CN105322289A - 一种新型rfid圆极化天线 - Google Patents

Abstract

该发明公开了一种RFID圆极化天线，属于天线技术领域。该天线包括介质基板，设于基板下表面的金属接地板，设于基板上表面的方环形辐射贴片及Wilkinson功分器。本发明天线为平面结构，适合多种环境下的使用，其辐射为双向圆极化辐射，相比单向辐射，对于RFID系统有更强的实用性，满足诸如高速公路自动收费系统、部分生产线等运用RFID系统的场合需求。

Description

一种新型RFID圆极化天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种新型的应用于高速公路自动收费系统的RFID阅读器天线。

背景技术

RFID即射频识别技术，射频识别技术是利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。与传统的自动识别系统(如条形码)相比，RFID技术具有很多优势：可以定向或不定向的远距离读取或写入数据，无需保持识别的目标可见；可以透过外部材料读取数据；在恶劣环境下工作；同时处理多个电子标签；能够储存的信息量很大；还可以通过RFID标签对物体进行物理定位等等。

射频识别系统的天线根据系统功能被分为：阅读器天线和标签天线。阅读器天线与射频信号处理模块紧链，通常被安置在各类型阅读机上，如公交卡识别器、校园一卡通读卡器、二代身份证信息读取器等等。随着RFID技术的不断发展，提高了社会生产效率，增加了社会财富，不断促进着人类文明的快速发展。

文献“DesigninganUHFRFIDReaderAntenna”(发表期刊：2012IEEESymposiumonHumanities,ScienceandEngineeringResearch；发表日期：2012年；作者：SyamimiMohdNorzeli,IsmaraniIsmail,MohdFazruisyamMohdBusu)提出了一种圆极化RFID阅读器天线。其结构为简单微带天线结构，因此只实现了一个方向的辐射。此外，文章并未给出圆极化指标轴比的数据。

文献“CompactPrintedYagiAntennaforHandheldUHFRFIDReader”(发表期刊：2011InternationalConference；发表日期：2011年；作者：SivajiKaki,Dr.TapasChakravarty)通过改进的八木结构实现了双向辐射，但两个方向均为线极化辐射，限制了其应用场合。

目前，已有报道可实现圆极化、双向辐射的方法，但很少有同时实现双向辐射、圆极化的方法。因此，如何实现双向圆极化辐射，且保证一定的增益是RFID阅读器天线领域中一个机遇和挑战并存的课题。

发明内容

针对现有需求和问题，本发明提供了一种信号首发能力强的，具有双向辐射的RFID圆极化天线。

本发明采用以下技术方案：

一种RFID圆极化天线，包括介质基板，设于基板下表面的金属接地板，设于基板上表面的方环形辐射贴片及Wilkinson功分器，其特征在于：所述方环形辐射贴片的其中一对角进行切角处理，且辐射贴片内侧分布有若干矩形凹槽；所述Wilkinson功分器位于方环形辐射贴片内部，其输入端为馈电点，电阻两侧的两个输出端分别通过长度不同的两段微带线与辐射贴片两条边的中点相连，两段微带线长度相差为中心频率对应波长的四分之一。

进一步地，天线由同轴线进行馈电，同轴线内导体穿过地板及基板连接馈电点，外导体连接金属接地板。

进一步地，所述矩形凹槽为12个，均匀分布于辐射贴片每条边，其中与微带线相连的两个凹槽被填满。

进一步地，所述Wilkinson功分器为方环形结构的功分器，方环形的四个外侧角进行切角处理。

进一步地，所述微带线拐角处的外侧进行切角处理。

本发明的一种RFID圆极化天线，具有以下优点：

1、天线整体是平面结构，可放置于平面甚至曲面载体上，适合多种环境下的使用。

2、将馈电网络设计在辐射贴片内侧，有效的将其组合起来，减小了天线的占地空间。

3、其辐射为双向圆极化辐射，相比单向辐射，对于RFID系统有更强的实用性。

4、根据曲流原理，在辐射贴片上进行开槽，在保证天线带宽的同时进一步缩减了天线表面积。

5、辐射贴片上进行切角处理，对角的大小进行调整可以改善天线的圆极化性能。

附图说明

图1为本发明新型RFID圆极化天线正面结构图；

图2为本发明新型RFID圆极化天线背面结构图；

图3为本发明新型RFID圆极化天线的仿真回波损耗；

图4为本发明新型RFID圆极化天线的方向图；

图5为本发明新型RFID圆极化天线的轴比示意图；

附图标记说明：1.方环形辐射贴片；2.切角；3.Wilkinson功分器；4.贴片电阻；5.微带线；6.介质基板；7.金属接地板；8.馈电点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。

该RFID圆极化天线被设计在中心频率为915MHz的UHF频段，微带天线结构如图1、2所示，包括介质基板6，设于基板下表面的金属接地板7，设于基板上表面的方环形辐射贴片1及Wilkinson功分器3；Wilkinson功分器3位于方环形辐射贴片1内部，其输入端为馈电点8，电阻4两侧的两个输出端分别通过长度不同的两段微带线与辐射贴片两条边的中点相连。

如图1所示，辐射贴片1的外部尺寸为长边ws＝77.8mm，短边ww＝71.5mm，宽度为14mm。在辐射贴片内侧开有12个均匀分布的矩形凹槽，其中与微带线相连的两个凹槽用微带线填满，开设凹槽的目的是增加电流路径，缩减天线尺寸，凹槽长sc＝5.06mm，宽sd＝2.0mm，。长边上矩形凹槽距离侧边为ts＝17.89mm，短边上矩形凹槽距离侧边为tw＝14.75mm。

通过合理调整位于辐射贴片上的切角2的大小可以改善天线的圆极化性能，本实施例中其倒角深度为8mm。

所述Wilkinson功分器为方环形结构的功分器，输入端微带线特性阻抗为50欧，线宽1.9mm，长g＝15mm，然后分为两路特性阻抗为70.7欧的微带线，具体长度尺寸为e＝14.64mm，f＝14.92mm，d＝14.02mm，k＝1.81mm，t＝1.18mm，线宽0.98mm，位于微带线拐角处的小切角倒角深度db＝1.25mm，最后经过一个阻值为100欧的贴片电阻4，输出两路等幅信号；为了更好的匹配，在电阻两侧的微带线上设置了两个长0.98mm，宽0.46mm的矩形切角；信号经两路相差为90度的微带线馈入天线，相差90度是为了天线能够进行圆极化辐射，微带线特性阻抗为50欧，线宽都为1.9mm，长度分别为a＝18.1mm，b＝38.1mm，c＝19.05mm，h＝18.1mm，位于微带线拐角处的小切角倒角深度dm＝1mm。上述位于微带线拐角处的小切角目的是改善馈电端口的阻抗匹配。

所述介质基板6的尺寸为长边ws＝77.8mm，短边ww＝71.5mm，采用介电常数为4.4，厚度为1mm的FR4材质。

所述金属地板7位于介质板另一侧，其中心与介质基板的中心重合，长度gs＝51.78mm，宽度gw＝45.5mm。同轴线馈电点为图2中8所示。

利用CSTMicrowaveStudio对该RFID圆极化天线单元进行建模仿真，其仿真回波损耗及实测结果如图3所示，图中标示出了-10dB基准线。结果表明，该天线工作在915MHz，回波损耗为-18dB，在880～940MHz频带范围内，RFID圆极化天线的回波损耗均小于-10dB。

RFID圆极化天线的辐射方向图如图4所示。其辐射为哑铃型，在天线的两个边射方向均有辐射，将其运用在高速公路自动收费系统可以用一个天线为两个车道工作。单侧3dB波束宽度有92度，增益达3.5dB。

图5为RFID圆极化天线实测轴比示意图，在910～920MHz的工作频段天线轴比低于1.4dB，具有较好的圆极化特性。

本发明中提出的RFID圆极化天线，其最大特点就是具有双向辐射的特性，这会满足诸如高速公路自动收费系统、部分生产线需求等部分运用RFID系统的场合需求。且具有圆极化辐射特性，提高了信号采集能力。

Claims (4)

1.一种RFID圆极化天线，包括介质基板，设于基板下表面的金属接地板，设于基板上表面的方环形辐射贴片及Wilkinson功分器，其特征在于：所述方环形辐射贴片的其中一对角进行切角处理，且辐射贴片内侧分布有若干矩形凹槽；所述Wilkinson功分器位于方环形辐射贴片内部，其输入端为馈电点，电阻两侧的两个输出端分别通过长度不同的两段微带线与辐射贴片两条边的中点相连，两段微带线长度相差为中心频率对应波长的四分之一；天线由同轴线进行馈电，同轴线内导体穿过接地板及基板连接馈电点，外导体连接金属接地板。

2.如权利要求1所述的一种RFID圆极化天线，其特征在于：所述矩形凹槽为12个，均匀分布于辐射贴片每条边，其中与微带线相连的两个凹槽被填满。

3.如权利要求1所述的一种RFID圆极化天线，其特征在于：所述Wilkinson功分器为方环形结构的功分器，方环形的四个外侧角进行切角处理。

4.如权利要求1所述的一种RFID圆极化天线，其特征在于：所述微带线拐角处的外侧进行切角处理。