CN105609935A - Rfid阅读器智能平面阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种RFID阅读器智能平面阵列天线，属于射频识别技术和天线技术领域。所述天线阵列包括8个天线辐射单元、电控移相器、功率分配器；所述天线辐射单元采用微带天线形式，为实现阅读器天线小型化，在辐射贴片上开槽处理，介质层为空气层，接地面为平板敷铜，使用同轴线馈电方式；所述电控移相器可以通过主芯片对给出信号进行相位控制，以实现波束切换的功能；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，功分器单独设计，结构简单且安装方便易调试。本发明可以使阅读器对标签进行区域扫描，扩大了阅读器的识别区域，对RFID系统具有指导意义。

Description

RFID阅读器智能平面阵列天线

技术领域

本发明属于射频识别技术与天线技术领域，尤其涉及阅读器波束切换型阵列天线。

背景技术

RFID(射频识别)技术利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据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。

智能天线按工作原理的不同可分为固定多波束天线、波束切换型智能天线和自适应智能天线。其中波束切换型智能天线具有结构简单、无须判别用户信号到达方向以及响应速度快等优点，更重要的是上行链路的同一波束也可用于下行链路，从而在下行链路上也能提供增益，其潜在的应用价值得到了国内外越来越多的重视。

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了，如图1所示，波束1、2、3、4的覆盖面积之和大于单个低增益固定波束的覆盖面积。

发明内容

本发明提供了一种阅读器智能平面阵列天线，能够达到扩展阅读器识别区域的目的。

为了实现上述功能，本发明的实施例采用如下技术方案：

RFID阅读器波束切换型阵列天线，包括天线辐射单元、电控移相器、功率分配器，其特征在于：所述天线辐射单元采用微带天线形式，使用同轴线馈电方式，所述电控移相器可以通过主芯片对给出信号进行相位控制，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。

本发明提供的天线辐射单元，辐射贴片使用纯铜板，地平面使用在单面覆铜的FR4板，介质层使用空气层。辐射贴片，即纯铜板上开槽处理，辐射贴片开槽尺寸分别为67mm×8mm、25mm×4mm，减小天线尺寸，实现小型化；接地板开槽，尺寸为30mm×3mm，减小天线的后瓣电平，增强主波束增益。天线阵列为2×4天线阵，天线单元X方向间距λ/2，天线单元Y方向间距为λ，馈电通过同轴线采用底馈形式，采用微带线构成的四等分功分器与二等分功分器，单独设计，由同轴线与阵列天线相连接。移相器位于四等分功分器与二等分功分器之间，用以对每路信号移相。

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是阅读器波束切换型天线扫描示意图；

图2是本发明整体结构示意图；

图3是本发明阅读器阵列天线阵元结构示意图；

图4是本发明阵列天线结构示意图；

图5是本发明二路功率分配器结构示意图；

图6是本发明四路功率分配器结构示意图。

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波束切换型阵列天线来实现阅读器对标签的有效识别，扩大阅读器的识别区域。所提天线阵对于阅读器识别距离短，识别区域小，价格昂贵等缺点具有重要的指导意义。

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是阅读器波束切换型天线扫描示意图，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了，如图1所示，波束1、2、3、4的覆盖面积之和大于单个低增益固定波束的覆盖面积。A、B、C三点为波束的半功率点，作为每个波束的交叉点可以有效的识别整个区域的标签，对天线阵的设计具有指导意义。平面阵列天线与直线阵列天线相比，不仅扩大了阅读器水平识别区域，而且增加了垂直于轴线方向的识别区域。

图2是本发明整体结构示意图，图3是本发明阅读器阵列天线阵元结构示意图，阵元选用微带贴片天线形式，辐射贴片使用纯铜板，地平面使用在单面覆铜的FR4板，介质层使用空气层。辐射贴片，即纯铜板上开槽处理，辐射贴片开槽尺寸分别为67mm×8mm、25mm×4mm，减小天线尺寸，实现小型化；接地板开槽，尺寸为30mm×3mm，减小天线的后瓣电平，增强主波束增益。本天线阵元激励方式使用同轴馈电，同轴线连接方式是将同轴线的外皮与下层的铺铜接地面焊接，同轴线的芯线穿过通孔与上层的辐射贴片焊接。

图4是本发明阵列天线结构示意图，本发明采用2×4平面排列组成天线阵，馈电点X方向间距λ/2，天线单元Y方向间距为λ。天线阵元与二等分功分器连接，实现上线阵元的镜像排列，为了达到波束切换的目的，在二等分功分器接口添加电控移相器，实现信号相位的实时变化，以得到需求的波束。

图5是本发明二路功率分配器结构示意图，图6是本发明四路功率分配器结构示意图，根据Wilkinson功分器原理制作微带线功分器，可以在频率860MHz～960MHz内正常工作，实现功率等分的功能。

综上所述，本发明涉及了一种RFID阅读器波束切换型平面阵列天线，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 (9)

1.RFID阅读器智能平面阵列天线，包括天线辐射单元、电控移相器、功率分配器，其特征在于：所述天线辐射单元采用微带天线形式，使用同轴线馈电方式，所述电控移相器可以通过主芯片对给出信号进行相位控制，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，所述阵列天线包括8个微带贴片天线，其特征在于：8个微带贴片天线相同，组成4×2平面天线阵列，采用同轴馈电方式，馈电点间距X方向为λ/2，Y方向为λ。

3.根据权利2要求，所述微带贴片天线结构简单，其特征在于：辐射贴片使用纯铜板，地平面使用在单面覆铜的FR4板，介质层使用空气层。

4.根据权利2要求，所述微带天线，其特征在于：辐射贴片，即纯铜板上开槽处理，减小天线尺寸，实现小型化，接地板开槽减小天线的后瓣电平，增强主波束增益。

5.根据权利2要求，所述微带天线馈电方式，其特征在于：馈电通过同轴线采用底馈形式，同轴线连接方式是将同轴线的外皮与下层的铺铜接地面焊接，同轴线的芯线穿过通孔与上层的辐射贴片焊接。

6.根据权利1要求，所述阵列天线馈电方式特征在于：使用等幅激励方式。

7.根据权利1要求，所述电控移相器特征在于：能根据控制信号对载波信号进行实时移向，以满足天线馈电的需求。

8.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功分器，单独设计，由同轴线与移相器相连接。

9.根据权利1要求，所述功率分配器特征在于：采用微带线构成的二等分功分器，单独设计，由同轴线与天线阵列相连接。