CN106911012B - 一种试衣间rfid系统的高增益读写器天线 - Google Patents

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Abstract

一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，包括底基板和若干侧基板；该底基板上设有功分馈电网络，该功分馈电网络设有若干功分器以将信号的输入功率进行分配以输出幅度相同且相位依次滞后90°的信号；每个侧基板设有准八木天线，该若干准八木天线与功分馈电网络相连。本发明的天线具有增益高、辐射性能优良、圆极化特性极好，天线结构简单、重量轻、安装方便、成本低廉的优点。

Description

一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线
技术领域
本发明涉及读写器天线领域，特别是一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线。
背景技术
在服装行业中，门店既是用于与顾客的交互环节所在地，同时也是服装销售的最后环节。如果能对门店中产生的数据进行分析并及时向上反馈，对于服装生产商而已无疑具有重要的指导意义。而在服装门店中，试衣间又是一个关键的交互地点。如某型号服装被多次拿进试衣间并最终被成功销售，说明该服装的设计和销售都非常成功；如多次进入试衣间而最终未被销售，说明该服装外形设计较为成功，但在具体细节上仍存在较大问题；如服装进入试衣间次数很少，说明该服装的外形设计本身就存在问题。由此可见，针对试衣间的数据搜集对于门店和服装生产商都有非常重要的指导意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，具有增益高、辐射性能优良、圆极化特性极好，天线结构简单、重量轻、安装方便、成本低廉的优点。
本发明采用如下技术方案：
一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：包括底基板和若干侧基板；该底基板上设有功分馈电网络，该功分馈电网络设有若干功分器以将信号的输入功率进行分配以输出幅度相同且相位依次滞后90°的信号；每个侧基板设有准八木天线，该若干准八木天线与功分馈电网络相连。
优选的,所述功分馈电网络包括输入微带线、主功分单元和两次功分单元；该输入微带线的输入端位于所述底基板中心；该主功分单元与输入微带线的输出端相连且设有两主输出支路以输出幅度相同且相位相差180°的信号；该两次功分单元关于所述底基板中心对称并与主输出支路一一对应相连，每个次功分单元设有两次输出支路以输出幅度相同且相位相差90°的信号。
优选的，包括有四个竖直设置的侧基板；所述两次功分单元的四个次输出支路的输出端分别靠近所述侧基板的不同侧以与所述四个侧基板一一对应。
优选的，所述主功分单元还包括主功分器，该主功分器设有与所述两主输出支路一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻；所述两主输出支路为长度相差λg/2的微带线，该λg为微带线导波波长。
优选的，所述次功分单元还包括次功分器，该次功分器设有与所述两次输出支路一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻；所述两次输出支路为长度相差λg/4的微带线，该λg为微带线导波波长。
优选的，所述功分器为Wilkinson功分器。
优选的，所述输入微带线的特性阻抗为50Ω，宽度为1.85～2mm；所述主输出支路和所述次输出支路的特性阻抗为70.71Ω，宽度为0.95～1.1mm。
优选的，所述准八木天线包括天线馈线、平衡巴伦、差分馈电网络、共面带线、馈源振子和引向器；该天线馈线一端连接功分馈电网络，另一端连接平衡巴伦一端；该平衡巴伦另一端与差分馈电网络一端相连，该天线馈线和平衡巴伦水平并列地布置于该介质基板一端的一侧；该差分馈电网络另一端与共面带线一端相连，且该差分馈电网络水平布置于介质基板该端的另一侧；该馈源振子水平布置于所述侧基板中部，馈源振子的源端与共面带线另一端相连；该引向器水平地布置于该介质基板另一端。
优选的，所述底基板和所述侧基板均为Fr4玻璃纤维环氧树脂覆铜板，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的天线设置有底基板和若干侧基板，在底基板上设有功分馈电网络以将信号的输入功率进行分配输出幅度相同且相位依次滞后90°的信号，每个侧基板设有准八木天线作为圆极化天线天线辐射单元，具有增益高、辐射性能优良、圆极化特性极好，天线结构简单、重量轻、安装方便、成本低廉的优点。
2、本发明的天线，其功分馈电网络采用主功分单元和次功分单元实现功率等分，以使输出的四个信号幅度一致，相位依次滞后90°，从而保证天线辐射的圆极化特性，使得应用于试衣间的具有本发明天线的RFID标签在任意摆放条件下都具有一定读取能力。
3、本发明的天线，将平衡巴伦横置来改善准八木天线的布局，有效减小天线的纵向尺寸，缩小天线的整体体积、方便安装、隐蔽性高。
附图说明
图1为本发明天线的立体结构图；
图2为本发明功分馈电网络结构图；
图3为本发明功分馈电网络侧视图；
图4为本发明准八木天线结构图；
图5为本发明准八木天线背面图；
图6为本发明天线仿真驻波系数图；
图7为本发明天线仿真增益-频率图；
图8为本发明天线仿真轴比图；
图9为本发明天线仿真增益方向图(915MHz)；
其中：10、底基板，11、底接地板，20、功分馈电网络，21、输入微带线，22、主功分器，23、主输出支路，24、次功分器，25、次输出支路，26、隔离电阻，30、侧基板，31、侧接地板，40、准八木天线，41、天线馈线，42、平衡巴伦，43、差分馈电网络，44、共面带线，45、馈源振子，46、引向器。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
参照图1，一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，包括一个底基板10和四个侧基板30，该底基板10上设有功分馈电网络20，每个侧基板30设有准八木天线40。该底基板10和侧基板30均为Fr4玻璃纤维环氧树脂覆铜板，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。该底基板10背面还设有底接地板11，该底接地板11为覆铜板。
该功分馈电网络20作用是将天线的输入端的功率分配到准八木天线40。为保证天线辐射圆极化特性，功分馈电网络20的四个输出端功率大小一致，四个端口相位依次超前(或滞后)90°。
参照图2、图3，功分馈电网络20包括输入微带线21、主功分单元和两次功分单元。该输入微带线21的输入端位于底基板10中心，其信号由外接同轴电缆接入，输入微带线21的特性阻抗为50Ω，宽度为1.85～2mm，优选为1.95mm。该主功分单元包括主功分器22和两主输出支路23以输出幅度相同且相位相差180°的信号。该主功分器22设有与两主输出支路23一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻26，隔离电阻26阻值可为100Ω。该两主输出支路23为微带线，参照图2，一主输出支路23设有多个弯折端以将信号引至底基板10下方左侧，另一主输出支路23将信号引至底基板10上方右侧，位于左侧的主输出支路23长度比位于右侧的主输出支路23长度长λg/2以使左侧信号滞后右侧信号180°，该λg为微带线导波波长，主输出支路23的特性阻抗为70.71Ω，宽度为0.95～1.1mm，优选为1.01mm。
两次功分单元关于底基板10中心对称并与主输出支路23一一对应相连，每个次功分单元设有次功分器24和两次输出支路25以输出幅度相同且相位相差90°的信号，每个次功分器24设有与一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻26，隔离电阻26阻值可为100Ω。其中一次功分单元位于底基板10左侧，其两次输出支路25分别沿上下两端延伸，以与位于左侧和下侧的侧基板30上的准八木天线40相连，位于上端的次输出支路25长度比位于下端的次输出支路25长度长λg/4，以使下端的输出端信号超前上端的输出端信号90°。另一次功分单元位于底基板10右侧，其两次输出支路25分别沿上下两端延伸以与位于右侧和上侧的侧基板30上的准八木天线40相连，位于下端的次输出支路25长度比位于上端的次输出支路25长度长λg/4，以使上端的输出端信号超前下端的输出端信号90°。该次输出支路25均为微带线，该λg为微带线导波波长，次输出支路25的特性阻抗为70.71Ω，宽度为0.95～1.1mm，优选为1.01mm。
参照图4、图5，该准八木天线40与功分馈电网络20相连，其包括设置于侧基板30正面的天线馈线41、平衡巴伦42、差分馈电网络43、共面带线44、馈源振子45和引向器46，及设置于侧基板30背面的侧接地板31。该天线馈线41一端连接功分馈电网络20的次输出支路25的输出端，用于接入馈电网络的四分信号，另一端连接平衡巴伦42一端，该天线馈线41宽度为w1，特性阻抗为50Ω。该平衡巴伦42另一端与差分馈电网络43一端相连，该平衡巴伦42用于将准八木天线40的输入阻抗变换为50Ω，改善功分馈电网络20与天线匹配情况，该平衡巴伦42为微带线，其宽度为w3，特性阻抗为35.35Ω。该天线馈线41和平衡巴伦42水平并列地布置于该介质基板一端的一侧，以减小准八木天线40的纵向长度，从而减小天线尺寸。
该差分馈电网络43另一端与共面带线44一端相连，且该差分馈电网络43水平布置于介质基板该端的另一侧，该差分馈电网络43利用T型结，将输入信号再分为两等分，其中一部分线长比另外一部分短λg/2，使得两端信号相位差达到180°，形成传统对称振子的馈电模式，通过共面带线44的形式输出到馈源振子45。该馈源振子45水平布置于侧基板30中部，馈源振子45的源端与共面带线44另一端相连，用以辐射电流信号，并利用引向器46和反射器的电磁耦合，达到信号同相叠加的目的。
该引向器46水平地布置于该介质基板另一端，利用馈源振子45的耦合信号形成耦合辐射，以增强天线方向性。该侧接地板31作为天线馈线41，平衡巴伦42和差分馈电网络43的地线存在，同时也作为准八木天线40的反射器。
应用举例
试衣间长宽一般为1.35m左右，试衣间RFID系统工作工作时，为保证天线不会读取试衣间范围以外的电子标签而产生误读现象，必须保证天线具有较强的辐射能力，也即要求天线的辐射范围仅仅局限在1.35m见方(试衣间大小)的辐射范围，从电气指标来说，需要保证天线增益在7.5dB以上。
本发明的功分器为可采用Wilkinson功分器，针对915MHz信号的功分馈电网络20，其输入微带线21的输入端坐标(0，0)，各个次输出支路25的输出端坐标，参照图2，包括(xa，ya)、(ya，-xa)、(-xa，-ya)和(-ya，xa)，相位依次滞后90°。功分馈电网络20的各项尺寸参见表1，单位(mm)，准八木天线40的各项尺寸参见表2，单位(mm)。
表1
aa w1 w2 Ly1 Ly2 Ly3
220 1.95 1.01 11.62 22.935 16.9
Lx1 Lr y0 xa ya h
9.5 1 22.12 53.455 100 1
表2
SA_height SA_width w3 w4 Vx1 Vx2 Vx3 Lz1
130 160 3.35 0.8 41.7 40.54 68 5
Lz2 Lz3 Lz4 s L_dir S_dir delta
5 30 38 1 100 30 1
参照图6至图9，本为发明天线仿真结果，从电气指标来说，本发明天线增益高、波瓣窄、辐射性能优良、驻波系数低、圆极化特性极好，从物理特性来说，本发明天线结构简单、重量轻、安装方便、成本低廉。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：包括底基板和设置于底基板四周且与之垂直的竖直设置的四个侧基板；该底基板上设有功分馈电网络，该功分馈电网络设有若干功分器以将信号的输入功率进行分配以输出幅度相同且相位依次滞后90°的信号；每个侧基板设有准八木天线，该准八木天线与功分馈电网络相连；所述准八木天线包括天线馈线、平衡巴伦、差分馈电网络、共面带线、馈源振子和引向器；该天线馈线一端连接功分馈电网络，另一端连接平衡巴伦一端；该平衡巴伦另一端与差分馈电网络一端相连，该天线馈线和平衡巴伦水平并列地布置于该侧基板一端的一侧；该差分馈电网络另一端与共面带线一端相连，且该差分馈电网络水平布置于侧基板该端的另一侧；该馈源振子水平布置于所述侧基板中部，馈源振子的源端与共面带线另一端相连；该引向器水平地布置于该侧基板另一端。
2.如权利要求1所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述功分馈电网络包括输入微带线、主功分单元和两次功分单元；该输入微带线的输入端位于所述底基板中心；该主功分单元与输入微带线的输出端相连且设有两主输出支路以输出幅度相同且相位相差180°的信号；该两次功分单元关于所述底基板中心对称并与主输出支路一一对应相连，每个次功分单元设有两次输出支路以输出幅度相同且相位相差90°的信号。
3.如权利要求2所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述两次功分单元的四个次输出支路的输出端分别靠近所述侧基板的不同侧以与所述四个侧基板一一对应。
4.如权利要求2所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述主功分单元还包括主功分器，该主功分器设有与所述两主输出支路一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻；所述两主输出支路为长度相差λg/2的微带线，该λg为微带线导波波长。
5.如权利要求2所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述次功分单元还包括次功分器，该次功分器设有与所述两次输出支路一一对应相连的两输出端，该两输出端之间设有隔离电阻；所述两次输出支路为长度相差λg/4的微带线，该λg为微带线导波波长。
6.如权利要求2所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述功分器为Wilkinson功分器。
7.如权利要求2所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述输入微带线的特性阻抗为50Ω，宽度为1.85~2mm；所述主输出支路和所述次输出支路的特性阻抗为70.71Ω，宽度为0.95~1.1mm。
8.如权利要求1所述的一种试衣间RFID系统的高增益读写器天线，其特征在于：所述底基板和所述侧基板均为Fr4玻璃纤维环氧树脂覆铜板，其介电常数为4.4，损耗角正切为0.02。
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