一種新型rfid圓極化天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型的應(yīng)用于高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)的RFID閱讀器天線。
【背景技術(shù)】
[0002]RFID即射頻識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是利用無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識別目的并交換數(shù)據(jù)的自動(dòng)識別技術(shù)。與傳統(tǒng)的自動(dòng)識別系統(tǒng)(如條形碼)相比，RFID技術(shù)具有很多優(yōu)勢:可以定向或不定向的遠(yuǎn)距離讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)，無需保持識別的目標(biāo)可見；可以透過外部材料讀取數(shù)據(jù)；在惡劣環(huán)境下工作；同時(shí)處理多個(gè)電子標(biāo)簽；能夠儲存的信息量很大；還可以通過RFID標(biāo)簽對物體進(jìn)行物理定位等等。
[0003]射頻識別系統(tǒng)的天線根據(jù)系統(tǒng)功能被分為:閱讀器天線和標(biāo)簽天線。閱讀器天線與射頻信號處理模塊緊鏈，通常被安置在各類型閱讀機(jī)上，如公交卡識別器、校園一卡通讀卡器、二代身份證信息讀取器等等。隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，提高了社會生產(chǎn)效率，增加了社會財(cái)富，不斷促進(jìn)著人類文明的快速發(fā)展。
[0004]文獻(xiàn) “Designing an UHF RFID Reader Antenna”(發(fā)表期刊:2012 IEEESymposium on Humanities, Science and Engineering Research ;發(fā)表日期:2012 年；作者:Syamimi Mohd Norzeli, Ismarani Ismail, Mohd Fazruisyam Mohd Busu)提出了一種圓極化RFID閱讀器天線。其結(jié)構(gòu)為簡單微帶天線結(jié)構(gòu)，因此只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)方向的輻射。此夕卜，文章并未給出圓極化指標(biāo)軸比的數(shù)據(jù)。
[0005]文獻(xiàn)“Compact Printed Yagi Antenna for Handheld UHF RFID Reader”(發(fā)表期刊:2011Internat1nal Conference ;發(fā)表日期:2011 年；作者:Sivaji Kaki, Dr.TapasChakravarty)通過改進(jìn)的八木結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了雙向福射，但兩個(gè)方向均為線極化福射，限制了其應(yīng)用場合。
[0006]目前，已有報(bào)道可實(shí)現(xiàn)圓極化、雙向福射的方法，但很少有同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向福射、圓極化的方法。因此，如何實(shí)現(xiàn)雙向圓極化輻射，且保證一定的增益是RFID閱讀器天線領(lǐng)域中一個(gè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有需求和問題，本發(fā)明提供了一種信號首發(fā)能力強(qiáng)的，具有雙向輻射的RFID圓極化天線。
[0008]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]—種RFID圓極化天線，包括介質(zhì)基板，設(shè)于基板下表面的金屬接地板，設(shè)于基板上表面的方環(huán)形輻射貼片及Wilkinson功分器，其特征在于:所述方環(huán)形輻射貼片的其中一對角進(jìn)行切角處理，且輻射貼片內(nèi)側(cè)分布有若干矩形凹槽；所述Wilkinson功分器位于方環(huán)形輻射貼片內(nèi)部，其輸入端為饋電點(diǎn)，電阻兩側(cè)的兩個(gè)輸出端分別通過長度不同的兩段微帶線與輻射貼片兩條邊的中點(diǎn)相連，兩段微帶線長度相差為中心頻率對應(yīng)波長的四分之一。
[0010]進(jìn)一步地，天線由同軸線進(jìn)行饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過地板及基板連接饋電點(diǎn)，夕卜導(dǎo)體連接金屬接地板。
[0011]進(jìn)一步地，所述矩形凹槽為12個(gè)，均勻分布于輻射貼片每條邊，其中與微帶線相連的兩個(gè)凹槽被填滿。
[0012]進(jìn)一步地，所述Wilkinson功分器為方環(huán)形結(jié)構(gòu)的功分器，方環(huán)形的四個(gè)外側(cè)角進(jìn)行切角處理。
[0013]進(jìn)一步地，所述微帶線拐角處的外側(cè)進(jìn)行切角處理。
[0014]本發(fā)明的一種RFID圓極化天線，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、天線整體是平面結(jié)構(gòu)，可放置于平面甚至曲面載體上，適合多種環(huán)境下的使用。
[0016]2、將饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在輻射貼片內(nèi)側(cè)，有效的將其組合起來，減小了天線的占地空間。
[0017]3、其輻射為雙向圓極化輻射，相比單向輻射，對于RFID系統(tǒng)有更強(qiáng)的實(shí)用性。
[0018]4、根據(jù)曲流原理，在輻射貼片上進(jìn)行開槽，在保證天線帶寬的同時(shí)進(jìn)一步縮減了天線表面積。
[0019]5、輻射貼片上進(jìn)行切角處理，對角的大小進(jìn)行調(diào)整可以改善天線的圓極化性能。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明新型RFID圓極化天線正面結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明新型RFID圓極化天線背面結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為本發(fā)明新型RFID圓極化天線的仿真回波損耗；
[0023]圖4為本發(fā)明新型RFID圓極化天線的方向圖；
[0024]圖5為本發(fā)明新型RFID圓極化天線的軸比示意圖；
[0025]附圖標(biāo)記說明:1.方環(huán)形輻射貼片；2.切角；3.Wilkinson功分器；4.貼片電阻；5.微帶線；6.介質(zhì)基板；7.金屬接地板；8.饋電點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]該RFID圓極化天線被設(shè)計(jì)在中心頻率為915MHz的UHF頻段，微帶天線結(jié)構(gòu)如圖
1、2所示，包括介質(zhì)基板6,設(shè)于基板下表面的金屬接地板7,設(shè)于基板上表面的方環(huán)形輻射貼片1及Wilkinson功分器3 ;Wilkinson功分器3位于方環(huán)形福射貼片1內(nèi)部，其輸入端為饋電點(diǎn)8,電阻4兩側(cè)的兩個(gè)輸出端分別通過長度不同的兩段微帶線與輻射貼片兩條邊的中點(diǎn)相連。
[0028]如圖1所示，福射貼片1的外部尺寸為長邊ws = 77.8mm，短邊ww = 71.5mm，寬度為14mm。在輻射貼片內(nèi)側(cè)開有12個(gè)均勻分布的矩形凹槽，其中與微帶線相連的兩個(gè)凹槽用微帶線填滿，開設(shè)凹槽的目的是增加電流路徑，縮減天線尺寸，凹槽長sc = 5.06mm，寬sd=2.0mm，。長邊上矩形凹槽距離側(cè)邊為ts = 17.89mm，短邊上矩形凹槽距離側(cè)邊為tw =14.75mm〇
[0029]通過合理調(diào)整位于輻射貼片上的切角2的大小可以改善天線的圓極化性能，本實(shí)施例中其倒角深度為8mm。
[0030]所述Wilkinson功分器為方環(huán)形結(jié)構(gòu)的功分器，輸入端微帶線特性阻抗為50歐，線寬1.9_，長g = 15_，然后分為兩路特性阻抗為70.7歐的微帶線，具體長度尺寸為e =14.64mm, f = 14.92mm，d = 14.02mm，k = 1.81mm，t = 1.18mm，線寬 0.98mm，位于微帶線拐角處的小切角倒角深度db = 1.25mm，最后經(jīng)過一個(gè)阻值為100歐的貼片電阻4,輸出兩路等幅信號；為了更好的匹配，在電阻兩側(cè)的微帶線上設(shè)置了兩個(gè)長〇.98mm，寬0.46mm的矩形切角；信號經(jīng)兩路相差為90度的微帶線饋入天線，相差90度是為了天線能夠進(jìn)行圓極化福射，微帶線特性阻抗為50歐，線寬都為1.9mm，長度分別為a = 18.1mm，b = 38.1mm，c =19.05mm，h = 18.1mm，位于微帶線拐角處的小切角倒角深度dm = 1mm。上述位于微帶線拐角處的小切角目的是改善饋電端口的阻抗匹配。
[0031]所述介質(zhì)基板6的尺寸為長邊ws = 77.8mm，短邊ww = 71.5mm，采用介電常數(shù)為4.4,厚度為1mm的FR4材質(zhì)。
[0032]所述金屬地板7位于介質(zhì)板另一側(cè)，其中心與介質(zhì)基板的中心重合，長度gs =51.78mm，寬度gw = 45.5mm。同軸線饋電點(diǎn)為圖2中8所示。
[0033]利用CST Microwave Stud1對該RFID圓極化天線單元進(jìn)行建模仿真，其仿真回波損耗及實(shí)測結(jié)果如圖3所示，圖中標(biāo)示出了-10dB基準(zhǔn)線。結(jié)果表明，該天線工作在915MHz，回波損耗為-18dB，在880?940MHz頻帶范圍內(nèi)，RFID圓極化天線的回波損耗均小于-10dB。
[0034]RFID圓極化天線的輻射方向圖如圖4所示。其輻射為啞鈴型，在天線的兩個(gè)邊射方向均有輻射，將其運(yùn)用在高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)可以用一個(gè)天線為兩個(gè)車道工作。單側(cè)3dB波束寬度有92度，增益達(dá)3.5dB。
[0035]圖5為RFID圓極化天線實(shí)測軸比示意圖，在910?920MHz的工作頻段天線軸比低于1.4dB，具有較好的圓極化特性。
[0036]本發(fā)明中提出的RFID圓極化天線，其最大特點(diǎn)就是具有雙向輻射的特性，這會滿足諸如高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、部分生產(chǎn)線需求等部分運(yùn)用RFID系統(tǒng)的場合需求。且具有圓極化輻射特性，提高了信號采集能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種RFID圓極化天線，包括介質(zhì)基板，設(shè)于基板下表面的金屬接地板，設(shè)于基板上表面的方環(huán)形輻射貼片及Wilkinson功分器，其特征在于:所述方環(huán)形輻射貼片的其中一對角進(jìn)行切角處理，且輻射貼片內(nèi)側(cè)分布有若干矩形凹槽；所述Wilkinson功分器位于方環(huán)形輻射貼片內(nèi)部，其輸入端為饋電點(diǎn)，電阻兩側(cè)的兩個(gè)輸出端分別通過長度不同的兩段微帶線與輻射貼片兩條邊的中點(diǎn)相連，兩段微帶線長度相差為中心頻率對應(yīng)波長的四分之一；天線由同軸線進(jìn)行饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體穿過接地板及基板連接饋電點(diǎn)，外導(dǎo)體連接金屬接地板。2.如權(quán)利要求1所述的一種RFID圓極化天線，其特征在于:所述矩形凹槽為12個(gè)，均勻分布于輻射貼片每條邊，其中與微帶線相連的兩個(gè)凹槽被填滿。3.如權(quán)利要求1所述的一種RFID圓極化天線，其特征在于:所述Wilkinson功分器為方環(huán)形結(jié)構(gòu)的功分器，方環(huán)形的四個(gè)外側(cè)角進(jìn)行切角處理。4.如權(quán)利要求1所述的一種RFID圓極化天線，其特征在于:所述微帶線拐角處的外側(cè)進(jìn)行切角處理。
【專利摘要】該發(fā)明公開了一種RFID圓極化天線，屬于天線技術(shù)領(lǐng)域。該天線包括介質(zhì)基板，設(shè)于基板下表面的金屬接地板，設(shè)于基板上表面的方環(huán)形輻射貼片及Wilkinson功分器。本發(fā)明天線為平面結(jié)構(gòu)，適合多種環(huán)境下的使用，其輻射為雙向圓極化輻射，相比單向輻射，對于RFID系統(tǒng)有更強(qiáng)的實(shí)用性，滿足諸如高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)、部分生產(chǎn)線等運(yùn)用RFID系統(tǒng)的場合需求。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/50
【公開號】CN105322289
【申請?zhí)枴緾N201510837124
【發(fā)明人】丁霄, 裴贏洲
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月25日