CN208078157U - 一种rfid近场读写器天线阵列 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种RFID近场读写器天线阵列，包括PCB板，PCB板的背面设有反射地，PCB板的正面中部蚀刻有馈电网络，馈电网络的输入端连接有一SMA射频连接线，PCB板的正面边缘处均布有八个PIFA单元，每个PIFA单元均包括辐射主体、馈电臂和短路墙，八个PIFA单元的馈电臂与馈电网络的八个输入端口对应连接，八个PIFA单元的短路墙均连接反射地，馈电网络的八个输入端口之间固定相位差45°。与现有技术相比，本实用新型具有尺寸小，近场能量分布均匀，圆极化性能好，覆盖范围广等特点，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，广泛应用于无人便利柜，冰箱等互联网新零售场景。

Description

一种RFID近场读写器天线阵列

技术领域

本实用新型涉及RFID射频识别天线，尤其是涉及一种RFID近场读写器天线阵列。

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。

PIFA天线是目前应用最为广泛的手机内置天线，尺寸小。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种RFID近场读写器天线阵列，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。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种RFID近场读写器天线阵列，包括PCB板，所述PCB板的背面设有反射地，PCB板的正面中部蚀刻有馈电网络，所述馈电网络的输入端连接有一SMA射频连接线，PCB板的正面边缘处均布有八个PIFA单元，每个PIFA单元均包括辐射主体以及分别设于辐射主体上的馈电臂和短路墙，八个PIFA单元的馈电臂与馈电网络的八个输入端口一一对应连接，八个PIFA单元的短路墙均连接反射地，馈电网络的八个输入端口之间固定相位差45°。

八个PIFA单元围绕PCB板的中心按45°角旋转分布。

所述馈电网络采用由威尔金森功分器、T形功分器和环形耦合器中任一种构成的馈电网络。

所述馈电网络包括威尔金森功分器W1-W7，威尔金森功分器W1-W4中每个威尔金森功分器的两个分路端口经微带走线分别顺序一一对应连接相邻两个PIFA单元的馈电臂，威尔金森功分器W5的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W1和威尔金森功分器W2的合路端口，威尔金森功分器W6的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W3和威尔金森功分器W4的合路端口，威尔金森功分器W7的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W5和威尔金森功分器W6的合路端口，威尔金森功分器W7的合路端口经微带走线连接SMA射频连接线。

所述辐射主体的形状为长方形、椭圆形、弧形或弯折线形。

长方形的辐射主体的短路墙设于辐射主体的短边上，长方形的辐射主体的馈电臂设于辐射主体的长边上并靠近短路墙。

所述PIFA单元由不锈钢材料、洋白铜、黄铜或紫铜制作而成。

该RFID近场读写器天线阵列还包括天线罩，所述PCB板固定于天线罩内。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、设置八个PIFA单元围绕PCB板的中心旋转分布，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、PCB板的正面中部蚀刻有馈电网络，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。馈电网络可采用威尔金森功分器等实现。

3、通过多阵元共同激励，在距离天线10至30cm处，面积60cm×60cm范围内场强分布均匀。

4、整个天线结构简单、尺寸小巧，增益稳定，宽阻抗带宽，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，适用于物联网RFID识别系统，例如可广泛应用于便利柜，冰箱等互联网新零售场景，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为RFID近场读写器天线阵列的结构图；

图2为PIFA单元的结构图；

图3为馈电网络的俯视图；

图4为RFID近场读写器天线阵列的整体结构示意图；

图5为RFID近场读写器天线阵列的回波损耗曲线图；

图6为RFID近场读写器天线阵列的轴比曲线图；

图7为RFID近场读写器天线阵列的增益辐射方向图。

图中，10为PCB板，11为PIFA单元，110为辐射主体，111为馈电臂，112为短路墙，12为馈电网络，121为微带走线，13为SMA射频连接线，20为天线罩，201为固定孔，A为馈电网络的输入端口，B为馈电网络的输出端口，R为100欧姆电阻。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种RFID近场读写器天线阵列，包括PCB板10、多个PIFA单元11及SMA射频连接线13，PCB板10的背面设有反射地（即金属地），PCB板10的正面中部蚀刻有馈电网络12，多个PIFA单元11均匀分布在PCB板10正面的外边沿，并与PCB板10上的馈电网络12输入端口A连接，SMA射频连接线13与馈电网络12输出端口B连接。

本实施例中，天线阵列包括八个PIFA单元11，八个PIFA单元11围绕PCB板10的中心按45°角旋转分布，如图2所示，每个PIFA单元11均包括辐射主体110以及分别设于辐射主体110上的馈电臂111和短路墙112，八个PIFA单元11的馈电臂111与馈电网络12的八个输入端口A一一对应连接，八个PIFA单元11的短路墙112均连接反射地，馈电网络12的八个输入端口A之间固定相位差45°。PIFA单元11采用不锈钢材料或洋白铜、黄铜、紫铜等，并进行表面处理。

PIFA单元11的辐射主体110为长方形结构，长方形的辐射主体110的短路墙112设于辐射主体110的短边上，长方形的辐射主体110的馈电臂111设于辐射主体110的长边上并靠近短路墙112；PIFA单元11的辐射主体110也可以为椭圆形结构、弧形结构、弯折线形结构或其他非常规形状等，PIFA单元11结构的任何形式均是本申请权利要求范围内。

馈电网络12由七个威尔金森功分器组成，并通过微带走线121的长度控制八个输入端口A实现45°相位差，实现圆极化辐射；如图3所示，七个威尔金森功分器顺序标记为W1-W7，威尔金森功分器W1-W4中每个威尔金森功分器的两个分路端口经微带走线121分别顺序一一对应连接相邻两个PIFA单元11的馈电臂111，威尔金森功分器W5的两个分路端口经微带走线121分别一一对应连接威尔金森功分器W1和威尔金森功分器W2的合路端口，威尔金森功分器W6的两个分路端口经微带走线121分别一一对应连接威尔金森功分器W3和威尔金森功分器W4的合路端口，威尔金森功分器W7的两个分路端口经微带走线121分别一一对应连接威尔金森功分器W5和威尔金森功分器W6的合路端口，威尔金森功分器W7的合路端口经微带走线121连接SMA射频连接线13。其中，威尔金森功分器的电阻可选择为100欧姆电阻R，过微带走线的长度控制八端口实现45°相位差，实现圆极化辐射。

馈电网络12方案可以由七个威尔金森功分器组成，也可以由其他方式组成，如：T形功分器、环形耦合器等。

如图4所示，该RFID近场读写器天线阵列还包括天线罩20，PCB板10通过螺丝固定于天线罩20内，组成完整的天线，天线罩20上设有用于固定的固定孔201。

通过调整PIFA单元11的长度、短路墙112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。调整馈电网络12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。图5-7分别为PIFA天线阵的回波损耗曲线图、轴比曲线图、增益辐射方向图（radiation pattern），图5中Frequency表示频率，VSWR表示电压驻波比，图6中Axial Ratio表示圆极化轴比。

本实用新型PIFA天线阵具有尺寸小，近场能量分布均匀，圆极化性能好，覆盖范围广等特点，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。

Claims (8)

1.一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，包括PCB板，所述PCB板的背面设有反射地，PCB板的正面中部蚀刻有馈电网络，所述馈电网络的输入端连接有一SMA射频连接线，PCB板的正面边缘处均布有八个PIFA单元，每个PIFA单元均包括辐射主体以及分别设于辐射主体上的馈电臂和短路墙，八个PIFA单元的馈电臂与馈电网络的八个输入端口一一对应连接，八个PIFA单元的短路墙均连接反射地，馈电网络的八个输入端口之间固定相位差45°。

2.根据权利要求1所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，八个PIFA单元围绕PCB板的中心按45°角旋转分布。

3.根据权利要求1所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，所述馈电网络采用由威尔金森功分器、T形功分器和环形耦合器中任一种构成的馈电网络。

4.根据权利要求3所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，所述馈电网络包括威尔金森功分器W1-W7，威尔金森功分器W1-W4中每个威尔金森功分器的两个分路端口经微带走线分别顺序一一对应连接相邻两个PIFA单元的馈电臂，威尔金森功分器W5的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W1和威尔金森功分器W2的合路端口，威尔金森功分器W6的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W3和威尔金森功分器W4的合路端口，威尔金森功分器W7的两个分路端口经微带走线分别一一对应连接威尔金森功分器W5和威尔金森功分器W6的合路端口，威尔金森功分器W7的合路端口经微带走线连接SMA射频连接线。

5.根据权利要求1所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，所述辐射主体的形状为长方形、椭圆形、弧形或弯折线形。

6.根据权利要求5所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，长方形的辐射主体的短路墙设于辐射主体的短边上，长方形的辐射主体的馈电臂设于辐射主体的长边上并靠近短路墙。

7.根据权利要求1所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，所述PIFA单元由不锈钢材料、洋白铜、黄铜或紫铜制作而成。

8.根据权利要求1所述的一种RFID近场读写器天线阵列，其特征在于，该RFID近场读写器天线阵列还包括天线罩，所述PCB板固定于天线罩内。