CN210489824U - 一种反射面十字开槽结构定向圆极化rfid阅读器天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，所述天线包括上下平行设置的第一介质基板、第二介质基板；所述第一介质基板顶面处覆以辐射贴片且底面处覆以接地板；所述第二介质基板的板面处覆有反射器贴片；所述反射器贴片的面积大于第一介质基板且第一介质基板位于反射器贴片中部上方；所述反射器贴片的中部处设有十字架缝隙；本实用新型可覆盖RFID频段，具备定向辐射、增益高的优点，在最大辐射方向上的轴比小于3dB，具有圆极化特征，适合应用在移动终端设备中。

Description

一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其是一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线。

背景技术

实现万物相连的技术主要有射频识别技术（Radio Frequency identification，简称RFID）、Lora技术、激光扫描器、红外传感器、无线传感技术、全球定位系统等信息传感设备。其中RFID属于一种短距离通信技术，具有识别距离远、穿透能力强、传输速度快、环境适应力强等一系列优点。毫无疑问，RFID技术是物联网平台上一个十分重要的分支，在物流行业、零售行业等各个领域都有着广泛的应用。

RFID系统一般由阅读器、后端计算机系统和标签三部分组成，其中阅读器与标签之间通信都是依靠天线来进行射频电磁波的发射和接收，天线的性能决定着标签的灵敏度和阅读器的读取距离和效率，因此天线在RFID系统中是至关重要的一部分。阅读器天线是RFID系统中传递无线电波的部件，对它的研究与设计具有重要意义，由于行业需求贴有标签的物体位置摆放不固定，阅读器要想读取到各个方向的标签就要求天线具有圆极化，所以线极化天线已经不满足RFID系统的要求了，天线的圆极化成为国内外的一个研究热点，近年来对RFID系统提出了小型化、高增益、圆极化等等一系列新要求，因此设计出一个合适的并且满足系统所需性能指标的要求是非常重要的。

发明内容

本实用新型提出一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，可覆盖RFID频段，具备定向辐射、增益高的优点，在最大辐射方向上的轴比小于3dB，具有圆极化特征，适合应用在移动终端设备中。

本实用新型采用以下技术方案。

一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，所述天线包括上下平行设置的第一介质基板（1）、第二介质基板（2）；所述第一介质基板顶面处覆以辐射贴片（3）且底面处覆以接地板（4）；所述第二介质基板的板面处覆有反射器贴片（5）；所述反射器贴片的面积大于第一介质基板且第一介质基板位于反射器贴片中部上方；所述反射器贴片的中部处设有十字架缝隙（51）。

所述辐射贴片为俯视呈C形的单极子。

所述C形单极子以阶梯形的馈电端与微带馈线（31）相连。

所述C形单极子未与微带馈线相连的一端向C形单极子内侧折叠。

所述接地板包括长边和短边；所述C形单极子包括首尾相连的第一导体长条片、第二导体长条片、第三导体长条片、第四导体长条片；所述第四导体长条片指向C形单极子内侧；第一导体长条片、第三导体长条片、第四导体长条片的主体平行于接地板长边，第二导体长条片平行与接地板短边；所述第一导体长条片的始端与微带馈线始端相连，第一导体长条片的末端与第二导体长条片始端相连。

所述C形单极子以第三导体长条片产生水平向电流；所述C形单极子以第二导体长条片产生垂直向电流；所述水平向电流、垂直向电流产生天线的圆极化波。

所述微带馈线（31）末端与接地板的长边中部相连；所述接地板的俯视形状为以长边中部对称线为分界的左右两边不对称结构；所述天线可通过该左右两边不对称结构产生横向电流。

所述接地板以长边中部对称线为分界的一侧为内凹侧，另一侧为外凸侧；所述内凹侧处挖有与长边中部对称线相接的矩形槽（42）；所述外凸侧的外侧边沿处设有沿接地板短边延伸的矩形长条（41）。

所述第一介质基板（1）、第二介质基板（2）之间设有空气层（6）或绝缘介质层；所述天线经调整C形单极子的长度来设置天线的谐振频率点。

所述反射器贴片为用于实现天线定向辐射的反射器贴片；所述十字架缝隙的横边和竖边的宽度相等但长度不等；所述十字架缝隙的横边与竖边交叉点位于竖边中点的下方。

所述天线的参数调整方法包括；

A、通过调整C形单极子的长度来激励RFID的超高频900-930MHz频段；

B、通过调整接地板的矩形槽的长度和宽度，以及反射器贴片的十字架缝隙的长度和宽度来激发圆极化波及定向辐射，以实现天线的定向圆极化。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：天线结构简单，易于加工，能实现定向辐射，并且可使得天线在最大辐射方向上的增益较高并且在在该方向上具有圆极化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1为定向圆极化阅读器天线的立体示意图；

附图2为定向圆极化阅读器天线的正视示意图；

附图3为第一介质基板上表面的结构示意图；

附图4为第一介质基板下表面的结构示意图；

附图5为俯视第一介质板时辐射贴片和接地板的示意图；

附图6为第二介质基板下表面的结构示意图；

附图7为在俯视定向圆极化阅读器天线时辐射贴片、接地板和反射器贴片的示意图；

附图8为定向圆极化阅读器天线的反射系数仿真结果图；

附图9为定向圆极化阅读器天线的圆极化轴比带宽仿真结果图；

附图10为定向圆极化阅读器天线在XOZ面方向图；

图中：1-第一介质基板；2-第二介质基板；3-辐射贴片；4-接地板；5-反射器贴片；6-空气层；

31-微带馈线；41-矩形长条；42-矩形槽；51-十字架缝隙；

100-馈电点；101-第一导体长条片；102-第二导体长条片；103-第三导体长条片；104-第四导体长条片。

具体实施方式

如图1-10所示，一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，所述天线包括上下平行设置的第一介质基板1、第二介质基板2；所述第一介质基板顶面处覆以辐射贴片3且底面处覆以接地板4；所述第二介质基板的板面处覆有反射器贴片5；所述反射器贴片的面积大于第一介质基板且第一介质基板位于反射器贴片中部上方；所述反射器贴片的中部处设有十字架缝隙51。

所述辐射贴片为俯视呈C形的单极子。

所述C形单极子以阶梯形的馈电端与微带馈线31相连。

所述C形单极子未与微带馈线相连的一端向C形单极子内侧折叠。

所述接地板包括长边和短边；所述C形单极子包括首尾相连的第一导体长条片101、第二导体长条片102、第三导体长条片103、第四导体长条片104；所述第四导体长条片指向C形单极子内侧；第一导体长条片、第三导体长条片、第四导体长条片的主体平行于接地板长边，第二导体长条片平行与接地板短边；所述第一导体长条片的始端与微带馈线31始端相连，第一导体长条片的末端与第二导体长条片始端相连。

所述C形单极子以第三导体长条片产生水平向电流；所述C形单极子以第二导体长条片产生垂直向电流；所述水平向电流、垂直向电流产生天线的圆极化波。

微带馈线末端为馈电点100。

所述微带馈线31末端与接地板的长边中部相连；所述接地板的俯视形状为以长边中部对称线为分界的左右两边不对称结构；所述天线可通过该左右两边不对称结构产生横向电流。

所述接地板以长边中部对称线为分界的一侧为内凹侧，另一侧为外凸侧；所述内凹侧处挖有与长边中部对称线相接的矩形槽42；所述外凸侧的外侧边沿处设有沿接地板短边延伸的矩形长条41。

所述第一介质基板1、第二介质基板2之间设有空气层6或绝缘介质层；所述天线经调整C形单极子的长度来设置天线的谐振频率点。

所述反射器贴片为用于实现天线定向辐射的反射器贴片；所述十字架缝隙的横边和竖边的宽度相等但长度不等；所述十字架缝隙的横边与竖边交叉点位于竖边中点的下方。

所述天线的参数调整方法包括；

A、通过调整C形单极子的长度来激励RFID的超高频900-930MHz频段；

B、通过调整接地板的矩形槽的长度和宽度，以及反射器贴片的十字架缝隙的长度和宽度来激发圆极化波及定向辐射，以实现天线的定向圆极化。

实施例：

本例中，辐射贴片3为末端折叠的C型结构，调整其长度来产生合适的谐振频率点。设计为C型结构的目的是产生水平方向和垂直方向的电流实现天线的圆极化。C型末端的折叠结构一是为了减小尺寸使得天线结构更加紧凑，二是抵消水平方向的电流。真正产生圆极化波的水平和垂直方向电流为C型长度相等互相垂直的两条边。

本例所述的定向圆极化阅读器天线通过调整辐射贴3单极子结构的长度来激励RFID的超高频（900-930MHz）频段；并且通过接地板外凸的矩形条的长度来调整轴比的谐振频率，通过调整接地板内凹的矩形槽的长度和宽度，反射器贴片5开的缝隙51的长度和宽度等参数值激发圆极化波，定向辐射，实现天线的定向圆极化。

本例中，第一介质基板1和第二介质基板2可采用相对介电常数为4.4，tanθ=0.02的FR4作为基板，本实施例中采用型号为IT-8350G的介质基板。

本例中，天线总体尺寸为150mm×120mm×21.6mm。具体尺寸有：第一介质基板的尺寸为95mm×70mm×1.6mm，辐射贴片通过一条微带线进行馈电，C型单极子的宽度为7mm，总长度为202.5mm。接地板的尺寸为95mm×22.5mm的矩形，左侧外凸一个宽度2mm长度42mm的矩形条，右侧内凹一个 37mm×12.5的矩形槽。第二介质基板的尺寸为150mm×120mm×1.6mm，中间开的十字架缝隙的宽度均为10mm，水平方向和垂直方向的长度尺寸分别为130mm和80mm。

Claims (9)

1.一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述天线包括上下平行设置的第一介质基板（1）、第二介质基板（2）；所述第一介质基板顶面处覆以辐射贴片（3）且底面处覆以接地板（4）；所述第二介质基板的板面处覆有反射器贴片（5）；所述反射器贴片的面积大于第一介质基板且第一介质基板位于反射器贴片中部上方；所述反射器贴片的中部处设有十字架缝隙（51）。

2.根据权利要求1所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述辐射贴片为俯视呈C形的单极子。

3.根据权利要求2所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述C形单极子以阶梯形的馈电端与微带馈线（31）相连。

4.根据权利要求3所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述C形单极子未与微带馈线相连的一端向C形单极子内侧折叠。

5.根据权利要求4所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述接地板包括长边和短边；所述C形单极子包括首尾相连的第一导体长条片、第二导体长条片、第三导体长条片、第四导体长条片；所述第四导体长条片指向C形单极子内侧；第一导体长条片、第三导体长条片、第四导体长条片的主体平行于接地板长边，第二导体长条片平行与接地板短边；所述第一导体长条片的始端与微带馈线始端相连，第一导体长条片的末端与第二导体长条片始端相连。

6.根据权利要求5所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述C形单极子以第三导体长条片产生水平向电流；所述C形单极子以第二导体长条片产生垂直向电流；所述水平向电流、垂直向电流产生天线的圆极化波。

7.根据权利要求5所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述微带馈线（31）末端与接地板的长边中部相连；所述接地板的俯视形状为以长边中部对称线为分界的左右两边不对称结构；所述天线可通过该左右两边不对称结构产生横向电流。

8.根据权利要求7所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述接地板以长边中部对称线为分界的一侧为内凹侧，另一侧为外凸侧；所述内凹侧处挖有与长边中部对称线相接的矩形槽（42）；所述外凸侧的外侧边沿处设有沿接地板短边延伸的矩形长条（41）。

9.根据权利要求2所述的一种反射面十字开槽结构定向圆极化RFID阅读器天线，其特征在于：所述第一介质基板（1）、第二介质基板（2）之间设有空气层（6）或绝缘介质层；所述天线经调整C形单极子的长度来设置天线的谐振频率点；

所述反射器贴片为用于实现天线定向辐射的反射器贴片；所述十字架缝隙的横边和竖边的宽度相等但长度不等；所述十字架缝隙的横边与竖边交叉点位于竖边中点的下方。

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