專利名稱：極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種極化可重構(gòu)閱讀器天線，具體是涉及一種可應(yīng)用在超
高頻和微波(2.45GHz、 5.8GHz)的射頻識別系統(tǒng)閱讀器中的極化可重構(gòu)圓極
化天線。
背景技術(shù)：
目前，高性能圓極化微帶天線已被應(yīng)用于當(dāng)前的各個領(lǐng)域，比如，電子偵 查和干擾，雷達(dá)跟蹤，全球定位系統(tǒng)(GPS)、航天飛行器、移動通信以及RFID 系統(tǒng)等。圓極化天線的使用意義主要體現(xiàn)在
(1) 圓極化天線可以接收任意極化的電磁波，且輻射波也是可由任意極化 的天線收到；
(2) 在通信、雷達(dá)的極化分集工作和電子對抗等應(yīng)用中廣泛利用圓極化天 線的旋向正交性；
(3) 圓極化波入射到對稱目標(biāo)(如平面、球面等)反射時旋向逆轉(zhuǎn)，因此圓 極化天線能抑制雨霧干擾和多經(jīng)發(fā)射，可用于移動通信、GPS等；
由于近年來無線通信的迅猛發(fā)展，極化變化的天線系統(tǒng)得到了很大的關(guān)注 和應(yīng)用。在寬帶無線通信系統(tǒng)中，比如無線局域網(wǎng)(WLAN),人們應(yīng)用極化變 化技術(shù)來減輕由于電波多徑衰落造成的損害。在有源微波讀寫器終端系統(tǒng)上， 極化變化技術(shù)天線能夠提供更用力的調(diào)制模式。極化變化技術(shù)也可以用來實(shí)現(xiàn) 頻率復(fù)用，來倍增衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量。在火星漫游者項目中應(yīng)用了雙頻極化 貼片天線。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種可以應(yīng)用在超高頻(UHF)和微波 (2.45GHz)頻段射頻識別系統(tǒng)中，且剖面低、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、易加工、 成本低的頻率可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線。 本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線，包括天線輻射貼片單元、空氣層、 介質(zhì)板、地板和饋電網(wǎng)絡(luò)；所述輻射貼片單元為方形銅片，中間開一方形孔； 空氣層介于天線輻射貼片單元和介質(zhì)板之間，地板印刷在介質(zhì)板底層；所述饋 電網(wǎng)絡(luò)貼在介質(zhì)板的上表面，由端口接入，經(jīng)第一 50Q微帶線分別與第一射 頻開關(guān)和第二射頻開關(guān)連接，第一射頻開關(guān)和第二射頻開關(guān)分別與第一功分器 和第二功分器連接，第一功分器通過第一四分之一波長移相器分別與第一饋電 點(diǎn)和第二饋電點(diǎn)連接；第二功分器通過第二四分之一波長移相器與第三饋電點(diǎn) 和第四饋電點(diǎn)連接；第一饋電點(diǎn)、第二饋電點(diǎn)、第三饋電點(diǎn)和第四饋電點(diǎn)位于 方形孔四條邊的中部，分別通過第一探針、第二探針、第三探針和第四探針與 輻射貼片單元相連。
所述的第一功分器和第二功分器的兩個輸出端口分別加載第一隔離電阻 和第二隔離電阻，以提高兩輸出信號的隔離度。
所述的第一隔離電阻和第二隔離電阻都采用的貼片電阻。
所述的極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線還包括第一射頻開關(guān)、第二 射頻開關(guān)、第三射頻開關(guān)和第四射頻開關(guān)；所述第一射頻開關(guān)、第二射頻開關(guān)、 第三射頻開關(guān)和第四射頻開關(guān)位于方形孔中，其一端都連接地板，另一端分別 連接饋電網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)極化重構(gòu)時，用于將第一探針、第二探針、第三探針和第四 探針短路，以避免不工作的饋電網(wǎng)絡(luò)部分對天線的影響。所述的輻射貼片單元和介質(zhì)板四個角上設(shè)有支柱，形成空氣層。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果.-
(1) 本實(shí)用新型中輻射貼片單元在中間開一方形孔，減小了天線的尺寸。
(2) 本實(shí)用新型中對輻射單元每個極化狀態(tài)均采用雙饋電點(diǎn)產(chǎn)生90。相 位差，來實(shí)現(xiàn)圓極化，這就簡化了圓極化饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，同時降低了制作 的難度和天線的整體體積。
(3) 本實(shí)用新型中饋電網(wǎng)絡(luò)由兩個功分器和四分之波長移相器構(gòu)成，在 兩個功分器之間加載射頻開關(guān)，通過控制射頻開關(guān)的狀態(tài)"通"或"斷"，來 實(shí)現(xiàn)天線在右旋圓極化和左旋圓極化之間切換。
(4) 本實(shí)用新型頻率可重構(gòu)射頻識別圓極化天線，能夠用于超高頻(UHF) 頻段射頻識別系統(tǒng)中，可同時覆蓋我國的920 925MHz的射頻識別系統(tǒng)和北 美的902 928MHz的射頻識別系統(tǒng)；另外，在不改變天線結(jié)構(gòu)的前提下通過
改變天線的尺寸后的極化可重構(gòu)的射頻識別閱讀器圓極化天線，可應(yīng)用于微波 2.45GHz和5.8GHz頻段射頻識別系統(tǒng)中。
(6)本實(shí)用新型極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線還具有低剖面、 體積小、結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、成本低的特點(diǎn)。

圖1為本實(shí)用新型極化可重構(gòu)的射頻識別圓極化閱讀器天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中輻射貼片單元的俯視圖。 圖3為圖1中饋電網(wǎng)絡(luò)的俯視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
圖1為本實(shí)用新型極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線的整體結(jié)構(gòu)示意 圖。圖2為圖1中輻射貼片單元的俯視圖。圖3為圖1中饋電網(wǎng)絡(luò)的俯視圖。
如圖l、 2和3所示，極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線包括輻射貼片單 元l、空氣層2、介質(zhì)板3、地板4和端口5。輻射貼片單元l為方形銅片。在 輻射貼片單元1的中間開一方形孔15,可減小天線尺寸。方形孔15尺寸越大， 諧振點(diǎn)越低，反之，則越高。改變方形孔15的尺寸還可以調(diào)整天線的阻抗帶 寬和軸比帶寬。根據(jù)實(shí)際的諧振頻點(diǎn)和帶寬需要，確定方形孔15的大小。
空氣層2介于輻射單元1和介質(zhì)板3之間，通過調(diào)整其厚度大小可以優(yōu)化 天線阻抗帶寬和圓極化帶寬，根據(jù)實(shí)際帶寬優(yōu)化需要，確定空氣層2厚度。 介質(zhì)板3采用FR-4板。地板4印刷在介質(zhì)板3底層，采用銅皮制成。 介質(zhì)板3的上表面覆有饋電網(wǎng)絡(luò)，饋電網(wǎng)絡(luò)包括第一功分器34、第二功分 器35兩功分器、第一四分之一波長移相器39和第二四分之一波長移相器38。 饋電網(wǎng)絡(luò)由端口 5接入，經(jīng)第一 50Q微帶線31分別與第一射頻開關(guān)41和第 二射頻開關(guān)42連接，第一射頻開關(guān)41和第二射頻開關(guān)42分別與第一功分器 34和第二功分器35連接，第一功分器34通過第一四分之一波長移相器39分 別與第三射頻開關(guān)43和第四射頻開關(guān)44連接；第二功分器35通過第二四分 之一波長移相器38與第五射頻開關(guān)45和第六射頻開關(guān)46連接；第一饋電點(diǎn) 11、第二饋電點(diǎn)12、第三饋電點(diǎn)13和第四饋電點(diǎn)14位于輻射貼片單元1下 表面，向下對應(yīng)方形孔15四條邊的中部，第一饋電點(diǎn)11和第二饋電點(diǎn)12分 別通過第一探針21和第二探針22與第三射頻開關(guān)43和第四射頻開關(guān)44連接， 第三饋電點(diǎn)13和第四饋電點(diǎn)14分別第三探針23和第四探針24與第五射頻開 關(guān)45和第六射頻開關(guān)46連接。第一饋電點(diǎn)H、第二饋電點(diǎn)12用來實(shí)現(xiàn)天線的右旋圓極化輻射，第三饋電點(diǎn)13、第四饋電點(diǎn)14用來實(shí)現(xiàn)天線的左旋圓極 化輻射。第一饋電點(diǎn)11、第二饋電點(diǎn)12、第三饋電點(diǎn)13和第四饋電點(diǎn)14的 位置可以優(yōu)化天線的性能，使天線具有良好的阻抗帶寬和軸比帶寬。第一功分 器34和第一四分之一波長移相器39通過第一探針21和第二探針22對輻射貼 片單元1下表面上的第一饋電點(diǎn)11和第二饋電點(diǎn)12進(jìn)行饋電，第二功分器 35和第二四分之一波長移相器38分部通過第三探針23和第四探針24對輻射 貼片單元1下表面上的第三饋電點(diǎn)13和第四饋電點(diǎn)14進(jìn)行饋電。
第二 50Q微帶線32連接第一射頻開關(guān)41與第一功分器34，第三50Q微 帶線33連接第二射頻開關(guān)42與第二功分器35。第一功分器34、第二功分器 35的兩個輸出端口分別加載第一隔離電阻36和第二隔離電阻37，用來提高兩 輸出信號的隔離度，第一隔離電阻36和第二隔離電阻37可采用100Q的貼片 電阻。在第一功分器34的輸出端接第一四分之一波長移相器39，使第一饋電 點(diǎn)11、第二饋電點(diǎn)12之間產(chǎn)生90。相移，來實(shí)現(xiàn)左旋圓極化。在第二功分器 35的輸出端接四分之一波長移相器38，使第三饋電點(diǎn)13、第四饋電點(diǎn)14之 間產(chǎn)生90。相移，從而實(shí)現(xiàn)右旋圓極化。第一功分器34和第二功分器35兩功 分器可選用Wilkinson功分器等實(shí)現(xiàn)。
第一射頻開關(guān)41、第二射頻開關(guān)41、第三射頻開關(guān)43、第四射頻開關(guān)44、 第五射頻開關(guān)45和第六射頻開關(guān)46的一端都連接地板。第三射頻開關(guān)43、 第四射頻開關(guān)44、第五射頻開關(guān)45和第六射頻開關(guān)46位于方形孔15中，分 別通過饋電網(wǎng)絡(luò)與第一探針21、第二探針22、第三探針23和第四探針24底 部相連接。其作用在于當(dāng)極化重構(gòu)時，分別將第一探針21、第二探針22、第 三探針23和第四探針24短路，以避免不工作的饋電網(wǎng)絡(luò)部分對天線的影響。
天線極化重構(gòu)的方案第一射頻開關(guān)41、第五射頻開關(guān)45、第六射頻開關(guān)46導(dǎo)通，第二射頻開關(guān)42、第三射頻開關(guān)43、第四射頻開關(guān)44截至?xí)r， 天線為右旋圓極化。第一射頻開關(guān)41、第五射頻開關(guān)45、第六射頻開關(guān)46 截至，第二射頻開關(guān)42、第三射頻開關(guān)43、第四射頻開關(guān)44導(dǎo)通時，天線為 左旋圓極化。以上射頻開關(guān)可釆用砷化鎵射頻開關(guān)等實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)用本實(shí)用新型頻率可重構(gòu)的射頻識別圓極化閱讀器天線發(fā)射信號時，輸 入信號從端口 5饋入，分別經(jīng)過第一射頻開關(guān)41和第二射頻開關(guān)42以及第一 50Q微帶線32和第二 50Q微帶線33傳送到第一功分器34和第二功分器35， 再分別傳送到第一移相器38和第二移相器39，通過探針耦合到輻射貼片單元 1，從而引起諧振，將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ㄐ盘枴＝邮招盘枙r，輻射貼片單 元1將電磁波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘?，信號傳播方向跟發(fā)射信號相反。
本實(shí)用新型極化可重構(gòu)射頻識別圓極化天線，能夠用于超高頻(UHF)頻 段射頻識別系統(tǒng)中，帶寬覆蓋我國射頻識別系統(tǒng)840MHz 845MHz/ 920MHz 925MHz頻段，國射頻識別系統(tǒng)902MHz 928MHz頻段或歐洲射頻 識別系統(tǒng)866MHz 869MHz頻段，可工作于上述幾個系統(tǒng)中；另外，在不改 變天線結(jié)構(gòu)的前提下通過改變天線相應(yīng)部件(輻射貼片、功分器、移相器)的 電尺寸，該極化可重構(gòu)射頻識別閱讀器圓極化天線可應(yīng)用于微波2.45GHz和 5.8GHz頻段射頻識別系統(tǒng)中。
同時本實(shí)用新型頻率可重構(gòu)的射頻識別圓極化閱讀器天線還具有低剖面、 體積小、結(jié)構(gòu)簡單、容易加工、成本低的特點(diǎn)。
權(quán)利要求1、極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線，其特征在于，包括天線輻射貼片單元、空氣層、介質(zhì)板、地板和饋電網(wǎng)絡(luò)；所述輻射貼片單元為方形銅片，中間開一方形孔；空氣層介于天線輻射貼片單元和介質(zhì)板之間，地板印刷在介質(zhì)板底層；所述饋電網(wǎng)絡(luò)貼在介質(zhì)板的上表面，由端口接入，經(jīng)第一50Ω微帶線分別與第一射頻開關(guān)和第二射頻開關(guān)連接，第一射頻開關(guān)和第二射頻開關(guān)分別與第一功分器和第二功分器連接，第一功分器通過第一四分之一波長移相器分別與第三射頻開關(guān)和第四射頻開關(guān)連接；第二功分器通過第二四分之一波長移相器與第五射頻開關(guān)和第六射頻開關(guān)連接；第一饋電點(diǎn)、第二饋電點(diǎn)、第三饋電點(diǎn)和第四饋電點(diǎn)位于輻射貼片單元下表面，向下對應(yīng)方形孔四條邊的中部，第一饋電點(diǎn)和第二饋電點(diǎn)分別通過第一探針和第二探針與第三射頻開關(guān)和第四射頻開關(guān)連接，第三饋電點(diǎn)和第四饋電點(diǎn)分別通過第三探針和第四探針與第五射頻開關(guān)和第六射頻開關(guān)連接；第一射頻開關(guān)、第二射頻開關(guān)、第三射頻開關(guān)、第四射頻開關(guān)、第五射頻開關(guān)和第六射頻開關(guān)的另一端都連接地板。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線，其特 征在于，所述的第一功分器和第二功分器的兩個輸出端口分別加載第一隔離電 阻和第二隔離電阻，以提高兩輸出信號的隔離度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線，其特 征在于，所述的第一隔離電阻和第二隔離電阻都采用100Q的貼片電阻。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率可重構(gòu)的射頻識別圓極化閱讀器天線，其 特征在于，所述的輻射貼片單元和介質(zhì)板四個角上設(shè)有支柱，形成空氣層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種極化可重構(gòu)射頻識別圓極化閱讀器天線，包括天線輻射貼片單元、空氣層、介質(zhì)板、地板、射頻開關(guān)和端口。天線輻射貼片單元位于介質(zhì)板上側(cè)，輻射貼片單元為中間切一方形孔的方形貼片，輻射貼片單元和饋電網(wǎng)絡(luò)使用探針相連。輻射貼片單元和介質(zhì)板之間為空氣層。介質(zhì)板的上表面覆有饋電網(wǎng)絡(luò)，介質(zhì)板的下表面貼有銅皮地板。所述射頻開關(guān)六個，加載在饋電網(wǎng)絡(luò)中。控制射頻開關(guān)的狀態(tài)“通”或“斷”，實(shí)現(xiàn)天線工作極化狀態(tài)改變，即極化可重構(gòu)。本實(shí)用新型可用于超高頻和微波(2.45GHz、5.8GHz)頻段射頻識別系統(tǒng)的閱讀器中，具有低剖面、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、成本低的特點(diǎn)。
文檔編號H01Q21/24GK201435450SQ20092005948
公開日2010年3月31日 申請日期2009年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日
發(fā)明者尹以雁, 張春林, 胡斌杰 申請人:華南理工大學(xué)