CN201238079Y - 基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线 - Google Patents

基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，该阵列天线包括上介质基板、空气层和下介质基板。在下介质基板的下表面贴有对称分布的四个在一角上断开的口形微带线，四个在一角上断开的口形微带线位于四个十字形缝隙正下端，信号输入端口的微带线通过T型接头将信号分为两路信号，这两路信号分别通过两个四分之一阻抗变换器与两个T型接头相连，两个T型接头分别与对称分布的四个在一角上断开的口形微带线连接。本实用新型可用于超高频和微波(2.45GHz、5.8GHz)频段射频识别系统的阅读器中，具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。

Description

基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线
技术领域
本实用新型涉及一种射频识别阅读器天线，具体是涉及一种可应用在超高频(915MHz)和微波(2.45GHz、5.8GHz)频段射频识别系统阅读器中的圆极化阵列天线。
背景技术
射频识别技术是一种随着大规模集成电路技术的发展与成熟而逐渐兴起的利用无线射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据的自动识别技术。射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。射频识别系统主要由阅读器、中间件以及电子标签三部分所组成。射频识别系统中的阅读器必须通过天线来发射能量，形成电磁场，通过电磁场来对电子标签进行识别。阅读器天线和电子标签天线作为射频识别阅读器与电子标签之间空中接口的唯一部件，在射频识别系统中起着重要的作用。
目前，射频识别系统中的阅读器天线大部分采用的是线极化天线，这已经不能满足日益增长的应用需求。因为电子标签天线的极化方式也是线极化，而物品的放置形式往往是杂乱无序的，即电子标签的放置方向具有任意性，这就使得电子标签天线的极化方式很容易发生改变，因此要求阅读器天线可以接受任意方向的线极化波。因为圆极化天线可以接收任意极化的来波，同样，圆极化天线辐射的圆极化波可由任意极化的天线接收，所以只有把阅读器天线的极化方式设计成圆极化才能很好地解决这一问题。
同时，由于所标识物体的形状各不相同、大量的水和金属与标签和阅读器经常接触以及射频识别系统本身复杂等原因，导致了阅读器有效工作距离的减小和电子标签识别成功率的降低。为了提高阅读器的有效工作距离和电子标签的识别成功率，有必要提高阅读器天线的增益以便满足上述需求。目前，实现高增益的方法主要并不是采用圆极化天线单元构成圆极化天线阵列，而是采用线极化天线单元构成线极化天线阵列，而且这些线极化阵列天线的馈电网络往往较为复杂，这就为实际的工程应用增加了难度和成本。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种可以应用在超高频和微波(2.45GHz、5.8GHz)频段射频识别系统阅读器中，且剖面低、体积小、结构简单、易加工、成本低的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现：
基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，包括上介质基板、空气层和下介质基板；上介质基板的上表面中央对称附着四个辐射贴片单元的方形铜片，在上介质基板和下介质基板之间形成高度为0.03波长的空气层，下介质基板的上表面贴有铜皮的地板，在地板中央对称刻有去除铜皮的四个十字形缝隙，四个十字形缝隙位于四个辐射贴片单元的正下端；在下介质基板的下表面贴有对称分布的四个在一角上断开的口形微带线，四个在一角上断开的口形微带线位于四个十字形缝隙正下端，信号输入端口的微带线通过T型接头将信号分为两路信号，这两路信号分别通过两个四分之一阻抗变换器与两个T型接头相连，两个T型接头分别与对称分布的四个在一角上断开的口形微带线连接。
为进一步实现本实用新型的目的，所述的四个辐射贴片单元和四个在一角上断开的口形微带线均连续旋转90°。
所述的在一角上断开的口形微带线与十字形缝隙形成的耦合点之间的微带线长度可调。
所述的上介质基板和下介质基板四个角上设有四个支柱，形成空气层。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和积极效果：
(1)本实用新型中多次使用T型接头将信号分成等幅同相的两路信号，这样就降低了一般阵列天线馈电网络中均分信号的复杂度。
(2)本实用新型中四个辐射贴片单元和四个在一角上断开的口形(“
Figure Y200820048196D0005090212QIETU
”形)微带线均连续旋转90°，并结合适当补偿相位的馈源激励可以明显地提高圆极化天线的带宽和极化纯度。
(3)本实用新型中对于阵列单元，使用了“
Figure Y200820048196D0005090220QIETU
”形微带线连续横穿过位于地板上的十字形缝隙的四臂，得到四个耦合点，并通过相位累积来实现圆极化。这就简化了一般阵列天线馈电网络中采用功分器进行馈电实现圆极化的复杂性，同时降低了制作的难度和减小了天线的整体体积。
(4)本实用新型中带有缝隙的地板将辐射单元和馈电网路分隔开，这不仅缓解了天线辐射单元与馈电网络之间对布线空间的竞争，还减少了馈线以及与之连接的电路对辐射性能的影响，同时地板抑制了馈电网络对辐射单元所在空间的寄生辐射，这大大提高了圆极化天线的性能。
(5)本实用新型基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线能够用于超高频射频识别系统，可同时涵盖我国的920～925MHz的射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统；另外，在不改变天线结构的前提下通过改变天线尺寸后的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，可应用在微波(2.45GHz、5.8GHz)频段射频识别系统的阅读器中。
(6)本实用新型基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线还具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。
附图说明
图1为基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线的结构示意图。
图2为图1中上介质基板的俯视图。
图3为图1中地板的俯视图。
图4为图1中下介质基板的仰视图。
图5为图1中“
Figure Y200820048196D0006090241QIETU
”形微带线的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阅读器阵列天线包括上介质基板1、空气层3和下介质基板4。四个辐射贴片单元11、12、13、14为方形铜片，上下左右对称附着在上介质基板1的上表面中央，四个辐射贴片单元11、12、13、14可连续旋转90°；介质基板1背面没有铜皮；用于改善天线性能的高度为0.03波长的空气层3介于上介质基板1和下介质基板4之间，通过四个支柱支撑上介质基板1和下介质基板4之间形成空气层3；地板2附着在下介质基板4的正面；在地板2中央间隔刻有四个用于耦合电磁信号的去除铜皮的十字形缝隙21、22、23、24，四个十字形缝隙21、22、23、24的位置与四个辐射贴片单元11、12、13、14相对应，即位于其正下端；在下介质基板3的下表面贴有采用连续旋转馈电技术的馈电网络，在该馈电网络中，50Ω微带线41与T型接头42相连，将输入信号分成两路幅度相等、相位相等的两路信号，这两路信号再通过两个四分之一波长阻抗变换器与两个T型接头43、44相连，接着调整T型接头两分支微带线的馈电长度差为1/4波长形成90°的相位差后，两个T型接头43、44分别与四个在一角上断开的口形(即“
Figure Y200820048196D0007090256QIETU
”形)微带线45、46、47、48连接，四个“
Figure Y200820048196D0007090302QIETU
”形微带线45、46、47、48可连续旋转90°，四个“
Figure Y200820048196D0007090307QIETU
”形微带线45、46、47、48与十字形缝隙21、22、23、24相对应，即位于其正下端。左上辐射贴片单元12、去除铜皮的左上十字形缝隙22和左上“
Figure Y200820048196D0007090314QIETU
”形微带线46，右上辐射贴片单元13、去除铜皮的左上十字形缝隙23和左上“
Figure Y200820048196D0007090319QIETU
”形微带线47，左下辐射贴片单元11、去除铜皮的左下十字形缝隙21和左下“
Figure Y200820048196D0007090325QIETU
”形微带线45以及右下辐射贴片单元14、去除铜皮的右下十字形缝隙24和右下“
Figure Y200820048196D0007090331QIETU
”形微带线48分别组成上下左右四组构成阵列天线的阵元，上下左右四组阵元中组成部分的对称中心在同一垂直线上。阵元中的“
Figure Y200820048196D0007090339QIETU
”形微带线分别连续横穿过地板上的十字形缝隙的四臂，得到四个耦合点A、B、C、D。可以通过调节“
Figure Y200820048196D0007090349QIETU
”形微带线与十字形缝隙形成的相邻耦合点之间的微带线AB、BC、CD的长度为1/4波长，从而获得90°相移，同时加以调节耦合点D点到开路端E点间的调谐枝节DE的长度为1/4波长，这样就可以通过相位累积来实现圆极化。上述的波长是指超高频(915MHz)或微波(2.45GHz、5.8GHz)频段中心频率相对应的波长。
应用本实用新型基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线发射信号时，输入信号从50Ω微带线41馈入，经过T型接头42，阻抗变换器、T型接头44、45、四个“
Figure Y200820048196D0007090402QIETU
”形微带线45、46、47、48形成四路幅度相等、相位依次相差90°的信号后再分别通过四个十字形缝隙21、22、23、24、空气层3耦合到四个辐射贴片单元11、12、13、14，从而引起谐振，将电流信号转变为电磁波信号。接收信号时，四个辐射贴片单元11、12、13、14将电磁波信号转变为电流信号，信号传播方向跟发射信号时相反。
较宽的阻抗带宽、较宽的轴比带宽、较高的增益以及性能良好的其他参数显示，本实用新型基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线能够应用在超高频射频识别系统中，可同时涵盖我国的920～925MHz的射频识别系统和北美的902～928MHz的射频识别系统。另外，在不改变天线结构的前提下通过改变天线尺寸后的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，可应用在微波(2.45GHz、5.8GHz)频段射频识别系统的阅读器中。
同时本实用新型基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线还具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。

Claims (4)

1、基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，其特征在于：包括上介质基板、空气层和下介质基板；上介质基板的上表面中央对称附着四个辐射贴片单元的方形铜片，在上介质基板和下介质基板之间形成高度为0.03波长的空气层，下介质基板的上表面贴有铜皮的地板，在地板中央对称刻有去除铜皮的四个十字形缝隙，四个十字形缝隙位于四个辐射贴片单元的正下端；在下介质基板的下表面贴有对称分布的四个在一角上断开的口形微带线，四个在一角上断开的口形微带线位于四个十字形缝隙正下端，信号输入端口的微带线通过T型接头将信号分为两路信号，这两路信号分别通过两个四分之一阻抗变换器与两个T型接头相连，两个T型接头分别与对称分布的四个在一角上断开的口形微带线连接；所述的波长为超高频915MHz、微波2.45GHz或微波5.8GHz频段中心频率相对应的波长。
2、根据权利要求1所述的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，其特征在于：所述的四个辐射贴片单元和四个在一角上断开的口形微带线均连续旋转90°。
3、根据权利要求1所述的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，其特征在于：所述的在一角上断开的口形微带线与十字形缝隙形成的耦合点之间的微带线长度可调。
4、根据权利要求1所述的基于连续旋转馈电技术的射频识别圆极化阵列天线，其特征在于：所述的上介质基板和下介质基板四个角上设有四个支柱，形成空气层。
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