CN109066106A - 一种rfid射频识别组合天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种RFID射频识别组合天线，其包括PCB板以及设于PCB板上方的微带辐射单元和PIFA单元组；微带辐射单元位于PCB板上表面中心的上方；PIFA单元组包括至少3个以上的PIFA单元，3个以上的PIFA单元均匀分布在PCB板上表面的外边沿，PCB板的上表面刻蚀有相互独立的微带馈电网络和PIFA馈电网络，PCB板的下表面设有反射地；微带馈电网络设有一输出端和至少一个输入端，PIFA馈电网络设有一个输出端以及不少于PIFA单元个数的输入端，微带辐射单元与微带馈电网络的输入端连接，3个以上的PIFA单元分别与PIFA馈电网络的一个输入端连接。本发明中将微带与PIFA相结合增大天线增益，降低成本。

Description

一种RFID射频识别组合天线
技术领域
本发明涉及RFID射频识别天线，尤其涉及一种RFID射频识别组合天线。
背景技术
射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。随着技术理论的不断发展，RFID在身份识别，交通运输、物资追踪等领域有着广泛的应用。
射频识别技术中，标签天线的设计是关键技术之一。作为RFID通信系统中的收发设备，天线性能的好坏直接影响到整个系统的质量。在一些特定场景下，比如：车间生产线上指定区域内物品的检测与追踪。在该类场景中，带有标签的物体在指定区域内才可以被读取到，而离开指定区域不会被读取到。RFID系统此时就需要一个区域可控的近场读写器天线，该天线仅工作于非常近的区域，当远离天线时，其远场电场迅速衰减；在近场工作区域电场分布均匀，并且根据需求可以面积可调；天线在工作频段做到良好的匹配。
标签天线的设计存在很大的挑战和困难，例如：应用环境给标签带来的影响，不同标签IC电路的阻抗匹配，尽可能宽的工作带宽等。因此，克服这些挑战和困难，加强射频识别标签天线的研究具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种RFID射频识别组合天线，用于解决现有RFID天线方案近场辐射范围窄，标签扫描不全，成本高等问题，广泛应用于便利柜，冰箱等互联网新零售场景。
本发明采用的技术方案是：
一种RFID射频识别组合天线，其包括PCB板以及设于PCB板上方的微带辐射单元和PIFA单元组；所述微带辐射单元位于PCB板上表面中心的上方；所述PIFA单元组包括至少3个以上的PIFA单元，3个以上的PIFA单元均匀分布在PCB板上表面的外边沿，PCB板的上表面刻蚀有相互独立的微带馈电网络和PIFA馈电网络，PCB板的下表面设有反射地；微带馈电网络设有一输出端和至少一个输入端，PIFA馈电网络设有一个输出端以及不少于PIFA单元个数的输入端，所述微带辐射单元与微带馈电网络的输入端连接， 3个以上的PIFA单元分别与PIFA馈电网络的一个输入端连接。
进一步地，所述微带辐射单元通过馈电探针与微带馈电网络的输入端连接。
进一步地，微带馈电网络的具有两个输入端，微带辐射单元采用两根距离微带辐射单元中心40mm且角度相差90°的馈电探针分别连接微带馈电网络的两个输入端。
进一步地，所述微带辐射单元通过尼龙螺丝设于PCB板上方，且微带辐射单元与PCB板的间距为10mm。
进一步地，所述PIFA单元包括主辐射体、短路墙及馈电臂；PIFA单元的主辐射体平行于PCB板设置，PIFA单元的馈电臂对应连接PIFA馈电网络的一个输入口，PIFA单元的短路墙穿过PCB板并与PCB板下表面的反射地电连接。
进一步地，所述PIFA单元采用不锈钢材料，并在表面镀镍处理。
进一步地，PIFA单元为4个，4个PIFA单元围绕PCB板中心以90°角旋转分布，PIFA馈电网络为一分四馈电网络，4个PIFA单元分别电连接相对应一分四馈电网络的4个输入端口。
进一步地，微带馈电网络和PIFA馈电网络由威尔金森功分器或T形功分器或环形耦合器构造成型。
进一步地，微带馈电网络由一个威尔金森功分器构成，微带馈电网络的威尔金森功分器的主接头作为微带馈电网络的输出端，微带馈电网络的威尔金森功分器的分接头作为微带馈电网络的输入端，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端口的相位差为90°；PIFA馈电网络是由3个威尔金森功分器构成的一分四馈电网络，PIFA馈电网络的其中两个威尔金森功分器的各自的两个分接头分别作为PIFA馈电网络的输入端，PIFA馈电网络的该两个威尔金森功分器的主接头再分别与PIFA馈电网络的最后一个威尔金森功分器的一个分接头电连接，PIFA馈电网络的最后一个威尔金森功分器的主接头作为PIFA馈电网络的输出端，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端口的相位差为90°。
进一步地，微带馈电网络的威尔金森功分器的分接头之间设有第一隔离电阻；PIFA馈电网络的该两个威尔金森功分器各自的分接头之间设有第二隔离电阻。
进一步地，其还包括SMA连接线，SMA连接线的芯线分别电连接微带馈电网络的输出端和PIFA馈电网络的输出端，SMA连接线的屏蔽层连接反射地。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，本发明提供的一种PIFA振子天线具有如下优点:1、调整PIFA振子的长度、短路墙的高度等各参数值，天线的阻抗可调节为50欧姆，实现天线与输入端同轴馈电端口的匹配，激励出RFID谐振，实现宽阻抗带宽。2、调整馈电网络各参数值，可激发圆极化波，实现天线的圆极化，扩宽轴比带宽。3、本发明中采用微带与PIFA相结合的方式，将两个不同类型的天线融合在一个天线上，不仅增大了天线的增益，还降低了成本。本发明适用于物联网RFID识别系统，具有广阔的应用前景。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种RFID射频识别组合天线的俯视示意图；
图2为本发明一种RFID射频识别组合天线的PCB板上表面结构示意图；
图3为本发明一种RFID射频识别组合天线的PIFA单元结构示意图；
图4为本发明一种RFID射频识别组合天线的回波损耗曲线图；
图5为本发明一种RFID射频识别组合天线的的轴比曲线图；
图6为本发明一种RFID射频识别组合天线的的增益辐射方向图。。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1-6之一所示，本发明提供了一种RFID射频识别组合天线，其包括PCB板1以及设于PCB板1上方的微带辐射单元12和PIFA单元组；所述微带辐射单元12位于PCB板1上表面中心的上方；所述PIFA单元组包括至少3个以上的PIFA单元11，3个以上的PIFA单元11均匀分布在PCB板1上表面的外边沿，PCB板1的上表面刻蚀有相互独立的微带馈电网络2和PIFA馈电网络3，PCB板1的下表面设有反射地（图中未标志）；微带馈电网络2设有一输出端125和至少一个输入端124，PIFA馈电网络3设有一个输出端120以及不少于PIFA单元11个数的输入端122，所述微带辐射单元12与微带馈电网络2的输入端124连接， 3个以上的PIFA单元11分别与PIFA馈电网络3的一个输入端122连接。
进一步地，所述微带辐射单元12通过馈电探针13与微带馈电网络2的输入端连接。
进一步地，微带馈电网络2的具有两个输入端124，微带辐射单元12采用两根距离微带辐射单元12中心40mm且角度相差90°的馈电探针13分别连接微带馈电网络2的两个输入端124。
进一步地，所述微带辐射单元12通过尼龙螺丝4设于PCB板上方，且微带辐射单元12与PCB板1的间距为10mm。
进一步地，所述PIFA单元11包括主辐射体110、短路墙112及馈电臂111；PIFA单元11的主辐射体110平行于PCB板1设置，PIFA单元11的馈电臂111对应连接PIFA馈电网络3的一个输入口122，PIFA单元11的短路墙112穿过PCB板1并与PCB板1下表面的反射地电连接。
进一步地，所述PIFA单元11采用不锈钢材料，并在表面镀镍处理。
进一步地，PIFA单元11为4个，4个PIFA单元11围绕PCB板1中心以90°角旋转分布，PIFA馈电网络3为一分四馈电网络，4个PIFA单元11分别电连接相对应一分四馈电网络的4个输入端口122。
进一步地，微带馈电网络2和PIFA馈电网络3由威尔金森功分器或T形功分器或环形耦合器构造成型。
进一步地，微带馈电网络2由一个威尔金森功分器构成，微带馈电网络2的威尔金森功分器的主接头作为微带馈电网络2的输出端125，微带馈电网络2的威尔金森功分器的分接头作为微带馈电网络2的输入端124，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端口124的相位差为90°，微带馈电网络2的威尔金森功分器的分接头之间设有第一隔离电阻126；PIFA馈电网络3是由3个威尔金森功分器构成的一分四馈电网络，PIFA馈电网络3的其中两个威尔金森功分器的各自的两个分接头分别作为PIFA馈电网络3的输入端122，PIFA馈电网络3的该两个威尔金森功分器各自的分接头之间设有第二隔离电阻123，PIFA馈电网络3的该两个威尔金森功分器的主接头再分别与PIFA馈电网络3的最后一个威尔金森功分器的一个分接头电连接，PIFA馈电网络3的最后一个威尔金森功分器的主接头作为PIFA馈电网络3的输出端120，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端122的相位差为90°。第一隔离电阻126和第二隔离电阻123的设置用于吸收反射信号，提高相关端口的隔离度。
进一步地，其还包括SMA连接线（图中未表示），SMA连接线的芯线分别电连接微带馈电网络2的输出端125和PIFA馈电网络3的输出端120，SMA连接线的屏蔽层连接反射地。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，本发明提供的一种PIFA振子天线具有如下优点:1、调整PIFA振子的长度、短路墙的高度等各参数值，天线的阻抗可调节为50欧姆，实现天线与输入端同轴馈电端口的匹配，激励出RFID谐振，实现宽阻抗带宽。2、调整馈电网络各参数值，可激发圆极化波，实现天线的圆极化，扩宽轴比带宽。3、本发明中采用微带与PIFA相结合的方式，将两个不同类型的天线融合在一个天线上，不仅增大了天线的增益，还降低了成本。本发明适用于物联网RFID识别系统，具有广阔的应用前景。

Claims (10)

1. 一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：其包括PCB板以及设于PCB板上方的微带辐射单元和PIFA单元组；所述微带辐射单元位于PCB板上表面中心的上方；所述PIFA单元组包括至少3个以上的PIFA单元，3个以上的PIFA单元均匀分布在PCB板上表面的外边沿，PCB板的上表面刻蚀有相互独立的微带馈电网络和PIFA馈电网络，PCB板的下表面设有反射地；微带馈电网络设有一输出端和至少一个输入端，PIFA馈电网络设有一个输出端以及不少于PIFA单元个数的输入端，所述微带辐射单元与微带馈电网络的输入端连接， 3个以上的PIFA单元分别与PIFA馈电网络的一个输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带辐射单元通过馈电探针与微带馈电网络的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带馈电网络的具有两个输入端，微带辐射单元采用两根距离微带辐射单元中心40mm且角度相差90°的馈电探针分别连接微带馈电网络的两个输入端。
4.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带辐射单元通过尼龙螺丝设于PCB板上方，且微带辐射单元与PCB板的间距为10mm。
5.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述PIFA单元包括主辐射体、短路墙及馈电臂；PIFA单元的主辐射体平行于PCB板设置，PIFA单元的馈电臂对应连接PIFA馈电网络的一个输入口，PIFA单元的短路墙穿过PCB板并与PCB板下表面的反射地电连接。
6.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述PIFA单元为4个，4个PIFA单元围绕PCB板中心以90°角旋转分布，PIFA馈电网络为一分四馈电网络，4个PIFA单元分别电连接相对应一分四馈电网络的4个输入端口。
7.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带馈电网络和PIFA馈电网络由威尔金森功分器或T形功分器或环形耦合器构造成型。
8.根据权利要求1或6所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带馈电网络由一个威尔金森功分器构成，微带馈电网络的威尔金森功分器的主接头作为微带馈电网络的输出端，微带馈电网络的威尔金森功分器的分接头作为微带馈电网络的输入端，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端口的相位差为90°；PIFA馈电网络是由3个威尔金森功分器构成的一分四馈电网络，PIFA馈电网络的其中两个威尔金森功分器的各自的两个分接头分别作为PIFA馈电网络的输入端，PIFA馈电网络的该两个威尔金森功分器的主接头再分别与PIFA馈电网络的最后一个威尔金森功分器的一个分接头相连接，PIFA馈电网络的最后一个威尔金森功分器的主接头作为PIFA馈电网络的输出端，并通过控制微带走线的长度实现两个相邻输入端口的相位差为90°。
9.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：所述微带馈电网络的威尔金森功分器的分接头之间设有第一隔离电阻；PIFA馈电网络的该两个威尔金森功分器各自的分接头之间设有第二隔离电阻。
10.根据权利要求1所述的一种RFID射频识别组合天线，其特征在于：其还包括SMA连接线，SMA连接线的芯线分别电连接微带馈电网络的输出端和PIFA馈电网络的输出端，SMA连接线的屏蔽层连接反射地。
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