CN108963426A - 一种宽频带rfid读写器天线 - Google Patents

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刘海文
于兵
李泽豪
李庆芬
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Abstract

本发明公开一种宽频带RFID读写器天线，包括一介质支撑锥台：一辐射单元；辐射单元附着在介质支撑锥台表面；一馈电巴伦；馈电巴伦安装与介质支撑锥台的中部；辐射单元包括两条金属带，金属带在介质支撑锥台表面绕行形成螺旋线，本发明解决了现有技术中为了减小天线尺寸而牺牲天线的带宽的技术问题。

Description

一种宽频带RFID读写器天线
技术领域
本发明涉及无线电通信领域技术领域，尤其涉及一种宽频带RFID读写器天线。
背景技术
随着现代无线通信技术以及天线技术的发展，天线设计正朝着小型化、宽频带的方向发展。传统的微带天线带宽仅为5％左右，频带不够宽。目前军用和民用领域都对天线工作频率范围要求较大，太窄的带宽导致很多天线不能满足技术要求而被弃用。宽频带圆极化天线具有多方面的宽频带特性，且具有传输速率快，高效率，抗干扰能力强的优点，被广泛应用于无线电通信领域。
现有的宽频带圆极化天线如阿基米德天线，平面等角螺旋天线等结构上较为单一，在频带确定的情况下，很难在尺寸上作进一步的缩小，往往为了减小尺寸而牺牲天线的带宽。
授权号为：CN 104112898 B的发明专利公开了新型小型化超宽带圆极化天线，包括平面等角螺旋天线部分，球面螺旋天线部分，天线馈电巴伦以及天线反射腔体；天线的馈电巴伦从天线底部穿过天线反射腔体后与平面螺旋天线部分圆心附近的螺旋双臂始端相连接；该专利以平面等角螺旋天线与球面螺旋天线相结合的形式，实现其小型化的目的，但是这种天线不利于加工。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽频带RFID读写器天线，解决了现有技术中为了减小天线尺寸而牺牲天线的带宽的技术问题。
一种宽频带RFID读写器天线，包括一介质支撑锥台：
一辐射单元；所述辐射单元附着在介质支撑锥台表面；
一馈电巴伦；所述馈电巴伦安装与所述介质支撑锥台的中部；
所述辐射单元包括两条金属带，所述金属带在介质支撑锥台表面绕行形成螺旋线。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步地，所述介质支撑锥台的正面投影两侧边为抛物线。
进一步地，所述螺旋线的内侧面与介质支撑锥台的外表面接触。
进一步地，所述螺旋线的水平投影为平面等角螺旋线。
进一步地，所述馈电巴伦结构为双面覆有铜贴片的PCB板。
进一步地，所述铜贴片的宽度自上而下逐渐变大，所述铜贴片的上端与两条所述金属带的上端连接，且铜贴片的下端位于所述介质支撑锥台底部用于连接微波信号的输入。
本发明的有益效果：
本发明提供一种宽频带RFID读写器天线，将传统的平面等角螺旋天线通过拉锥的形式，在保证宽频带的同时，进一步减小天线的尺寸；本发明天线具有宽频带特性，带宽为200MHz，在工作带宽内天线增益优于6.3dB，天线效率优于80％，轴比优于2dB，且天线具有紧凑的结构和较好的方向性；本发明中螺旋线的投影为抛物线具有更为平滑的外观，更为紧凑的结构，从仿真结果看相同尺寸下制备的天线具有更好地天线性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例所述的一种宽频带RFID读写器天线的俯视图；
图2为本发明具体实施例所述的一种宽频带RFID读写器天线的螺旋线的主视图；
图3为本发明具体实施例所述的一种宽频带RFID读写器天线的介质支撑锥台的正面投影图；
图4为本发明具体实施例所述的一种宽频带RFID读写器天线的介质支撑锥台的水平投影图；
图5为本发明具体实施例所述一种宽频带RFID读写器天线的馈电巴伦结构主视图；
图6为本发明的仿真与实测驻波图；
图7为天线的仿真方向图；
附图标记：
1-介质支撑锥台；2-辐射单元；3-馈电巴伦；
201-金属带；202-螺旋线；
301-铜贴片；302-PCB板。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1-4所示，本发明所提供的一种宽频带RFID读写器天线，包括一介质支撑锥台1：
一辐射单元2；所述辐射单元2附着在介质支撑锥台1表面；
一馈电巴伦3；所述馈电巴伦3安装与所述介质支撑锥台1的中部；
所述辐射单元2包括两条金属带201，所述金属带201在介质支撑锥台1表面绕行形成螺旋线202。
本发明的结构如图1所示，宽频带RFID读写器天线由辐射单元2、介质支撑锥台1以及馈电巴伦单元3这三部分组成，其中辐射单元由平面等角螺旋结构通过拉锥形成,椎体轮廓线为抛物线，材料为铜等金属导电材质；介质衬底在整个天线中起到支撑和绝缘作用，可以用介质绝缘材料制成如聚四氟乙烯等；馈电部分为一个渐变结构的巴伦结构，在整个天线中起到阻抗匹配的作用；
其中，所述介质支撑锥台1的正面投影两侧边为抛物线，所述螺旋线的内侧面与介质支撑锥台的外表面接触。
其中，所述螺旋线202的水平投影为平面等角螺旋线。
其中，所述馈电巴伦结构3为双面覆有铜贴片301的PCB板302。
其中，所述铜贴片301的宽度自上而下逐渐变大，所述铜贴片301的上端与两条所述金属带201的上端连接，且铜贴片301的下端位于所述介质支撑锥台1底部用于连接微波信号的输入。
在生产时，首先用金属导电材料加工出图2所示的天线辐射单元结构，该结构由两条金属带构成椎体形状的等角螺旋结构，然后将该天线辐射单元附着在图3的介质衬底圆锥台结构之上；馈电巴伦结构为双面覆铜PCB板结构，上下两面的结构一致，均由渐变的铜贴片结构形成天线的馈电结构。在具体使用中，需要在天线介质衬底的中间掏出一个矩形体的槽如图3所示，然后将馈电巴伦装入介质衬底中，其中馈电巴伦的底端置于衬底圆台的底部用于连接微波信号的输入，上端上下两面分别与等角螺旋的两条金属带相连；
本发明和现有产品相比，本发明最大的优势在于更为紧凑的尺寸以及更佳的天线性能；天线的效率相比同类的天线，要高5％，增益要高0.5dB左右，轴比特性也更为平坦。
图6为天线的仿真与实测驻波图，虚线为仿真结果，实线为测试结果，从图6可以看出天线的带宽为800-1000MHz，完全可以满足目前UHF频段的RFID应用；
图7(a)是对实施例天线仿真得到的900MHz的天线在xz平面(实线所示)和yz平面的方向图(虚线所示)，方向图表征工作频带内天线在空间的辐射能量分布。由图可知天线在两个主辐射平面(-90度-90度)内具有较好的方向性，可以满足RFID在某些应用场合对方向性的要求；
图7(b)是对实施例天线仿真得到的右旋圆极化(实线)和左旋圆极化(虚线)方向图，给出了900MHz的方向图。方向图表征工作频带内天线在空间的辐射能量分布。从结果可以看出本发明天线在工作频带内都具有良好的定向性，0度方向对应右旋圆极化波，180度方向对应左旋圆极化波，并且0度方向的辐射明显强于180度方向。此外，在±80°范围内，左旋圆极化波显著小于右旋圆极化波，说明天线在前向区域的轴比指标较高，可良好满足RFID应用中圆极化波的需求。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种宽频带RFID读写器天线，包括一介质支撑锥台：
一辐射单元；所述辐射单元附着在介质支撑锥台表面；
一馈电巴伦；所述馈电巴伦安装与所述介质支撑锥台的中部；
其特征在于，所述辐射单元包括两条金属带，所述金属带在介质支撑锥台表面绕行形成螺旋线。
2.根据权利要求1所述的一种宽频带RFID读写器天线，其特征在于，所述介质支撑锥台的正面投影两侧边为抛物线。
3.根据权利要求2所述的一种宽频带RFID读写器天线，其特征在于，所述螺旋线的内侧面与介质支撑锥台的外表面接触。
4.根据权利要求3所述的一种宽频带RFID读写器天线，其特征在于，所述螺旋线的水平投影为平面等角螺旋线。
5.根据权利要求4所述的一种宽频带RFID读写器天线，其特征在于，所述馈电巴伦结构为双面覆有铜贴片的PCB板。
6.根据权利要求5所述的一种宽频带RFID读写器天线，其特征在于，所述铜贴片的宽度自上而下逐渐变大，所述铜贴片的上端与两条所述金属带的上端连接，且铜贴片的下端位于所述介质支撑锥台底部用于连接微波信号的输入。
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