极化纯度的交叉极化鉴别率也可由轴比得出。

目前无线射频识别（RFID）行业发展非常快，在交通、物料、监控的多个领域都开始有广泛的应用。为了增加取向的多样性，阅读器天线通常设置为圆极化辐射，而大多数的 RFID标签都设计成线极化，这时就会产生极化损失，而且标签只能接收到传输功率的一半。

因此，现有技术有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明为解决现有技术的缺陷和不足，提出一种圆极化RFID标签天线，能够很好的解决现有标签天线与阅读器天线极化方式不同时存在的接收功率的损耗的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种圆极化RFID标签天线，其中，包括：

介质基板、辐射贴片和匹配结构；所述辐射贴片和匹配结构位于介质基板之上，匹配结构与辐射贴片相连；

其中，所述辐射贴片包括依次设置的四个偶极子臂：第一偶极子臂、第二偶极子臂、第三偶极子臂和第四偶极子臂，所述第一偶极子臂和第三偶极子臂相对设置，所述第二偶极子臂和第四偶极子臂相对设置；

匹配结构，用于调节标签天线的电抗部分，从而使标签天线与标签芯片的阻抗达到共轭匹配；所述四个偶极子臂均连接到匹配结构上；

其中，第一偶极子臂和第三偶极子臂采用电感结构的方式激发出第一线极化电场矢量，第二偶极子臂和第四偶极子臂采用电容耦合的方式激发出第二线极化电场矢量；所述第一、第二线极化电场矢量的振幅相同，相位差为90度，从而实现了圆极化。

所述的圆极化RFID标签天线，其中，所述四个偶极子臂的长度和宽度为可调的。

与现有技术相比较，本发明的圆极化RFID标签天线，其与RFID的阅读器天线极化方式相同，可以减少功率的接收损耗，增大阅读距离；同时，也可以减少天线尺寸，带来更大的频带宽度，另外，还具有模型简单，易于工业生产等优点，具有很好的市场推广前景。

附图说明

图1是本发明的圆极化RFID标签天线的实施例的示意图。

图2是本发明的圆极化RFID标签天线的实施例中匹配结构的示意图。

图3是本发明的圆极化RFID标签天线在yz截面的增益方向图。

图4是本发明的圆极化RFID标签天线在xz截面的增益方向图。

图5是本发明的圆极化RFID标签天线的实施例的轴比带宽的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种圆极化RFID标签天线。RFID的阅读器天线都是圆极化的，而现有的标签天线都是线极化的，虽然圆极化的天线能够与任意方向的线极化天线通信，但是由于极化方式的不同，导致功率的接收损耗很大，这样当发射功率一定的情况下，就大大降低了阅读距离，而要获得较大的阅读距离，就要增大发射功率，但是对于无源的RFID技术来说，几乎是不可能的。而采用圆极化形式的标签天线，恰能克服这种困难，就能降低功率的接收损耗，增大阅读距离，并且可以进一步使得天线小型化。

请参阅图1，其为本发明的圆极化RFID标签天线的实施例的示意图。如图所示，所述圆极化RFID标签天线包括：介质基板600、辐射贴片和匹配结构500；所述辐射贴片和匹配结构500位于介质基板600之上，匹配结构500与辐射贴片相连。

其中，所述辐射贴片包括依次设置的四个偶极子臂：第一偶极子臂100、第二偶极子臂200、第三偶极子臂300和第四偶极子臂400，所述第一偶极子臂100和第三偶极子臂300相对设置，所述第二偶极子臂200和第四偶极子臂400相对设置（从而构成了两个变形的对角偶极子天线）；所述四个偶极子臂均连接到匹配结构500上。

具体来说，第一偶极子臂100和第三偶极子臂300采用电感结构的方式激发出相位为θ ₁的线极化电场矢量F ₁，第二偶极子臂200和第四偶极子臂400采用电容耦合的方式激发出另一个相位为θ ₂的线极化电场矢量F ₂， F ₁与 F ₂的振幅相同，相位差为θ ₁-θ ₂=90°+360°k（k=0、1、2……），这样就实现了圆极化。

根据传输线理论，为了实现最大功率传输，增大发射距离，天线的输入阻抗与RFID芯片的阻抗必须共轭匹配，故此所述匹配结构500用于调节标签天线的电抗部分，从而使标签天线与标签芯片的阻抗达到共轭匹配，在本实施例中，所述匹配结构如图2所示，其中，700为匹配结构连接RFID芯片之处。

在本发明的具体实施过程中，所述四个偶极子臂的长度和宽度为可调的：选择合适的天线尺寸，调节第一偶极子臂100和第三偶极子臂300，使其产生一个相位（超前）为θ ₁的线极化电场矢量F ₁，调节第二偶极子臂200和第四偶极子臂400，使其产生出另一个相位（滞后）为θ ₂的线极化电场矢量F ₂，然后综合调节四个偶极子臂，使得 θ ₁-θ ₂=90°+ 360°k（k=0、1、2……），这样就实现了圆极化。最后在此前的基础上再综合调节匹配结构500，使得天线的输入阻抗与芯片的阻抗形成共轭匹配，从而得到最大的传输功率。

另外，请一并参阅图3、图4和图5，其分别为本发明的圆极化RFID标签天线在yz截面的增益方向图、xz截面的增益方向图和轴比带宽的示意图（图5中的横坐标表示频率，纵坐标表示轴比）。从仿真效果来看，本申请的圆极化RFID标签天线具有很宽的圆极化带宽。

综上所述，本申请的圆极化RFID标签天线包括介质基板、辐射贴片和匹配结构；所述辐射贴片和匹配结构位于介质基板之上，匹配结构与辐射贴片相连；所述辐射贴片进一步包括依次设置的四个偶极子臂，所述四个偶极子臂均连接到匹配结构上。其与RFID的阅读器天线极化方式相同，可以减少功率的接收损耗，增大阅读距离；同时，也可以减少天线尺寸，带来更大的频带宽度，另外，还具有模型简单，易于工业生产等优点，具有很好的市场推广前景。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种圆极化RFID标签天线，其特征在于，包括：

其中，第一偶极子臂和第三偶极子臂采用电感结构的方式激发出第一线极化电场矢量，第二偶极子臂和第四偶极子臂采用电容耦合的方式激发出第二线极化电场矢量；所述第一、第二线极化电场矢量的振幅相同，相位差为90°，从而实现了圆极化;

其中，所述四个偶极子臂的长度和宽度为可调的：调节第一偶极子臂和第三偶极子臂，使其产生一个相位超前为q ₁的线极化电场矢量F ₁，调节第二偶极子臂和第四偶极子臂，使其产生出另一个相位滞后为q ₂的线极化电场矢量F ₂，然后综合调节四个偶极子臂，使得q ₁- q ₂=90°+ 360°k（k=0,1,2……）；

所述匹配结构连接RFID芯片之处。