CN214043980U - Rfid天线和rfid读写器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种RFID天线和RFID读写器。RFID天线包括：天线单元和天线馈电板，天线单元包括第一倒F天线、第二倒F天线、第三倒F天线和第四倒F天线，每一个倒F天线包括接地段、馈电段和辐射段，天线馈电板包括基板和馈线线路，馈线线路连接四个倒F天线，四个倒F天线呈中心对称分布，馈线线路通过功率分配单元将输入功率平均分配，功率分配单元采用T型功分器平均分配输入功率。通过将馈线线路中的功率分配单元设置为T型功分器结构，减少了微带线长度，降低了线间影响，简化馈线系统的布线结构。

Description

RFID天线和RFID读写器

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其是涉及一种RFID天线和RFID读写器。

背景技术

RFID天线由于其体积较小，因此可用作RFID手持设备或其他RFID系统，例如物流、交通运输、农牧渔业、医疗行业、制造业、文档管理及门禁管理等。其中，手持设备由于灵活性高，便于移动而体现出巨大的市场潜力。天线的尺寸及增益是设计手持设备的外观及读取性能的重要参数，天线的体积越小越薄,相应的外观就能制作得越美观。另外，天线在工作频率内的增益越高，相同射频电路的读取性能越优异。相关技术中，RFID天线的馈线系统利用威尔金森功分器实现多路信号的输出，总体微带线长度较长，造成布线困难，且微带线间距较近，线间影响显著，存在交叉现象，影响信号传输。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种RFID天线，能够减少馈线系统中的微带线长度，减少线间影响，简化馈线系统的布线结构。

根据本实用新型的第一方面实施例的RFID天线，包括：天线单元和天线馈电板，所述天线单元包括第一倒F天线、第二倒F天线、第三倒F天线和第四倒F天线，每一个倒F天线包括接地段、馈电段和辐射段，所述天线馈电板包括基板和馈线线路，所述馈线线路连接四个所述倒F天线，四个所述倒F天线呈中心对称分布，所述馈线线路通过功率分配单元将输入功率平均分配，所述功率分配单元采用T型功分器平均分配所述输入功率。

根据本实用新型实施例的RFID天线，至少具有如下有益效果：通过将馈线线路中的功率分配单元设置为T型功分器结构，减少了微带线长度，降低了线间影响，简化馈线系统的布线结构。

根据本实用新型的一些实施例，所述功率分配单元包括：第一T型功分器、第二T型功分器、第三T型功分器、第一微带线、第二微带线、第三微带线，所述第一T型功分器的输入端用于连接同轴线，所述第一T型功分器的第一输出端连接所述第二T型功分器的输入端，所述第一T型功分器的第二输出端连接所述第一微带线，所述第二T型功分器的第一输出端用于连接所述第一倒F天线的馈电段，所述第二T型功分器的第二输出端连接所述第二微带线，所述第二微带线用于连接所述第二倒F天线的馈电段，所述第三T型功分器的输入端连接所述第一微带线，所述第三T型功分器的第一输出端用于连接所述第三倒F天线的馈电段，所述第三T型功分器的第二输出端连接所述第三微带线，所述第三微带线用于连接所述第四倒F天线的馈电段。

根据本实用新型的一些实施例，所述第一微带线为180度相移微带线，所述第二微带线和所述第三微带线为90度相移微带线。

根据本实用新型的一些实施例，所述辐射段为L型。

根据本实用新型的一些实施例，所述馈电段包括梯形匹配枝节，所述梯形匹配枝节用于调整驻波比。

根据本实用新型的一些实施例，所述倒F天线为金属材料。

根据本实用新型的第二方面实施例的RFID读写器，包括上述第一方面所述的RFID天线。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型实施例RFID天线的立体图；

图2为本实用新型实施例倒F天线的立体图；

图3为本实用新型实施例天线馈线板的示意图；

图4为本实用新型实施例RFID天线驻波比的曲线图；

图5为本实用新型实施例RFID天线轴比的曲线图；

图6为本实用新型实施例RFID天线的二维方向图；

图7为本实用新型实施例RFID天线的三维方向图；

图8为本实用新型实施例RFID天线的增益图。

附图标记：

第一倒F天线110、第二倒F天线120、第三倒F天线130；

第四倒F天线140、天线馈电板200、接地段111、馈电段112；

辐射段113、第一T型功分器210、第二T型功分器220；

第三T型功分器230、第一微带线310、第二微带线320；

第三微带线330、接地连接口410、安装孔420。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

一些实施例，参照图1和图2，本实用新型的RFID天线，包括：天线单元和天线馈电板200，天线单元包括第一倒F天线110、第二倒F天线120、第三倒F天线130和第四倒F天线140，每一个倒F天线包括接地段111、馈电段112和辐射段113，天线馈电板200包括基板和馈线线路，馈线线路连接四个倒F天线，四个倒F天线呈中心对称分布，馈线线路通过功率分配单元将输入功率平均分配，功率分配单元采用T型功分器平均分配输入功率。

通过设置四个倒F天线，且使四个倒F天线在天线馈电板200上呈中心对称分布，通过对每个倒F天线赋予同样大小的功率以及对每个倒F天线的传输信号的相位做旋转延迟，以此来实现圆极化天线，提高RFID天线的增益与带宽。且将馈线线路中常用的威尔金森功分器替换为T型功分器，大幅度缩短了馈线线路的总体长度，且在馈线线路上不需要设置其它额外的元件，简化了天线馈电板200的结构布局，降低成本。天线馈电板200的形状可以根据用户需求任意设置，可以为矩形、圆形或其它不规则多边形等。天线馈电板200与天线单元之间的空隙中设置有泡棉，使用双面胶将泡棉与天线馈电板200和天线单元粘接在一起，使泡棉起到固定、稳固天线结构的作用。

一些实施例，参照图3，功率分配单元包括：第一T型功分器210、第二T型功分器220、第三T型功分器230、第一微带线310、第二微带线320、第三微带线330，第一T型功分器210的输入端用于连接同轴线，第一T型功分器210的第一输出端连接第二T型功分器220的输入端，第一T型功分器210的第二输出端连接第一微带线310，第二T型功分器220的第一输出端用于连接第一倒F天线110的馈电段，第二T型功分器220的第二输出端连接第二微带线320，第二微带线320用于连接第二倒F天线120的馈电段，第三T型功分器230的输入端连接第一微带线310，第三T型功分器230的第一输出端用于连接第三倒F天线130的馈电段，第三T型功分器230的第二输出端连接第三微带线330，第三微带线330用于连接第四倒F天线140的馈电段。

具体示例，天线馈电板200为PCB板，第一T型功分器210的输入端穿过图示中的PCB板，通过PCB板背面设置的馈点连接同轴线，用于传输信号。当下使用较多的各种信号传输接头和线缆的阻抗一般为50欧姆，因此第一T型功分器210的输入阻抗为50欧姆，两路输出阻抗需要设置为100欧姆，才能保证功率平均分配。通过在与第二T型功分器220和第三T型功分器230的连接线中增加四分之一波长的阻抗匹配线，使得第一T型功分器210的两路输出阻抗为100欧姆，达到平均分配功率的效果。通过同样的方式设置第二T型功分器220和第三T型功分器230的阻抗，使得经过一次平均分配后的功率再次进行平均分配，以此将通过同轴线传输的输入功率平均分配到四个倒F天线上。通过设置第一微带线310、第二微带线320和第三微带线330的宽度与长度，使其在满足阻抗分配标准的情况下，同时对传输信号进行移相，使其构成圆极化天线。微带线在PCB板上的分布形状可以为多种形状，只需要其阻抗与长度满足功率分配与移相的标准即可。本实施例中的天线馈电板200设置为正方形，靠近正方形的四个角的位置设置有用于连接倒F天线接地段的接地连接口410，对应的天线馈电板200的四个边角处都设置有相应的接地连接口，在接地连接口410旁设置有安装孔420，用于使用螺纹紧固件将天线馈电板200与其它部件固定，安装孔的数量与设置位置可以根据需要任意设置。

一些实施例，第一微带线310为180度相移微带线，第二微带线320和第三微带线330为90度相移微带线。通过此种设置，使得第一倒F天线110、第二倒F天线120、第三倒F天线130和第四倒F天线140可以分别输出与输入信号的相位差为0度、-90度、-180度、-270度的等幅信号的输出信号，即RFID天线以左旋圆极化的工作方式发送信号。其移相的具体过程如下表所示：

相位差为0度的信号只需要经过第一T型功分器210与第二T型功分器220的功率分配就可以得到，其相位与输入信号相位相同。相位差为-90度的信号为，再对经过第二T型功分器220的信号使用90度微带线进行移相，即可得到。相位差为-180度的信号为，对经过第一T型功分器210的信号使用180度微带线进行移相，即可得到，但为使其功率满足要求，再使用第三T型功分器230，进行功率分配，即可得到相同功率大小的-180度的移相信号。相位差为-270度的信号为，对经过第三T型功分器230的信号使用90度微带线进行移相，即可得到对应的信号。在一些其他实施例中，也可以采用不同的功率分配或移相顺序进行设计，也可以达到相同的效果。

一些实施例，辐射段113为L型。图2中接地段111的宽度记为w，馈电段112的高度记为h，辐射段113的一边长度记为l，另一边长度记为l1，通过调节倒F天线的w、h、l和l1的大小，可以改变倒F天线的工作频段，使其满足不同工作频段的需要。

一些实施例，馈电段112包括梯形匹配枝节，梯形匹配枝节用于调整驻波比。梯形匹配枝节的高度记为hp，通过微调hp的大小，可以优化改变驻波比，使特定工作频段的驻波比满足用户需求。

一些实施例，倒F天线为金属材料。倒F天线设置为一体的金属结构，减少了多个PCB板式结构天线的连接处的插损，且在组装RFID天线时，方便整体安装，安装难度较低，使其工作状态更加稳定。在一些其他实施例中，也可以为PCB板式结构的天线。

下面以一个具体实施例，详细描述本实用新型RFID天线的性能参数。参照图4，本实用新型的RFID天线的驻波比曲线图表明，在902MHz至928MHz的频带内，驻波比均为1.5以下，满足在902MHz至928MHz正常工作的需求。参照图5，为本实用新型RFID天线工作在915MHz的频率下时，其轴比的曲线图，其轴比低于3dB的角度范围在正方向上达到了120度以上，说明在RFID天线的正方向的120度范围内，具有较好的圆极化性能。参照图6，为本实用新型实施例RFID天线的二维方向图，显示RFID天线在正方向的辐射较强，半功率波瓣宽度约为110度，当用作接收天线时正方向的接收范围较宽，前后辐射比约为4.55，后向辐射相对较弱。参照图7，为RFID天线的三维方向图，显示RFID天线在φ＝0-360°范围内的辐射与φ＝0°的切面基本保持一致，各个角度的接收性能较一致，其中φ为经过Z轴的切面与X轴正方向的夹角。参照图8，为本实用新型实施例RFID天线的增益图，图中表明在902MHz至928MHz的频段内，峰值增益可达到4.01dB，在检测读取标签能力的距离测试实验中，极限距离为水平方向16米，垂直方向16.8米，接收范围达到了较高的提升，可以满足多种应用环境条件下的使用。在实际的实物调试安装过程中，只需要使实物的尺寸误差尽量小，不需要使用增加匹配网络的调试方式，方便用户安装测试。

本实用新型还提出一种RFID读写器，包括上述实施例中的RFID天线，RFID读写器的其它部分的设置为本领域技术人员所公知的，此处不再一一赘述。

本实用新型的描述中，参考术语“一些实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (7)

1.RFID天线，其特征在于，包括：

天线单元，所述天线单元包括第一倒F天线、第二倒F天线、第三倒F天线和第四倒F天线，每一个倒F天线包括接地段、馈电段和辐射段；

天线馈电板，所述天线馈电板包括基板和馈线线路，所述馈线线路连接四个所述倒F天线，四个所述倒F天线呈中心对称分布，所述馈线线路通过功率分配单元将输入功率平均分配，所述功率分配单元采用T型功分器平均分配所述输入功率。

2.根据权利要求1所述的RFID天线，其特征在于，所述功率分配单元包括：第一T型功分器、第二T型功分器、第三T型功分器、第一微带线、第二微带线、第三微带线，所述第一T型功分器的输入端用于连接同轴线，所述第一T型功分器的第一输出端连接所述第二T型功分器的输入端，所述第一T型功分器的第二输出端连接所述第一微带线，所述第二T型功分器的第一输出端用于连接所述第一倒F天线的馈电段，所述第二T型功分器的第二输出端连接所述第二微带线，所述第二微带线用于连接所述第二倒F天线的馈电段，所述第三T型功分器的输入端连接所述第一微带线，所述第三T型功分器的第一输出端用于连接所述第三倒F天线的馈电段，所述第三T型功分器的第二输出端连接所述第三微带线，所述第三微带线用于连接所述第四倒F天线的馈电段。

3.根据权利要求2所述的RFID天线，其特征在于，所述第一微带线为180度相移微带线，所述第二微带线和所述第三微带线为90度相移微带线。

4.根据权利要求1所述的RFID天线，其特征在于，所述辐射段为L型。

5.根据权利要求1所述的RFID天线，其特征在于，所述馈电段包括梯形匹配枝节，所述梯形匹配枝节用于调整驻波比。

6.根据权利要求1所述的RFID天线，其特征在于，所述倒F天线为金属材料。

7.RFID读写器，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的RFID天线。

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