CN110718742A - 一种小型化高增益rfid读写器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型化高增益RFID读写器天线，包括天线馈电板和安装在天线馈电板上的四个倒F天线单元，四个倒F天线单元围绕天线馈电板的中心对成分布，所述天线馈电板包括介质基材以及介质基材上下表面的金属层，其中下表面的是金属地层，上表面蚀刻有串馈微带线路。通过串馈微带线路和金属层与天线馈电板上方的四个倒F天线相连接，实现对四个天线单元等幅、90度旋转相位的馈电，可以在所需频段获得高增益的圆极化天线。本发明具有小型化、高效率的特点,非常适合应用于读写器等领域。

Description

一种小型化高增益RFID读写器天线
技术领域
本发明涉及一种小型化高增益RFID读写器天线，属于圆极化天线技术领域。
背景技术
超高频射频识别技术(UHF RFID)具有识别距离远、识别率高、传输速率高等显著优点,已经在物联网行业中得到了广泛的应用。RFID读写器通过天线与电子标签进行无线通信，可以实现对标签识别码和内存数据的读写操作。因此RFID读写器天线的性能对整个系统的互连。在各种应用场景中，往往希望得到更远的识别距离和更好的识别率，这就要求天线具有更高的增益；而作为一个手持设备，又往往希望天线的体积能够尽可能的小。根据天线的理论，天线的增益和带宽与天线的尺寸减缩存在一定的矛盾，因此开发具有小型化特征的高增益读写器天线技术显得非常必要。
目前行业内采用的读写器天线方案主要有两种：第一种是采用经典的陶瓷微带天线方案，采用单馈点微扰技术或者双馈点技术实现圆极化天线。这种方案的优点天线的剖面低尺寸较小，非常适合于设备的集成；缺点就是天线的带宽非常窄，天线的增益偏低而且方向图难以调整。第二种是采用多单元天线组合天线的方案，通过对每个单元赋予同样功率以及各个单元的相位做90度的旋转延迟技术来实现圆极化天线。这种方案的优点是天线增益相对微带天线更高，天线的带宽也更宽。缺点是尺寸相对微带天线要大许多，另外采用威尔金森功分器的馈电技术方案，形式比较复杂馈电的损耗也较大。
因此目前读写器天线的效率不佳，造成设备连接效率的降低和连接范围的减小，在实际的应用场景中带来了不便。
发明内容
针对上述问题，本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种小型化高增益RFID读写器天线。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种小型化高增益RFID读写器天线，包括天线馈电板和安装在天线馈电板上的四个倒F天线单元，四个倒F天线单元围绕天线馈电板的中心对成分布，所述天线馈电板包括介质基材以及介质基材上下表面的金属层，其中下表面的是金属地层，上表面蚀刻有串馈微带线路。通过串馈微带线路和金属层与天线馈电板上方的四个倒F天线相连接，实现对四个倒F天线单元等幅、90度旋转相位的馈电，可以在所需频段获得高增益的圆极化天线。每个独立的倒F天线单元可以通过弯折的方式减小所占面积。
进一步的技术方案是，所述串馈微带线路包括第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线，四个微带线首尾相连，并分别与四个倒F天线单元馈电。
进一步的技术方案是，所述第一微带线、第二微带线、第三微带线、第四微带线的阻抗均不相同，并且宽度和长度也有所不同。
进一步的技术方案是，所述倒F天线单元包括垂直段、接地段和水平段。
进一步的技术方案是，所述水平段为直线形式、折线形式、三角形状中的任意一种。
进一步的技术方案是，所述倒F天线单元由金属材料或PCB材料制成。
进一步的技术方案是，所述天线馈电板的形状是矩形、圆形、多边形中的任意一种。
本发明具有以下有益效果：本发明通过一串首尾相连的不同阻抗的微带线，为四个倒F天线单元连续馈电，通过简单的调节线长和线宽，就可以实现四个单元等幅以及90度连续相位差的馈电。这种馈电方式，除了微带线本身很小的介质以及金属损耗外，几乎就没有其它损耗了，因此它的馈电效率极高，获得了目前同尺寸下最高的天线增益。通过天线辐射单元的设计，实现了很好的匹配带宽，通过天线单元水平部分的曲折，控制了整个天线的尺寸，从而在小型化的同时获得了很好的天线增益与圆极化带宽，使得天线电气性能更好。
附图说明
图1是本发明实施例一的的小型化高增益读写器天线结构示意图；
图2是本发明的实施例一的的天线馈电板的主视结构示意图；
图3是本发明的实施例一的的天线馈电板的侧视结构示意图；
图4是本发明的实施例二的小型化高增益读写器天线结构示意图；
图5是本发明的实施例一的小型化高增益读写器天线的增益曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
实施例一
参考图1和图2，本发明中的一种小型化高增益读写器天线，包括天线馈电板1和安装在天线馈电板1上的四个倒F天线单元2，四个倒F天线单元2围绕天线馈电板1的中心对成分布，所述天线馈电板1包括介质基材11以及介质基材11上下表面的金属层，其中下表面的是金属地层12，上表面蚀刻有串馈微带线路13。天线馈电板1选用低损耗的高频线路板材料。具体地，天线馈电板的形状可以是矩形，也可以是圆形、多边形等其他形状。
参考图2，具体地，串馈微带线路13包含第一微带线131、第二微带线132、第三微带线133、第四微带线134四段微带线，这四段微带线首尾相连，依次为位于天线馈电板上的四个倒F天线单元2馈电。每段微带线的长度都约为在介质基板中天线工作波长的四分之一，从而实现每个倒F天线单元2的收发信号的相位以90度的间隔变化，最终四个单元的相对相位差是0度、90度、180度、270度。另一方面，这四段微带线的宽度逐次变小，通过一定的优化设计，可以实现每个倒F天线单元2的信号等功率分配。实现以上两点，四个倒F天线单元2的组合就形成了一个宽带的圆极化天线。
具体地，在实施例一中，四个倒F天线单元2的材质形式是可焊接的金属，每个倒F天线单元2都是整体成型，完全一致。倒F天线单元由垂直段21、接地段22和水平段23连接组成。垂直段21和水平段23的总长度约等于空气中天线工作波长的四分之一，水平段23的长度远大于垂直段21。垂直21段和接地段22的长度近似相同，垂直段21分别焊接在每段微带线相连的馈电点处，接地段22则和天线馈电板背面的金属地层12焊接相连。
具体地，倒F天线单元2的水平段23可以是直线的形式，也可以是图1中所显示的折线形式，这样做的好处是可以减小天线所需要空间。折线段在具体实施例一中可以包含两条或更多不同长度线段组成，这样做可对天线的带宽带来有益的提升。
实施例二
参考图4，本发明中的实施例二提供了一种小型化高增益读写器天线，它同样能包括天线馈电板1和四个倒F天线单元2组成。
具体地，在实施例二中，四个倒F天线单元2的材质形式是低损耗的高频线路板材料。倒F天线单元同样由垂直段21、接地段22和水平段23连接组成，它们都是蚀刻在线路板上的金属线。垂直段21和水平段23的总长度约等于介质材料中天线工作波长的四分之一，水平段23的长度远大于垂直段21。垂直段21和接地段22的长度近似相同，垂直段21分别焊接在每段串馈线段相连的馈电点处，接地段22则和天线馈电板背面的金属地层焊接相连。
具体地，倒F天线单元4的水平段23可以是直线的形式，也可以是图4中所显示的三角形状，这样做的好处是可以改善天线的阻抗匹配，提升天线的带宽。
参考图5，给出了具体实施例一下天线的增益曲线，可以看到在工作频段天线增益超过了5dBi，这相对于目前现有的天线性能有了明显的提升。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，包括天线馈电板(1)和安装在天线馈电板(1)上的四个倒F天线单元(2)，四个倒F天线单元(2)围绕天线馈电板(1)的中心对成分布，所述天线馈电板(1)包括介质基材(11)以及介质基材(11)上下表面的金属层，其中下表面的是金属地层(12)，上表面蚀刻有串馈微带线路(13)。
2.根据权利要求1所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述串馈微带线路(13)包括第一微带线(131)、第二微带线(132)、第三微带线(133)、第四微带线(134)，四个微带线首尾相连，并分别与四个倒F天线单元(2)馈电。
3.根据权利要求2所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述第一微带线(131)、第二微带线(132)、第三微带线(133)、第四微带线(134)的阻抗均不相同，并且宽度和长度也有所不同。
4.根据权利要求2所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述倒F天线单元(2)包括垂直段(21)、接地段(22)和水平段(23)，所述垂直段(21)焊接在每段微带线相连的馈电点处，接地段(22)则和天线馈电板背面的金属地层(12)焊接相连。
5.根据权利要求3所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述水平段(23)为直线形式、折线形式、三角形状中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述倒F天线单元(2)由金属材料或PCB材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种小型化高增益RFID读写器天线，其特征在于，所述天线馈电板(1)的形状是矩形、圆形、多边形中的任意一种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112688051A (zh) * 2020-12-16 2021-04-20 深圳市鸿陆技术有限公司 Rfid天线和rfid读写器
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