CN201435450Y

CN201435450Y - 极化可重构射频识别圆极化阅读器天线

Info

Publication number: CN201435450Y
Application number: CN2009200594875U
Authority: CN
Inventors: 胡斌杰; 张春林; 尹以雁
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-06-30

Abstract

本实用新型公开了一种极化可重构射频识别圆极化阅读器天线，包括天线辐射贴片单元、空气层、介质板、地板、射频开关和端口。天线辐射贴片单元位于介质板上侧，辐射贴片单元为中间切一方形孔的方形贴片，辐射贴片单元和馈电网络使用探针相连。辐射贴片单元和介质板之间为空气层。介质板的上表面覆有馈电网络，介质板的下表面贴有铜皮地板。所述射频开关六个，加载在馈电网络中。控制射频开关的状态“通”或“断”，实现天线工作极化状态改变，即极化可重构。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、加工容易、成本低的特点。

Description

极化可重构射频识别圆极化阅读器天线

技术领域

本实用新型涉及一种极化可重构阅读器天线，具体是涉及一种可应用在超高频和微波(2.45GHz、5.8GHz)的射频识别系统阅读器中的极化可重构圆极化天线。

背景技术

目前，高性能圆极化微带天线已被应用于当前的各个领域，比如，电子侦查和干扰，雷达跟踪，全球定位系统(GPS)、航天飞行器、移动通信以及RFID系统等。圆极化天线的使用意义主要体现在：

(1)圆极化天线可以接收任意极化的电磁波，且辐射波也是可由任意极化的天线收到；

(2)在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性；

(3)圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)反射时旋向逆转，因此圆极化天线能抑制雨雾干扰和多经发射，可用于移动通信、GPS等；

由于近年来无线通信的迅猛发展，极化变化的天线系统得到了很大的关注和应用。在宽带无线通信系统中，比如无线局域网(WLAN)，人们应用极化变化技术来减轻由于电波多径衰落造成的损害。在有源微波读写器终端系统上，极化变化技术天线能够提供更用力的调制模式。极化变化技术也可以用来实现频率复用，来倍增卫星通信系统的容量。在火星漫游者项目中应用了双频极化贴片天线。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以应用在超高频(UHF)和微波(2.45GHz)频段射频识别系统中，且剖面低、体积小、结构简单、易加工、成本低的频率可重构射频识别圆极化阅读器天线。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

极化可重构射频识别圆极化阅读器天线，包括天线辐射贴片单元、空气层、介质板、地板和馈电网络；所述辐射贴片单元为方形铜片，中间开一方形孔；空气层介于天线辐射贴片单元和介质板之间，地板印刷在介质板底层；所述馈电网络贴在介质板的上表面，由端口接入，经第一50Ω微带线分别与第一射频开关和第二射频开关连接，第一射频开关和第二射频开关分别与第一功分器和第二功分器连接，第一功分器通过第一四分之一波长移相器分别与第一馈电点和第二馈电点连接；第二功分器通过第二四分之一波长移相器与第三馈电点和第四馈电点连接；第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点位于方形孔四条边的中部，分别通过第一探针、第二探针、第三探针和第四探针与辐射贴片单元相连。

所述的第一功分器和第二功分器的两个输出端口分别加载第一隔离电阻和第二隔离电阻，以提高两输出信号的隔离度。

所述的第一隔离电阻和第二隔离电阻都采用100Ω的贴片电阻。

所述的极化可重构射频识别圆极化阅读器天线还包括第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关和第四射频开关；所述第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关和第四射频开关位于方形孔中，其一端都连接地板，另一端分别连接馈电网络；当极化重构时，用于将第一探针、第二探针、第三探针和第四探针短路，以避免不工作的馈电网络部分对天线的影响。

所述的辐射贴片单元和介质板四个角上设有支柱，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)本实用新型中辐射贴片单元在中间开一方形孔，减小了天线的尺寸。

(2)本实用新型中对辐射单元每个极化状态均采用双馈电点产生90°相位差，来实现圆极化，这就简化了圆极化馈电网络的复杂性，同时降低了制作的难度和天线的整体体积。

(3)本实用新型中馈电网络由两个功分器和四分之波长移相器构成，在两个功分器之间加载射频开关，通过控制射频开关的状态“通”或“断”，来实现天线在右旋圆极化和左旋圆极化之间切换。

(4)本实用新型频率可重构射频识别圆极化天线，能够用于超高频(UHF)频段射频识别系统中，可同时覆盖我国的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的尺寸后的极化可重构的射频识别阅读器圆极化天线，可应用于微波2.45GHz和5.8GHz频段射频识别系统中。

(6)本实用新型极化可重构射频识别圆极化阅读器天线还具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。

附图说明

图1为本实用新型极化可重构的射频识别圆极化阅读器天线的结构示意图。

图2为图1中辐射贴片单元的俯视图。

图3为图1中馈电网络的俯视图。

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。

图1为本实用新型极化可重构射频识别圆极化阅读器天线的整体结构示意图。图2为图1中辐射贴片单元的俯视图。图3为图1中馈电网络的俯视图。如图1、2和3所示，极化可重构射频识别圆极化阅读器天线包括辐射贴片单元1、空气层2、介质板3、地板4和端口5。辐射贴片单元1为方形铜片。在辐射贴片单元1的中间开一方形孔15，可减小天线尺寸。方形孔15尺寸越大，谐振点越低，反之，则越高。改变方形孔15的尺寸还可以调整天线的阻抗带宽和轴比带宽。根据实际的谐振频点和带宽需要，确定方形孔15的大小。

空气层2介于辐射单元1和介质板3之间，通过调整其厚度大小可以优化天线阻抗带宽和圆极化带宽，根据实际带宽优化需要，确定空气层2厚度。

介质板3采用FR-4板。地板4印刷在介质板3底层，采用铜皮制成。

介质板3的上表面覆有馈电网络，馈电网络包括第一功分器34、第二功分器35两功分器、第一四分之一波长移相器39和第二四分之一波长移相器38。馈电网络由端口5接入，经第一50Ω微带线31分别与第一射频开关41和第二射频开关42连接，第一射频开关41和第二射频开关42分别与第一功分器34和第二功分器35连接，第一功分器34通过第一四分之一波长移相器39分别与第三射频开关43和第四射频开关44连接；第二功分器35通过第二四分之一波长移相器38与第五射频开关45和第六射频开关46连接；第一馈电点11、第二馈电点12、第三馈电点13和第四馈电点14位于辐射贴片单元1下表面，向下对应方形孔15四条边的中部，第一馈电点11和第二馈电点12分别通过第一探针21和第二探针22与第三射频开关43和第四射频开关44连接，第三馈电点13和第四馈电点14分别第三探针23和第四探针24与第五射频开关45和第六射频开关46连接。第一馈电点11、第二馈电点12用来实现天线的右旋圆极化辐射，第三馈电点13、第四馈电点14用来实现天线的左旋圆极化辐射。第一馈电点11、第二馈电点12、第三馈电点13和第四馈电点14的位置可以优化天线的性能，使天线具有良好的阻抗带宽和轴比带宽。第一功分器34和第一四分之一波长移相器39通过第一探针21和第二探针22对辐射贴片单元1下表面上的第一馈电点11和第二馈电点12进行馈电，第二功分器35和第二四分之一波长移相器38分部通过第三探针23和第四探针24对辐射贴片单元1下表面上的第三馈电点13和第四馈电点14进行馈电。

第二50Ω微带线32连接第一射频开关41与第一功分器34，第三50Ω微带线33连接第二射频开关42与第二功分器35。第一功分器34、第二功分器35的两个输出端口分别加载第一隔离电阻36和第二隔离电阻37，用来提高两输出信号的隔离度，第一隔离电阻36和第二隔离电阻37可采用100Ω的贴片电阻。在第一功分器34的输出端接第一四分之一波长移相器39，使第一馈电点11、第二馈电点12之间产生90°相移，来实现左旋圆极化。在第二功分器35的输出端接四分之一波长移相器38，使第三馈电点13、第四馈电点14之间产生90°相移，从而实现右旋圆极化。第一功分器34和第二功分器35两功分器可选用Wilkinson功分器等实现。

第一射频开关41、第二射频开关41、第三射频开关43、第四射频开关44、第五射频开关45和第六射频开关46的一端都连接地板。第三射频开关43、第四射频开关44、第五射频开关45和第六射频开关46位于方形孔15中，分别通过馈电网络与第一探针21、第二探针22、第三探针23和第四探针24底部相连接。其作用在于当极化重构时，分别将第一探针21、第二探针22、第三探针23和第四探针24短路，以避免不工作的馈电网络部分对天线的影响。

天线极化重构的方案：第一射频开关41、第五射频开关45、第六射频开关46导通，第二射频开关42、第三射频开关43、第四射频开关44截至时，天线为右旋圆极化。第一射频开关41、第五射频开关45、第六射频开关46截至，第二射频开关42、第三射频开关43、第四射频开关44导通时，天线为左旋圆极化。以上射频开关可采用砷化镓射频开关等实现。

应用本实用新型频率可重构的射频识别圆极化阅读器天线发射信号时，输入信号从端口5馈入，分别经过第一射频开关41和第二射频开关42以及第一50Ω微带线32和第二50Ω微带线33传送到第一功分器34和第二功分器35，再分别传送到第一移相器38和第二移相器39，通过探针耦合到辐射贴片单元1，从而引起谐振，将电流信号转变为电磁波信号。接收信号时，辐射贴片单元1将电磁波转变为电流信号，信号传播方向跟发射信号相反。

本实用新型极化可重构射频识别圆极化天线，能够用于超高频(UHF)频段射频识别系统中，带宽覆盖我国射频识别系统840MHz～845MHz/920MHz～925MHz频段，国射频识别系统902MHz～928MHz频段或欧洲射频识别系统866MHz～869MHz频段，可工作于上述几个系统中；另外，在不改变天线结构的前提下通过改变天线相应部件(辐射贴片、功分器、移相器)的电尺寸，该极化可重构射频识别阅读器圆极化天线可应用于微波2.45GHz和5.8GHz频段射频识别系统中。

同时本实用新型频率可重构的射频识别圆极化阅读器天线还具有低剖面、体积小、结构简单、容易加工、成本低的特点。

Claims

1、极化可重构射频识别圆极化阅读器天线，其特征在于，包括天线辐射贴片单元、空气层、介质板、地板和馈电网络；所述辐射贴片单元为方形铜片，中间开一方形孔；空气层介于天线辐射贴片单元和介质板之间，地板印刷在介质板底层；所述馈电网络贴在介质板的上表面，由端口接入，经第一50Ω微带线分别与第一射频开关和第二射频开关连接，第一射频开关和第二射频开关分别与第一功分器和第二功分器连接，第一功分器通过第一四分之一波长移相器分别与第三射频开关和第四射频开关连接；第二功分器通过第二四分之一波长移相器与第五射频开关和第六射频开关连接；第一馈电点、第二馈电点、第三馈电点和第四馈电点位于辐射贴片单元下表面，向下对应方形孔四条边的中部，第一馈电点和第二馈电点分别通过第一探针和第二探针与第三射频开关和第四射频开关连接，第三馈电点和第四馈电点分别通过第三探针和第四探针与第五射频开关和第六射频开关连接；第一射频开关、第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关、第五射频开关和第六射频开关的另一端都连接地板。

2、根据权利要求1所述的极化可重构射频识别圆极化阅读器天线，其特征在于，所述的第一功分器和第二功分器的两个输出端口分别加载第一隔离电阻和第二隔离电阻，以提高两输出信号的隔离度。

3、根据权利要求2所述的极化可重构射频识别圆极化阅读器天线，其特征在于，所述的第一隔离电阻和第二隔离电阻都采用100Ω的贴片电阻。

4、根据权利要求1所述的频率可重构的射频识别圆极化阅读器天线，其特征在于，所述的辐射贴片单元和介质板四个角上设有支柱，形成空气层。