CN216793982U - 一种圆极化rfid读写器天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆极化RFID读写器天线，包括有天线本体，所述天线本体包括有介质基板，在所述介质基板上设置有单馈电结构、金属接地结构和辐射槽；其中，所述单馈电结构与外部无线电设备的输入、输出接口连接，用于信号拾取，所述单馈电结构还用于激励所述辐射槽；所述金属接地结构用于调谐圆极化频率及圆极化程度；还包括有壳体上盖，所述壳体上盖覆盖在所述天线本体上；固定螺钉穿过固定孔，将所述天线壳体、所述天线本体和壳体上盖固定在一起。通过设置金属接地结构，可以调谐圆极化频率及圆极化程度，实现圆极化辐射，并且在本实用新型中，单馈电结构用于激励所述辐射槽，在要求的工作频段产生谐振，以形成有效地辐射。

Description

一种圆极化RFID读写器天线

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其是涉及一种圆极化RFID读写器天线。

背景技术

RFID系统是一种通过射频无线信号自动识别目标对象并获取相关数据的非接触式通信技术。RFID系统通常由阅读器，电子标签、数据管理系统3部分组成。阅读器又称为读写器或询问器，它的基本任务就是与RFID系统中的数据管理系统和数据载体(电子标签)建立通信，并进行数据交互。读写器的基本组成包括控制模块、射频模块和天线三部分组成。

RFID系统根据工作原理，可分为无源RFID系统和有源RFID系统。无源RFID系统中，电子标签无电源，不能主动发射电磁波，通过反向散射调制阅读器发射的电磁波，建立和阅读器的通信，具有极低的成本。有源RFID系统中，标签需电源供电，能主动发射电磁波，阅读器接收标签的电磁波以建立通信连接，作用距离大，成本较高。

根据工作频率不同，RFID系统又可分为低频系统、高频系统和超高频系统。低频系统的工作频率范围为30KHz-300KHz，常见工作频率为125KHz和134.2KHz。高频系统的工作频率范围为3MHz-30MHz，常用的工作频率为6.75MHz、13.56MHz和27.125MHz。超高频系统工作频率大于300MHz，常用的工作频率为433MHz、840-960MHz(该频段各国规定不同，国内主要有840.5MHz-844.5MHz，920.5MHz-924.5MHz两个波段)。超高频系统技术相对复杂，成本较高，但具有多标签读取、较长读写距离和较高读写速度等诸多有点，是目前国内外研究人员最关注的频段。

天线处于阅读器的最前端，是阅读系统中的关键性部件。阅读器天线发射的电磁信号的强度、极化和方向性，决定了电子标签的作用距离和感应强度，阅读器天线的阻抗和带宽等电参数，会影响了阅读器与天线的匹配程度，进一步说，决定了天线实际发射和接收电磁波的功率，因此读写器天线对射频识别系统起着至关重要的作用。

高性能RFID系统，阅读器天线采用圆极化形式，以降低因标签姿态不同引起的极化失配损耗，进一步提高系统的灵敏度。目前，多采用多层结构、寄生耦合的单点馈电结构，或者多点馈电结构实现圆极化天线，造成天线尺寸大，结构复杂和较高的成本。现有的RFID读写器天线在圆极化辐射方面效果不是太理想。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种圆极化RFID读写器天线，能够实现圆极化辐射，形成有效地辐射。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，该圆极化RFID读写器天线，包括有天线本体，所述天线本体包括有介质基板，在所述介质基板上设置有单馈电结构、金属接地结构和辐射槽；

其中，所述单馈电结构与外部无线电设备的输入、输出接口连接，用于信号拾取，所述单馈电结构还用于激励所述辐射槽；

所述金属接地结构用于调谐圆极化频率及圆极化程度。

通过设置金属接地结构，可以调谐圆极化频率及圆极化程度，实现圆极化辐射，并且在本实用新型中，单馈电结构用于激励所述辐射槽，在要求的工作频段产生谐振，以形成有效地辐射。

优选的，所述单馈电结构由馈电枝节、耦合调谐枝节、耦合缝隙和阻抗调谐枝节组成；所述馈电枝节具有两个金属带，位于所述天线本体的对称轴上；所述耦合调谐枝节中的两个金属带和所述金属接地结构相连；所述阻抗调谐枝节为金属带，与所述馈电枝节垂直并相连；所述耦合调谐枝节与所述馈电枝节之间进行电磁耦合。

常用的馈电结构，带宽较窄，能改善高端频率的谐振特性，但对低端频率的谐振基本没影响，难以实现小型化，本实用新型中的耦合调谐枝节与所述馈电枝节之间进行电磁耦合，变相延长了馈电枝节的长处，使低端频率的电流路径增加，产生了低频谐振点，从而实现了天线的小型化，通信设备小型化和低成本化，一直是工程师努力的目标，因此实现一种小型圆极化超高频RFID天线具有重要的意义。

阻抗调谐枝节为金属带，与所述馈电枝节垂直并相连，调节阻抗调谐枝节的宽度和与金属接地结构之间有距离，可用于改善高端频率的阻抗特性。

优选的，所述耦合调谐枝节中的两个金属带为两个对称的T形金属带。

优选的，所述馈电枝节由两段长度和宽度均不相等的金属带构成，位于所述馈电枝节底部较宽的金属带和所述耦合缝隙组成50Ω的共面波导；位于所述馈电枝节上部较窄的金属带用于激励所述辐射槽；

所述阻抗调谐枝节与所述馈电枝节上部较窄的金属带垂直并相连，所述阻抗调谐枝节与所述金属接地结构之间有距离。

馈电枝节底部较宽金属带的长度可以调整，以进行圆极化RFID读写器天线阻抗的匹配，馈电枝节上部较窄金属带长度对天线的谐振频率影响较大，宽度可以调整圆极化RFID读写器天线在谐振频率处的阻抗，实现良好的阻抗匹配。

优选的，所述阻抗调谐枝节为均匀的金属带。

优选的，所述金属接地结构由极化调谐枝节和阻抗调谐缝隙组成；所述极化调谐枝节具有两个，位于所述金属接地结构的主对角线上，获得右旋圆极化天线，或者位于在与所述金属接地结构的主对角线垂直的副对角线上，获得左旋圆极化天线；所述阻抗调谐缝隙在所述金属接地结构的边缘，用于调谐该圆极化RFID读写器天线的阻抗匹配程度。

通过调整两个极化调谐枝节的纵横比，实现圆极化辐射。

优选的，所述极化调谐枝节由两个对称的L形金属带组成，且位于所述金属接地结构的两个对角上，和所述金属接地结构相连

优选的，所述阻抗调谐缝隙为L形的窄缝隙，嵌于所述金属接地结构中。

进一步调谐圆极化RFID读写器天线的阻抗匹配程度，L形阻抗调谐缝隙的位置和尺寸，可根据本实用新型圆极化RFID读写器天线具体工作频率，阻抗匹配要求进行自由设计。

优选的，所述单馈电结构、金属接地结构和辐射槽均位于所述介质基板的上层，为共面结构；所述介质基板为单面覆铜板，上层铜箔保留，下层铜箔清除，且在上层铜箔中心蚀刻有所述辐射槽，所述辐射槽为正方形。

辐射槽为在介质基板上金属净空的正方形区域，其几何中心和介质基板的几何中心重合。

优选的，本实用新型的圆极化RFID读写器天线还包括有壳体上盖，所述壳体上盖覆盖在所述天线本体上；固定螺钉穿过固定孔，将所述天线壳体、所述天线本体和壳体上盖固定在一起。

本实用新型的圆极化RFID读写器天线，在小型化的同时，拓展了阻抗带宽和圆极化带宽，且共面的单层结构便于和电路集成，从而更加实用。

附图说明

下面结合附图和本实用新型的实施方式进一步详细说明：

图1是本实用新型圆极化RFID读写器天线的立体结构示意图；

图2是本实用新型圆极化RFID读写器天线的透视结构示意图；

图3是图1中的天线本体侧视剖视结构示意图；

图4是图1中的天线本体俯视结构示意图；

图5a是现有的窄带平面槽天线截面结构示意图；

图5b是现有的宽带平面槽天线截面结构示意图；

图6是本实用新型圆极化RFID读写器天线的端口反射系数示意图；

图7是本实用新型圆极化RFID读写器天线的轴比示意图；

图8是本实用新型圆极化RFID读写器天线的辐射方向图；

其中：1-天线壳体；2-天线本体，201-介质基板，202-单馈电结构，20201-馈电枝节，20202-耦合调谐枝节，20203-耦合缝隙，20204-阻抗调谐枝节，203-金属接地结构，20301-极化调谐枝节，20302-阻抗调谐缝隙，204-辐射槽；3-壳体上盖；4-固定孔；5-固定螺钉。

具体实施方式

本实施例的圆极化RFID读写器天线，如图1-4所示，包括有天线本体2，还包括有壳体上盖3，所述壳体上盖3覆盖在所述天线本体2上；固定螺钉5穿过固定孔4，将天线壳体1、所述天线本体2和所述壳体上盖3固定在一起；

天线本体2包括有介质基板201，在所述介质基板202上设置有单馈电结构202、金属接地结构203和辐射槽204；

其中，所述单馈电结构202与外部无线电设备的输入、输出接口连接，用于信号拾取，所述单馈电结构202还用于激励所述辐射槽204；

所述金属接地结构203用于调谐圆极化频率及圆极化程度。

单馈电结构202、金属接地结构203和辐射槽204均位于所述介质基板201的上层，为共面结构；所述介质基板201为单面覆铜板，上层铜箔保留，下层铜箔清除，且在上层铜箔中心蚀刻有辐射槽204，所述辐射槽204为正方形。

本实施例的单馈电结构与现有的馈电结构不同，如图5a、5b所示，图5a为常用的馈电结构，带宽较窄，图5b为变形的馈电结构，能改善高端频率的谐振特性，但对低端频率的谐振基本没影响，难以实现小型化；本实施例的单馈电结构202由馈电枝节20201、耦合调谐枝节20202、耦合缝隙20203和阻抗调谐枝节20204组成；所述馈电枝节20201具有两个金属带，位于所述天线本体2的对称轴上；所述耦合调谐枝节20202中的两个金属带和所述金属接地结构203相连；所述阻抗调谐枝节20204为金属带，与所述馈电枝节20201垂直并相连；所述耦合调谐枝节20202与所述馈电枝节20201之间进行电磁耦合。

耦合调谐枝节20202中的两个金属带为两个对称的T形金属带。

馈电枝节20201由两段长度和宽度均不相等的金属带构成，位于所述馈电枝节20201底部较宽的金属带和所述耦合缝隙20203组成50Ω的共面波导；位于所述馈电枝节20201上部较窄的金属带用于激励所述辐射槽204；

阻抗调谐枝节20204与所述馈电枝节20201上部较窄的金属带垂直并相连，所述阻抗调谐枝节20204与所述金属接地结构203之间有距离。

阻抗调谐枝节20204为均匀的金属带。

金属接地结构203由极化调谐枝节20301和阻抗调谐缝隙20302组成；极化调谐枝节20301具有两个，位于所述金属接地结构203的主对角线上，获得右旋圆极化天线(如图4所示)，或者位于在与所述金属接地结构203的主对角线垂直的副对角线上，获得左旋圆极化天线(该种方式未在图中示出)；所述阻抗调谐缝隙20302在所述金属接地结构203的边缘，用于调谐圆极化RFID读写器天线的阻抗匹配程度。

极化调谐枝节20301由两个对称的L形金属带组成，且位于所述金属接地结构203的两个对角上，和所述金属接地结构203相连；阻抗调谐缝隙20302为L形的窄缝隙，嵌于所述金属接地结构203中。

如图6所示，本实用新型的圆极化超高频RFID阅读器天线，电压反射系数小于-10dB的带宽为830MHz-1000MHz,相对带宽为18.89％，电压反射系数小于-15dB的带宽为840MHz-970MHz，相对带宽为14.44％，在超高频840MHz-960MHz的整个频段具有良好的阻抗匹配特性。

如图7所示，本实用新型的圆极化超高频RFID阅读器天线，轴比小于3dB的带宽为887MHz-920MHz,相对带宽3.67％，轴比小于6dB的带宽为872MHz-940MHz，相对带宽为7.56％，取得了较好的圆极化特性。

如图8所示，本实用新型的圆极化超高频RFID阅读器天线，右旋圆极化增益为3.3dBi，实现了圆极化电磁波的辐射。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种圆极化RFID读写器天线，包括有天线本体，其特征在于，所述天线本体包括有介质基板，在所述介质基板上设置有单馈电结构、金属接地结构和辐射槽；

其中，所述单馈电结构与外部无线电设备的输入、输出接口连接，用于信号拾取，所述单馈电结构还用于激励所述辐射槽；

所述金属接地结构用于调谐圆极化频率及圆极化程度；

所述金属接地结构由极化调谐枝节和阻抗调谐缝隙组成；所述极化调谐枝节具有两个，位于所述金属接地结构的主对角线上，获得右旋圆极化天线，或者位于在与所述金属接地结构的主对角线垂直的副对角线上，获得左旋圆极化天线；所述阻抗调谐缝隙在所述金属接地结构的边缘，用于调谐该圆极化RFID读写器天线的阻抗匹配程度。

2.根据权利要求1所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述单馈电结构由馈电枝节、耦合调谐枝节、耦合缝隙和阻抗调谐枝节组成；所述馈电枝节具有两个金属带，位于所述天线本体的对称轴上；所述耦合调谐枝节中的两个金属带和所述金属接地结构相连；所述阻抗调谐枝节为金属带，与所述馈电枝节垂直并相连；所述耦合调谐枝节与所述馈电枝节之间进行电磁耦合。

3.根据权利要求2所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述耦合调谐枝节中的两个金属带为两个对称的T形金属带。

4.根据权利要求2所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述馈电枝节由两段长度和宽度均不相等的金属带构成，位于所述馈电枝节底部较宽的金属带和所述耦合缝隙组成50Ω的共面波导；位于所述馈电枝节上部较窄的金属带用于激励所述辐射槽；

所述阻抗调谐枝节与所述馈电枝节上部较窄的金属带垂直并相连，所述阻抗调谐枝节与所述金属接地结构之间有距离。

5.根据权利要求4所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述阻抗调谐枝节为均匀的金属带。

6.根据权利要求1所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述极化调谐枝节由两个对称的L形金属带组成，且位于所述金属接地结构的两个对角上。

7.根据权利要求1所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述阻抗调谐缝隙为L形的窄缝隙，嵌于所述金属接地结构中。

8.根据权利要求1-7任一项所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，所述单馈电结构、金属接地结构和辐射槽均位于所述介质基板的上层，为共面结构；所述介质基板为单面覆铜板，上层铜箔保留，下层铜箔清除，且在上层铜箔中心蚀刻有所述辐射槽，所述辐射槽为正方形。

9.根据权利要求8所述的圆极化RFID读写器天线，其特征在于，还包括有壳体上盖，所述壳体上盖覆盖在所述天线本体上；固定螺钉穿过固定孔，将天线壳体、所述天线本体和壳体上盖固定在一起。

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