CN105281030A - 一种新型rfid平面阵列天线馈电网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种新型RFID平面阵列天线馈电网络，属于微波技术和射频识别技术领域。该馈电网络主要针对RFID阅读器平面阵列天线设计，用以实现阵列天线波束扫描，所述馈电网络包括四等分功率分配器、数字移相器、二等分功率分配器；采用Wilkinson功分器将信号功率平均分配给八个阵列天线单元，数字移相器实现每路信号相位偏移，产生固定相位差，从而实现阵列天线波束扫描。所述数字移相器包含固定偏移主线、边缘λ/8的平行短路与开路短截线以及控制开关，可有效提高相移精度，减小端口驻波比与插入损耗。本发明可以使阅读器平面阵列天线实现波束扫描，扩大阅读器识别区域，对RFID系统具有指导意义。

Description

一种新型RFID平面阵列天线馈电网络

技术领域

本发明属于微波技术和射频识别技术领域，尤其涉及阅读器平面阵列天线馈电网络。

背景技术

目前，RFID(射频识别)技术已成功应用于生产制造、物流仓储、交通运输、医疗卫生、公共安全等各个领域。它利用射频信号的空间耦合实现无接触式数据传递，并通过信息的相互传递达到识别对象的目的。

常用的阅读器最大识别距离在10米左右，总的识别区域有限，还不能满足大多数用户的需求，从而限制了其大规模应用。天线作为阅读器重要组成部分，是实现无线数据通信的关键因素，天线参数(增益，辐射方向图等)直接影响阅读器的识别距离、识别区域和标签的定位等，从而影响阅读器的性能。传统的阅读器天线具有低增益、宽波束的辐射方向图，因而使得识别距离、识别区域受到限制，标签定位误差较大。

智能天线能够利用多个天线阵元的组合进行信号处理，自动调整发射和接收方向图，以针对不同的信号环境达到性能最优。把智能天线技术应用到RFID系统中，可以提高现有阅读器的最大识别距离、覆盖区域、定位和抗干扰等性能。近年来智能天线应用到RFID阅读器中得到了很大的重视。

在标签天线接收功率不变的情况下，增加识别距离就要增加发射功率或者增加阅读器天线增益，单波束或固定多波束天线增益的增加降低了波束宽度，减小了阅读器的覆盖范围。波束切换型阵列天线增大了天线的增益，波束变窄，由于波束在多个方向上扫描，所以总的识别区域扩展得到扩展。

馈电网络是相控阵天线实现波束形成、快速扫描的关键，在发射状态，发射机的高频信号分别进入对应功分器后，按各自功分比分成多路馈入移相器经天线辐射单元辐射出去。波控器从终端接收到波束指向要求后，控制移相器，使其偏移到要求的相位，从而达到改变波束的目的。在接收状态，不同方向上的高频信号在每个辐射单元上激励起不同的电流，传到接收机进行信号处理，改变移相器的控制码可接收任意方向上传来的射频信号。

发明内容

本发明提供了一种新型RFID平面阵列天线馈电网络，能够实现阅读器平面阵列天线波束切换的目的，扩大阅读器的扫描范围。

为了实现上述功能，本发明的实施例采用如下技术方案：

新型RFID平面阵列天线馈电网络，包括四等分功率分配器、数字移相器、二等分功率分配器，其特征在于：所述数字移相器可以通过主芯片对相移量进行控制，所述功率分配器为微带线构成的四等分功分器与二等分功分器。

数字移相器包含固定偏移主线、边缘λ/8的平行短路与开路短截线以及控制开关，固定偏移主线控制偏移量；平行短路与开路短截线控制相移斜率，可以在较大的频带范围内实现相位移动；控制开关为PIN二极管，通过主芯片给出的二进制代码实现固定相位移动。

数字移相器位于四等分功分器与二等分功分器之间，对阵列天线横向进行相位控制，实现45°、90°、180°的相位偏移，使阵列天线横向产生45°、135°、-135°、-45°的固定相位差，轴向阵列天线单元相位一致。

功率分配器采用微带线构成的四等分Wilkinson功分器与二等分Wilkinson功分器，然而传统功分器由于λ/4阻抗变换器的存在，使得FRID频段上功分器的尺寸明显增加，为了减小尺寸，可以使用T型结构代替λ/4阻抗变换器，在这里只是简单阐述，不做详细说明，凡以此做的任何改动不在本发明之列。

附图说明：

为了更清楚的说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。

图1是本发明阅读器平面阵列天线及馈电网络综合示意图；

图2是本发明电控数字移相器原理图；

图3是本发明数字移相器结构示意图；

图4是四等分Wilkinson功分器结构图；

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例作进一步详细描述。

本发明的主旨是提出一种RFID平面阵列天线馈电网络，实现阅读器阵列天线的波束切换，扩大阅读器的识别区域。所提馈电网络对阅读器阵列天线波束单一、识别区域小等缺点具有重要指导意义。

下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明阅读器平面阵列天线及馈电网络综合示意图，在发射状态，发射机的高频信号被四等分功分器分为四路，分别进入各自数字移相器，数字移相器根据波束形成算法将每路信号进行相位移动，形成固定相位差，以形成天线阵列横向固定波束。经过数字移相器的信号再经过二等分功率分配器将移相信号送到天线终端，轴向天线阵列阵元得到相同高频信号，以扩大天线阵列轴向方向的辐射范围。在接收状态，不同方向高频信号在各天线单元激发不同电流，经过移相器与功分器传到接收机进行信号处理。

图2是本发明电控数字移相器原理图，二进制代码控制PIN二极管的通断，选择不同路径，以达到移相的目的，使各支路产生相同相位差。图3是本发明数字移相器结构示意图，为了达到移相精度，在180°移相时微带线两端加λ/8开路与短路短截线，同时也增加了移相带宽，为实现各路信号相同相位差，固定相移主线多加一定距离相移量。数字移相器位于四等分功分器与二等分功分器之间，对阵列天线横向进行相位控制，实现45°、90°、180°的相位偏移，使阵列天线横向产生45°、135°、-135°、-45°的固定相位差，轴向阵列天线单元相位一致。

图4是四等分Wilkinson功分器结构图，RFID系统频率在860MHz～960MHz，λ/4阻抗变换器尺寸较大，可以使用T型结构的微带线代替λ/4阻抗变换器，这样可以减小功分器的尺寸，并有很好的端口阻抗匹配。在这里只是简单阐述，不做详细说明，凡以此做的任何改动不在本发明之列。

综上所述，本发明涉及了一种新型RFID阅读器平面阵列天线馈电网络，该发明将在射频识别领域具有重要应用。

本领域技术人员可以理解附图只是一个实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型RFID平面阵列天线馈电网络，包括四等分功率分配器、数字移相器、二等分功率分配器，其特征在于：所述数字移相器可以通过主芯片对相移量进行控制，所述功率分配器为微带线构成的四等分功分器与二等分功分器。

2.根据权利1要求，所述数字移相器包含固定偏移主线、边缘λ/8的平行短路与开路短截线以及控制开关，其特征在于：固定偏移主线控制偏移量；平行短路与开路短截线控制相移斜率，可以在较大的频带范围内实现相位移动；控制开关为PIN二极管，通过主芯片给出的二进制代码实现固定相位移动。

3.根据权利1要求，所述功率分配器特征在于：采用微带线构成的四等分Wilkinson功分器与二等分Wilkinson功分器。

4.根据权利1要求，所述数字移相器位于四等分功分器与二等分功分器之间，对阵列天线横向进行相位控制，以得到相同相位差，轴向阵列天线单元相位一致。

5.根据权利2要求，所述数字移相器实现45°，90°，180°的相位偏移，使阵列天线横向产生45°，135°，-135°，-45°的固定相位差，用以实现阅读器阵列天线波束扫描。

6.根据权利2、权利3要求，所述功分器与移相器各端口均实现50Ω阻抗匹配，便于与射频前端和天线单元连接。