CN108521014A - 一种应用于rfid的小型化mimo阅读器天线及终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线及终端，该天线包括第一介质基板、第二介质基板、辐射贴片、接地板和反射器贴片，第一介质基板和第二介质基板上下设置，辐射贴片印制在第一介质基板的上表面，包括矩形框贴片、四个T形枝节和3dB电桥，四个T形枝节中心对称设置，每个T形枝节的竖边分别对应连接矩形框贴片的一侧边，3dB电桥沿矩形框贴片的对角线设于矩形框贴片的中心处，3dB电桥的两个输入端口分别与紧邻的矩形框贴片的对应侧边相连接，接地板印制在第一介质基板的下表面，反射器贴片印制在第二介质基板的上表面。与现有技术相比，本发明覆盖RFID频段，性能良好、尺寸小巧，适合应用在移动终端设备中。

Description

一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线及终端
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其是涉及一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线及终端。
背景技术
随着“工业化与信息化融合”、“智慧地球”、“传感中国”等概念的提出，物联网作为战略型新兴产业的重要代表性领域，掀起了第三次信息技术浪潮。物联网就是通过射频识别（Radio Frequency identification，RFID）、红外传感器、无线传感技术、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与Internet连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在这个网络中，其实质就是利用无线RFID技术，童年过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联和共享。
天线作为RFID系统的重要组成部分，处于RFID系统的最前端，是电磁波的出口和入口，电磁波的发射与接收都是依靠天线来完成的。天线是影响RFID系统可靠性等性能的关键因素之一，选择合适的天线时期满足系统所需的性能指标的要求是非常重要的。由于标签摆放位置的不固定，因此要求读取其信息的天线是圆极化。在RFID领域中，圆极化天线有着重要应用，已成为当前国内外研究热点。与线极化天线相比，圆极化天线应用更广、发展潜力更大。对圆极化天线的研究会大大加快RFID设备的普及速度。RFID天线除了追求性能和品质的提升外，将朝着宽频及多频的应用方面发展，在具体制作技术上将朝着小型化、平面化及易于制作的方向发展。因此对于小型化环形天线的研究在RFID系统中有广阔的应用前景。
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线及终端，覆盖RFID频段，性能良好、尺寸小巧，适合应用在移动终端设备中。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，包括第一介质基板、第二介质基板、辐射贴片、接地板和反射器贴片，所述第一介质基板和第二介质基板上下设置，所述辐射贴片印制在第一介质基板的上表面，包括矩形框贴片、四个T形枝节和3dB电桥，四个T形枝节中心对称设置，每个T形枝节的竖边分别对应连接矩形框贴片的一侧边，且T形枝节的横边位于矩形框贴片内，所述3dB电桥沿矩形框贴片的对角线设于矩形框贴片的中心处，3dB电桥的两个输入端口分别与紧邻的矩形框贴片的对应侧边相连接，3dB电桥的两个输出端口作为馈电点，所述接地板印制在第一介质基板的下表面，所述反射器贴片印制在第二介质基板的上表面。
每个T形枝节的竖边分别对应连接矩形框贴片的一侧边的四分之一处。
每个T形枝节的横边分别与矩形框贴片的对应侧边相平行。
所述四个T形枝节的尺寸相同。
所述接地板包括矩形贴片和两个F形枝节，所述矩形贴片位于第一介质基板的下表面中心处，两个F型枝节一一对应位于紧邻两个馈电点的矩形贴片的侧边外侧，每个F形枝节的两个横边均与矩形贴片的对应侧边相连接，两个F形枝节的顶端均朝向矩形贴片的同一个直角处。
每个F型枝节的竖边分别与矩形贴片的对应侧边相平行。
所述两个F形枝节的尺寸相同。
所述反射器贴片呈矩形框状，且反射器贴片的每个侧边中部均向内凹。
所述第一介质基板和第二介质基板之间为空气层。
一种终端，所述终端包括上述应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：将辐射贴片的结构设计为双端口馈电，具有较好的端口隔离度，可以实现天线宽阻抗带宽和宽轴比带宽，同时对接地板结构的设计实现在定向辐射的同时，天线薄（低剖面）且能保证天线宽频带。该天线尺寸可为74.2mm×74.2mm×5mm，实现小型化。该天线性能良好、尺寸小巧，适合应用在移动终端设备中。
附图说明
图1为小型化MIMO阅读器天线的立体图；
图2为小型化MIMO阅读器天线的正视图；
图3为第一介质基板上表面的结构示意图；
图4为第一介质基板下表面的结构示意图；
图5为第二介质基板上表面的结构示意图；
图6为在俯视小型化MIMO阅读器天线时辐射贴片所在区域的示意图；
图7为在俯视小型化MIMO阅读器天线时接地板所在区域的示意图；
图8为在俯视小型化MIMO阅读器天线时反射器贴片所在区域的示意图；
图9为小型化MIMO阅读器天线的反射系数仿真结果图；
图10为小型化MIMO阅读器天线的圆极化轴比带宽仿真结果图；
图11为小型化MIMO阅读器天线在的XOZ面方向图；
图12为小型化MIMO阅读器天线端口间的隔离度图。
图中，1、第一介质基板，2、第二介质基板，3、辐射贴片，31、矩形框贴片，32、T形枝节，33、3dB电桥，4、接地板，41、矩形贴片，42、F形枝节，5、反射器贴片，6、空气层，A、馈电点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图8所示，一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线包括第一介质基板1、第二介质基板2、辐射贴片3、接地板4和反射器贴片5，第一介质基板1和第二介质基板2上下设置，第一介质基板1和第二介质基板2之间为空气层6，辐射贴片3、接地板4和反射器贴片5为三层导体，辐射贴片3为天线主体部分，辐射贴片3印制在第一介质基板1的上表面，接地板4印制在第一介质基板1的下表面，接地板4作为辐射贴片3中间耦合器的接地板，反射器贴片5印制在第二介质基板2的上表面，反射器贴片5用于实现天线的定向辐射。
如图3所示，辐射贴片3包括矩形框贴片31、四个T形枝节32和3dB电桥33，四个T形枝节32中心对称设置，每个T形枝节32的竖边分别对应连接矩形框贴片31的一侧边的四分之一处，且T形枝节32的横边位于矩形框贴片31内，3dB电桥33沿矩形框贴片31的对角线设于矩形框贴片31的中心处，3dB电桥33的两个输入端口分别与紧邻的矩形框贴片31的对应侧边相连接，每个T形枝节32的横边分别与矩形框贴片31的对应侧边相平行，T形枝节32的横边和竖边相垂直，3dB电桥33的两个输出端口作为馈电点A。辐射贴片3设计为双端口馈电，具有较好的端口隔离度，可以实现天线宽阻抗带宽和宽轴比带宽。图6中灰色填充区域为辐射贴片3。
图3中3dB电桥33的激励位于左下角的两个端口，右上角的两个端口直接对矩形框贴片31馈电。四个T形枝节32的结构相同且尺寸相等，矩形框贴片31宽度相等。
如图4所示，接地板4包括矩形贴片41和两个F形枝节42，矩形贴片41位于第一介质基板1的下表面中心处，两个F型枝节一一对应位于紧邻两个馈电点A的矩形贴片41的侧边外侧，每个F形枝节42的两个横边均与矩形贴片41的对应侧边相连接，每个F型枝节的竖边分别与矩形贴片41的对应侧边相平行，F型枝节的横边和竖边相垂直，两个F形枝节42的顶端均朝向矩形贴片41的同一个直角处。两个F形枝节42的结构相同且尺寸相等。图7中灰色填充区域为接地板4。
如图5所示，反射器贴片5呈矩形框状，且反射器贴片5的每个侧边中部均向内凹。通过反射器贴片5的设计可以实现在定向辐射的同时，天线薄（低剖面）且能保证天线宽频带。图8中灰色填充区域为反射器贴片5。
第一介质基板1和第二介质基板2为RF4介质基板，本实施例中采用型号为IT-8350G的介质基板。
一种终端，终端包括上述应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线。
该小型化MIMO阅读器天线通过调整3dB电桥33对环天线的馈电位置来激励RFID的高频（860-960MHz）频段。并通过调整向内弯折的矩形框状反射器贴片5等各参数值，可激发圆极化波，实现天线的圆极化。
本实施例中，该天线尺寸为74.2mm×74.2mm×5mm，比现有天线都小得多。具体尺寸有：两个介质基板厚度为0.504mm，矩形框贴片31为正矩形的环带，矩形框贴片31外沿每边长为72mm，内沿每边长为62mm；3dB电桥33的走线宽度分别为0.58mm、1.1mm。接地板4的尺寸为35mm×35mm。反射器贴片5宽度为5mm，向内弯折的长度为10.7mm。两层介质基板间的空气层6高5mm。
图9所示为小型化MIMO阅读器天线的反射系数S(1,1)的仿真结果，Freq表示频率；图10所示为小型化MIMO阅读器天线的圆极化轴比（Axial Ratio Value）带的宽仿真结果；图11所示为小型化MIMO阅读器天线在的XOZ面方向图；图12所示为小型化MIMO阅读器天线端口间的隔离度S(2,1)曲线。

Claims (10)

1.一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，包括第一介质基板、第二介质基板、辐射贴片、接地板和反射器贴片，所述第一介质基板和第二介质基板上下设置，所述辐射贴片印制在第一介质基板的上表面，包括矩形框贴片、四个T形枝节和3dB电桥，四个T形枝节中心对称设置，每个T形枝节的竖边分别对应连接矩形框贴片的一侧边，且T形枝节的横边位于矩形框贴片内，所述3dB电桥沿矩形框贴片的对角线设于矩形框贴片的中心处，3dB电桥的两个输入端口分别与紧邻的矩形框贴片的对应侧边相连接，3dB电桥的两个输出端口作为馈电点，所述接地板印制在第一介质基板的下表面，所述反射器贴片印制在第二介质基板的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，每个T形枝节的竖边分别对应连接矩形框贴片的一侧边的四分之一处。
3.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，每个T形枝节的横边分别与矩形框贴片的对应侧边相平行。
4.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，所述四个T形枝节的尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，所述接地板包括矩形贴片和两个F形枝节，所述矩形贴片位于第一介质基板的下表面中心处，两个F型枝节一一对应位于紧邻两个馈电点的矩形贴片的侧边外侧，每个F形枝节的两个横边均与矩形贴片的对应侧边相连接，两个F形枝节的顶端均朝向矩形贴片的同一个直角处。
6.根据权利要求5所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，每个F型枝节的竖边分别与矩形贴片的对应侧边相平行。
7.根据权利要求5所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，所述两个F形枝节的尺寸相同。
8.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，所述反射器贴片呈矩形框状，且反射器贴片的每个侧边中部均向内凹。
9.根据权利要求1所述的一种应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线，其特征在于，所述第一介质基板和第二介质基板之间为空气层。
10.一种终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求1-9任一项所述的应用于RFID的小型化MIMO阅读器天线。
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