CN201017323Y - 超高频多极化捷变射频识别读写器天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超高频多极化捷变射频识别读写器天线，包括双极化天线(1)和电控射频分配网络(2)，电控射频分配网络(2)包括单刀双掷射频开关(6、7)、单刀四掷射频开关(8)、3db分支线定向耦合器(9)和控制电路(18)；控制电路(18)分别与单刀双掷射频开关(6、7)、单刀四掷射频开关(8)连接；电缆(21)通过电容(22)与单刀四掷射频开关(8)连接，还通过电感(20)和电容(19)组成的滤波电路与控制电路(18)连接。本实用新型专利实现的多极化捷变读写器天线，可以实现多种极化，保证电子标签在不同的极化和摆放状态下都能可靠地读取，从而提高射频识别系统的可靠性。

Description

超高频多极化捷变射频识别读写器天线

技术领域

本实用新型涉及射频天线，特别是涉及一种超高频多极化捷变射频识别读写器天线。

背景技术

射频识别是利用射频技术实现物体自动识别。射频识别系统主要包含有读写器和电子标签两部分，其中电子标签附在物体上面并包含有唯一的一个ID号和物品的信息；读写器用于读取电子标签上的信息，从而实现物体的自动识别。射频识别系统工作时，由读写器通过天线发出射频信号，电子标签接收到读写器发出的读写指令后，返回射频信号进行响应，把ID号和物品信息传递给读写器，从而实现物品自动识别。

对于射频识别系统来讲，读写器与标签天线之间的读写距离是重要指标。这个指标与读写器天线辐射的电磁波所采用的极化方式、标签天线的极化方式以及标签天线的摆放方向有关，为了使读写距离最远，要求读写器天线与标签的极化方式刚好匹配。常用的极化方式有左旋圆极化、右旋圆极化、垂直线极化、水平线极化等。

受尺寸的限制，电子标签上的天线大都采用直线极化方式，在实际应用中，由于标识的物体摆放的随机性和电波传输路径的多样性，电子标签的极化方式不确定，可能是水平极化的，也可能是垂直极化的，还有可能是左旋或右旋圆极化的。现有的读写器天线都采用单一极化的方式，这样就会带来读写的盲区，使射频识别系统工作的可靠性降低。为了提高系统工作的可靠性，需要读写器天线能够适应电子标签各种极化方式和摆向。

从资料和专利文献上看，没有发现有用于RFID读写器上的极化捷变天线。在文献(张岩，吕善伟，佟木林，IC卡读写器用的一种四元振子天线分析，宇航计测技术，2003，(23)5：20-26)中提到一种四元振子的IC卡读写器天线，但是没有提到多极化能力。专利号为200410090146的中国专利提到一种用于RFID系统中的环形线圈天线，但不具有多极化能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术由于电子标签极化方式和摆向的不确定而带来的射频识别系统工作不可靠的缺点，提供一种超高频多极化捷变射频识别读写器天线，在读写器天线上采用多极化快速切换方式，使读写器天线能对多种极化方式和极化方向的电波进行辐射和接收。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

超高频多极化捷变射频识别读写器天线，包括双极化天线和电控射频分配网络，双极化天线和电控射频分配网络通过端口一和端口二相连；所述电控射频分配网络包括两单刀双掷射频开关、单刀四掷射频开关、3db分支线定向耦合器和控制电路；所述单刀四掷射频开关中的两个输出经过馈线与3db分支线定向耦合器输入相连，3db分支线定向耦合器的输出用两条等长馈线分别接到两个单刀双掷开关，单刀四掷另外两个输出经过馈线也分别接到两个单到双掷；所述控制电路分别与单刀双掷射频开关、单刀四掷射频开关连接；电缆通过电容与单刀四掷射频开关连接，还通过电感和电容组成的滤波电路与控制电路连接。

所述双极化天线采用串馈微带天线阵列，包括微带贴片、两个馈电端口端和分配电路，微带贴片是印制在电路板上的圆形或矩形金属，微带贴片之间用弯折线连接，组成天线阵列的，用于辐射或接收电磁波，分配电路把端口送来的射频信号分配到各微带天线单元，如图2所示，端口4来的射频信号经过馈线平分到微带贴片32和微带贴片33，然后通过微带贴片31和微带贴片32之间的弯折线及微带贴片33和微带贴片34间的弯折线送到微带贴片33和微带贴片34，端口5来的射频信号经过馈线平分到微带贴片33和微带贴片34，然后通过微带贴片32和微带贴片33之间的弯折线及微带贴片31和微带贴片34间的弯折线送到微带贴片31和微带贴片32，组成双极化串馈天线阵，微带贴片之间的连接线采用了弯折线以保证微带贴片之间的间距满足天线的增益和波瓣宽度的要求。

实用新型原理为：空间的电磁波的电场可以看成由垂直和水平两个正交的分量合成产生，当只有垂直分量时，电磁波为垂直极化；当只有水平分量时，电磁波为水平极化，当两个分量幅度相等，相位相差正或负90度时，电磁波为左旋或右旋圆寂化，本实用新型专利设计一个双极化天线阵列，该天线具有两个端口，分别辐射和接收电磁波的垂直和水平分量，再设计一个电控射频分配网络，控制送到这两个端口信号的幅度和相位，当只使用垂直分量端口时，天线辐射和接收垂直极化波，当只使用水平分量端口时，天线为辐射和接收水平计划波，当同时时用两个端口，而且控制两个端口信号的幅度相等、相位相差正或负90度，则天线辐射和接收左旋或右旋圆极化波，从而保证天线可以在不同极化方式和极化方向都能工作。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本实用新型可以实现多种极化。其双极化天线有两个端口，两个端口分别对应两种极化方向正交的直线极化。送到这两个端口的射频信号关系不同，双极化天线的极化方式也不同，可以实现垂直直线极化、水平直线极化、左旋圆极化和右旋圆极化。

(2)本实用新型根据从读写器送来的控制信号控制射频切换开关，切换射频分配网络，射频分配网络根据各射频切换开关的开关状态不同，到双极化天线的两个端口的相位关系不同，辐射和接收到的极化方式和指向不同，从而可以读取不同极化、不同指向的电子标签，保证电子标签在不同的极化和摆放状态下都能可靠地读取，提高了射频识别系统的可靠性。

附图说明

图1是超频多极化捷变射频识别读写器天线原理示意图。

图2是双极化天线正视图。

图3是双极化天线右视图。

图4是控制电路的原理图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步地描述。

如图1、2和图3所示，本实用新型的超高频多极化捷变射频识别读写器天线包含两部分：双极化天线1和电控射频分配网络2。如图1所示。双极化天线1和电控射频分配网络2通过端口一4和端口二5相连。

双极化天线1如图2和图3所示，双极化天线1采用串馈微带天线阵列，包括微带贴片31、32、33、34、端口一4、端口二5和分配电路，微带贴片31、32、33、34是印制在电路板上的圆形或矩形金属，微带贴片之间用弯折线连接，组成天线阵列的，用于辐射或接收电磁波，分配电路把端口送来的射频信号分配到各微带天线单元，如图2所示，端口4来的射频信号经过馈线平分到微带贴片32和微带贴片33，然后通过微带贴片31和微带贴片32之间的弯折线及微带贴片33和微带贴片34间的弯折线送到微带贴片33和微带贴片34，端口5来的射频信号经过馈线平分到微带贴片33和微带贴片34，然后通过微带贴片32和微带贴片33之间的弯折线及微带贴片31和微带贴片34间的弯折线送到微带贴片31和微带贴片32，组成双极化串馈天线阵，微带贴片之间的连接线采用了弯折线以保证微带贴片之间的间距满足天线的增益和波瓣宽度的要求。如果信号只从端口一4进去，端口二5不输入信号，可以实现水平极化；如果信号只从端口二5进去，端口一4不输入信号，可以实现垂直极化；如果信号同时从端口一4和端口二5，两端口相位相差正或负90度，可以实现左旋或右旋圆极化。

如图1所示，电控射频分配网络2主要由单刀双掷射频开关6、7、单刀四掷射频开关8、3db分支线定向耦合器9和控制电路18组成。单刀四掷射频开关8其中的两个输出经过馈线13、14与3db分支线定向耦合器9输入相连，3db分支线定向耦合器9的输出用两条等长馈线16和17分别接到两个单刀双掷开关6和7，单刀四掷另外两个输出经过馈线10和11也分别接到两个单到双掷6和7。控制电路18分别与单刀双掷射频开关6、7、单刀四掷射频开关8连接；电缆21通过电容22与单刀四掷射频开关8连接，还通过电感20和电容19组成的滤波电路与控制电路18连接。

从读写器来的控制信号与射频信号都通过电缆21送到天线，用电感20和电容19组成的滤波电路把控制信号从电缆中分离出来，送控制电路产生控制信号控制两个单刀双掷射频开关和单刀四掷射频开关。电容22把射频信号从电缆中分离出来送单刀四掷射频开关8。

如图4所示，控制电路18由稳压电路41、4个电压比较器42、43、44、45和CPLD逻辑电路46组成。稳压电路41分别与4个电压比较器42、43、44、45和CPLD逻辑电路46连接，为其电路提供电源，四个电压比较器42、43、44、45还分别与电感20以及CPLD逻辑电路46连接，电压比较器42、43、44、45检测电缆送来的电压，结果送CPLD逻辑电路46译码产生4路控制射频开关的控制信号。当电缆送来直流电平1时，CPLD逻辑电路46根据电压比较器的结果输出信号控制单刀双掷射频开关7和单刀四掷射频开关8都打到馈线10，射频信号送双极化天线端口4，端口5没有信号，天线为水平极化，辐射和接收水平极化波。当电缆送来直流电平2时，CPLD逻辑电路46根据电压比较器的结果输出信号控制单刀双掷射频开关6和单刀四掷射频开关8都打到馈线11，射频信号送双极化天线端口5，端口4没有信号，天线为垂直极化，辐射和接收垂直极化波。当电缆送来直流电平3时，CPLD逻辑电路46根据电压比较器的结果输出信号控制单刀双掷射频开关7打到馈线16，单刀双掷射频开关6打到馈线17，单刀四掷射频开关8打到馈线13，双极化天线端口4和端口5由3db分支线定向耦合器9馈电，射频信号由3db分支线定向耦合器等幅分配到两个端口，而且相位差为正90度，天线为右旋极化，辐射和接收右旋圆极化波。当电缆送来直流电平4时，CPLD逻辑电路46根据电压比较器的结果输出信号控制单刀双掷射频开关7打到馈线16，单刀双掷射频开关6打到馈线17，单刀四掷射频开关8打到馈线14，射频信号由3db分支线定向耦合器等幅分配到两个端口，而两端口相位差为负90度，天线为左旋极化，辐射和接收左旋圆极化波。

以上所述仅为本实用新型较佳的可行实施例，并非因此限定本实用新型的保护范围，故凡应用本实用新型说明书或附图内容所进行的等效结构变化，均包含于本实用新型保护范围内。

Claims (3)

1.超高频多极化捷变射频识别读写器天线，包括双极化天线(1)和电控射频分配网络(2)，双极化天线(1)和电控射频分配网络(2)通过端口一(4)和端口二(5)相连；其特征在于：所述电控射频分配网络(2)包括单刀双掷射频开关(6、7)、单刀四掷射频开关(8)、3db分支线定向耦合器(9)和控制电路(18)；所述单刀四掷射频开关(8)中的两个输出经过馈线(13、14)与3db分支线定向耦合器(9)输入相连，3db分支线定向耦合器(9)的输出用两条等长馈线(16、17)分别接到两个单刀双掷开关(6、7)，单刀四掷另外两个输出经过馈线(10、11)也分别接到两个单到双掷(6、7)；所述控制电路(18)分别与单刀双掷射频开关(6、7)、单刀四掷射频开关(8)连接；电缆(21)通过电容(22)与单刀四掷射频开关(8)连接，还通过电感(20)和电容(19)组成的滤波电路与控制电路(18)连接。

2.根据权利要求1所述的超高频多极化捷变射频识别读写器天线，其特征在于所述双极化天线(1)采用串馈微带天线阵列，包括微带贴片(3)、端口一(4)、端口二(5)和分配电路，微带贴片(31，32，33，34)是印制在电路板上的圆形或矩形金属，微带贴片之间用弯折连接，组成天线阵列的，用于辐射或接收电磁波，分配电路把端口送来的射频信号分配到各微带天线单元，端口4来的射频信号经过馈线平分到微带贴片(32、33)，然后通过微带贴片(31)和微带贴片(32)之间的弯折线及微带贴片(33)和微带贴片(34)间的弯折线送到微带贴片(33)和微带贴片(34)，端口(5)来的射频信号经过馈线平分到微带贴片(33)和微带贴片(34)，然后通过微带贴片(32)和微带贴片(33)之间的弯折线及微带贴片(31)和微带贴片(34)间的弯折线送到微带贴片(31)和微带贴片(32)，组成双极化串馈天线阵。

3.根据权利要求1所述的超高频多极化捷变射频识别读写器天线，其特征在于所述控制电路(18)由稳压电路(41)、4个电压比较器(42、43、44、45)和CPLD逻辑电路(46)组成，控制电路18由稳压电路(41)、4个电压比较器(42、43、44、45)和CPLD逻辑电路(46)组成；稳压电路(41)分别与4个电压比较器(42、43、44、45)和CPLD逻辑电路(46)连接，为其电路提供电源，四个电压比较器(42、43、44、45)还分别与电感(20)以及CPLD逻辑电路(46)连接，电压比较器(42、43、44、45)检测电缆送来的电压，结果送CPLD逻辑电路(46)译码产生4路控制射频开关的控制信号。

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