CN108039574A - 基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射rfid读写器天线 - Google Patents

基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射rfid读写器天线 Download PDF

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李梦媛
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Abstract

本发明公开了一种基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，包括介质板、匹配结构和平面双螺旋结构；所述匹配结构通过微带线与平面双螺旋结构相连；所述匹配结构和平面双螺旋结构加工在介质板表面；所述扁平化双螺旋结构包括两组呈现对称交叉排布的扁平化螺旋结构；所述扁平化螺旋结构包括若干分别附着在介质板两面的倾斜金属条带，这些倾斜金属条带在介质板的两面按照特定的螺旋上升角交替排布，并通过金属化通孔实现彼此连接。本发明的读写器天线可以实现圆极化和端射辐射的特性，具有可以接收任意极化的波、易于与标签匹配的特点，且制作工艺简单，具有较好的应用前景。

Description

基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线
技术领域
本发明属于射频识别技术领域，尤其涉及一种基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种利用无线射频方式实现目标识别和读写的无线通信技术。与条码等传统识别技术相比，RFID技术由于具有非接触信息传递、读取速度快等优势而被广泛研究和应用。而天线作为射频信号辐射和接收的装置，是RFID系统实现无线通信的重要组成部分。根据天线在RFID系统中所处的位置，应用于RFID系统的天线可以分为标签天线和读写器天线两大类。
在实际应用中，大部分标签天线的极化方式是线极化，且标签天线的放置方式具有任意性。为了避免读写器天线与标签天线之间耦合的严重极化失配，提高信息传输的可靠性，圆极化读写器天线在RFID读写器中得到广泛应用。
圆极化读写器天线的设计一般采用微带天线或螺旋天线两种形式，但传统的微带天线的辐射方向大都沿天线表面的法向方向，用于手持式读写器时，需要增加垂直于读写器屏幕的结构单独用作射频识别，这明显增大了手持式读写器的尺寸。如果能使用辐射方向平行于天线表面的低剖面天线，就可以直接将其平行于读写器屏幕内置安装，省却了结构，减小了手持式读写器的体积。所以，如何在较低剖面内实现端射特性，同时满足圆极化特性是研究重点。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，包括介质板、匹配结构和扁平化双螺旋结构；所述匹配结构通过微带线与扁平化双螺旋结构相连；所述匹配结构和扁平化双螺旋结构加工在介质板表面；所述扁平化双螺旋结构包括两组呈现对称交叉排布的扁平化螺旋结构，所述扁平化螺旋结构包括若干分别附着在介质板两面的倾斜金属条带，这些倾斜金属条带在介质板的两面按照特定的螺旋上升角α交替排布，并通过金属化通孔实现彼此连接。
进一步地，一条上表面的倾斜金属条带与一条下表面的倾斜金属条带组成一完整的金属条带，第一金属条带长度小于L，第二金属条带长度为L*r，往后每一金属条带的长度以螺旋渐缩比r逐渐减小。
进一步地，所述介质板底部还设有紧密排布的接地孔，所述紧密排布的金属化通孔位于匹配结构下方。
进一步地，所述匹配结构还设有同轴探针，位于微带线下方，并与微带线同轴。
有益效果：本发明的读写器天线可以实现圆极化和端射辐射的特性，具有可以接收任意极化的波、易于与标签匹配的特点。同时本发明制作工艺简单，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明天线的结构示意图；
图2是本发明天线的轴比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，包括：介质板1、匹配结构2和构成圆极化特性的扁平化双螺旋结构5。构成圆极化特性的平面双螺旋结构5是两组呈现对称交叉排布的扁平化螺旋结构，扁平化螺旋结构包括若干分别附着在介质板1两面的倾斜金属条带，这些倾斜金属条带在介质板的两面按照特定的螺旋上升角α交替排布，并通过金属化通孔7实现彼此连接，金属条带贯穿介质板的金属化通孔7。螺旋上升角α范围为12°-14°。一条上表面的金属条带与一条下表面的金属条带组成一完整的金属条带。
匹配结构2通过微带线8与扁平化双螺旋结构5相连。金属条带的长度采用渐缩形式，以提高天线的圆极化特性。其中，第一金属条带4由于微带线的位置，其长度为3/4L，第二金属条带6为完整的一圈，其长度为L*r，往后每一金属条带的长度均以螺旋渐缩比r逐渐减小。长度L的范围为一个波长到三分之四个波长，螺旋渐缩比r的范围为0.8-1。
匹配结构是一个渐变的金属面，其通过微带线8与平面双螺旋结构5相连，其长度约为四分之一个波长。匹配结构2还设有同轴探针3，位于微带线8下方，并与微带线8同轴。
介质板1底部还设有紧密排布的接地孔9，紧密排布的接地孔9位于匹配结构2下方，构成反射的结构，起到抑制背瓣、改善旁瓣比的作用。其中，旁瓣比即端射方向的主瓣和背射方向的背瓣的幅度比。
介质板1的介电常数范围为2-20。匹配结构和平面型双螺旋结构是通过印刷或蚀刻加工到介质板上，以保证天线的电磁特性稳定。
具有圆极化特性的端射RFID读写器天线，当介质板上下表面的两个平面型螺旋结构的圈数均大于1.5圈时，可以达到较好的端射和圆极化效果，为了进一步提高天线的定向辐射增益，可以多次增加金属条带的环绕结构。
具体实施例中，介质板1选用FR4材料，其相对介电常数为4.4，介质损耗角正切为0.02，厚度为7mm。选用的螺旋上升角α的大小为14°，螺旋渐缩比r的大小为0.85。第一金属条带的长度为3/4L，第二金属条带的长度以螺旋渐缩比r逐渐减小，即第二金属条带的长度为L*r。长度L的范围为一个波长到三分之四个波长，此处因为需要渐缩，选用的L的大小为三分之四个波长。
将上述天线放在高频电磁仿真软件HFSS中进行建模仿真。如图2表明，天线在910MHz-933MHz的频率范围内圆极化轴比均小于3dB，说明本发明的圆极化性能良好。天线在工作频带内具有良好的端射特性，且剖面较低，增益可调，同时制作工艺简单，成本低，适合我国超高频RFID读写器的应用。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：包括介质板(1)、匹配结构(2)和扁平化双螺旋结构(5)；所述匹配结构(2)通过微带线(8)与扁平化双螺旋结构(5)相连；所述匹配结构和扁平化双螺旋结构加工在介质板(1)表面；
所述扁平化双螺旋结构(5)包括两组呈现对称交叉排布的扁平化螺旋结构，所述扁平化螺旋结构包括若干分别附着在介质板两面的倾斜金属条带，这些倾斜金属条带在介质板的两面按照特定的螺旋上升角α交替排布，并通过金属化通孔(7)实现彼此连接。
2.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：一条上表面的倾斜金属条带与一条下表面的倾斜金属条带组成一完整的金属条带，第一金属条带(4)长度小于L，第二金属条带(6)长度为L*r，往后每一金属条带的长度以螺旋渐缩比r逐渐减小。
3.根据权利要求2所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述长度L的范围为一个波长到三分之四个波长，螺旋渐缩比r的范围为0.8-1。
4.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述匹配结构(2)为渐变的金属面。
5.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述介质板(1)底部还设有紧密排布的金属化通孔(9)，所述紧密排布的接地孔(9)位于匹配结构(2)下方。
6.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述匹配结构(2)还设有同轴探针(3)，位于微带线(8)下方，并与微带线(8)同轴。
7.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述螺旋上升角α范围为12°-14°。
8.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述介质板(1)的介电常数范围为2-20。
9.根据权利要求1所述的基于扁平化双螺旋结构的圆极化端射RFID读写器天线，其特征在于：所述扁平化双螺旋结构(5)和匹配结构(2)通过印刷或蚀刻加工到介质板表面。
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