CN106207378A - 一种rfid阅读器波束切换型智能天线 - Google Patents

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李建雄
郭阳
陈明省
贾红玉
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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Abstract

本发明涉及了一种RFID阅读器波束切换型智能天线，属于射频识别技术和天线技术领域。所述天线阵列包括4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，同时加载短路探针；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，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区域内所有标签进行分区扫描，扩大了阅读器的识别区域，对RFID系统具有指导意义。

Description

一种RFID阅读器波束切换型智能天线
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智能天线。
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。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。RFID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。
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。
智能天线按工作原理的不同可分为固定多波束智能天线、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、无需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。波束切换型智能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波束切换型智能天线，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阅读器波束切换型智能天线，包括天线辐射单元、电控移相器、四等分功率分配器，其特征在于：所述天线辐射单元采用微带天线形式，使用同轴馈电方式，所述电控移相器可以通过主芯片对其进行相位控制，所述功率分配器由微带线构成。
本发明提供的天线辐射单元，由辐射贴片和短路探针组成。辐射贴片使用的是纯铜板，地平面使用在单面敷铜的FR4板，短路探针为铜柱，介质层使用空气层。所述辐射贴片，开槽以减小贴片尺寸，实现小型化。所述短路探针，在减少天线尺寸的同时增加带宽，减小天线的后瓣电平，增强主波束增益。
所述同轴馈电方式为同轴线采用底馈形式为辐射贴片馈电。所述四等分功率分配器由微带线构成，单独设计，利用同轴线将其与电控移相器相连接。所述移相器位于阵列天线与功率分配器之间，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智能天线扫描示意图；
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是本发明四等分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智能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。所提出的波束切换型智能天线对于解决现有的阅读器识别距离短，识别区域小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智能天线扫描示意图，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。波束切换型智能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。
图2是本发明整体结构示意图，相位控制信号控制电控移相器实现阵元的相位偏移，以达到波束切换的目的。
图3是本发明波束切换型智能天线中的阵元结构示意图，所示的天线阵元适用于915MHz超高频RFID阅读器，可以在频率890MHz～930MHz内正常工作。阵元选用微带贴片天线形式，由辐射贴片和短路探针组成。辐射贴片使用的是纯铜板，地平面使用在单面敷铜的FR4板，短路探针为铜柱，介质层使用空气层。所述辐射贴片，开槽处理，以减少天线尺寸，实现小型化，槽1为半径23.5mm、宽度为4mm的3/4圆环形槽，槽2为16mm×4mm的阶梯形槽，槽3尺寸为44.3mm×4mm，槽4尺寸为56.8mm×4mm。所述短路探针，半径尺寸为1.2mm、高度尺寸为30mm，在减少天线尺寸的同时增加带宽，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4天线直线排列组成线天线阵，馈电点间距λ/2，λ是工作波长。
图5是本发明四等分功率分配器结构示意图，根据T型功分器原理制作，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阅读器波束切换型智能天线，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 (7)

1.RFID阅读器波束切换型智能天线，包括天线辐射单元、电控移相器、四等分功率分配器，其特征在于：所述天线辐射单元采用微带天线形式，使用同轴馈电方式，所述电控移相器可以通过主芯片对其进行相位控制，所述功率分配器由微带线构成。
2.根据权利1要求，所述阵列天线包括4个微带贴片天线，其特征在于：4个微带贴片天线相同，采用同轴馈电方式，4天线直线排列组成线天线阵，馈电点间距为λ/2，λ是工作波长。
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，加载短路探针减小天线的后瓣电平，提高主波束增益，增加带宽。
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。
7.根据权利1要求，所述功率分配器特征在于：由微带线构成，单独设计，利用同轴线将其与电控移相器相连接。
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