專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全球通用的超高頻rfid讀寫(xiě)器天線(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，尤其涉及一種覆蓋全球UHF頻段的RFID讀寫(xiě) 器天線(xiàn)。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別(RadioFrequency Identification, RFID)技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)， 可通過(guò)射頻信號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用于動(dòng)物識(shí)別、物流管理和電子 收費(fèi)等領(lǐng)域。與其他無(wú)源RFID技術(shù)相比，無(wú)源UHF RFID以其數(shù)據(jù)傳送速度快和工作距離 遠(yuǎn)等特點(diǎn)，而被公認(rèn)為最具有應(yīng)用前景。不同的國(guó)家和地區(qū)為UHF RFID系統(tǒng)分配的工作頻 率是不同的。歐洲工作頻段為865-868MHZ，北美工作頻段為902_928MHz，日本工作頻段為 952-955MHZ?；谖覈?guó)無(wú)線(xiàn)電頻譜分配現(xiàn)狀，信息產(chǎn)業(yè)部于2007年發(fā)布了《800/900MHz頻 段射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)應(yīng)用規(guī)定》，在UHF頻段為RFID分配了 840_845MHz和920_925MHz 頻段。我國(guó)射頻識(shí)別技術(shù)分配使用的頻段與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國(guó)際電工委員會(huì)(IS0/IEC) 推薦的860-960MHZ頻段并不完全一致。隨著RFID技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)RFID讀寫(xiě)器設(shè)計(jì)提 出了更高的要求，研制適合我國(guó)RFID頻譜分配特點(diǎn)的寬頻讀寫(xiě)器天線(xiàn)且其寬帶能夠覆蓋 IS0/IEC推薦RFID使用的頻段，對(duì)于推廣RFID技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義。通常UHF RFID標(biāo)簽采用變形的對(duì)稱(chēng)振子，該天線(xiàn)為線(xiàn)極化天線(xiàn)。實(shí)際中要求讀寫(xiě) 器能夠正確識(shí)別無(wú)論處于何種方向的標(biāo)簽，因此讀寫(xiě)器需要采用圓極化天線(xiàn)。許多類(lèi)型的 天線(xiàn)都能實(shí)現(xiàn)圓極化輻射與接收，其中平板天線(xiàn)以其體積小、重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)而被 廣泛采用。然而，在應(yīng)用中最主要的障礙是平板天線(xiàn)的有限帶寬，尤其是單饋平板天線(xiàn)，其 軸比小于3dB的圓極化帶寬只有百分之零點(diǎn)幾量級(jí)。由于這個(gè)原因，目前的寬帶圓極化平 板天線(xiàn)常采用雙饋法和多饋法。對(duì)于雙饋法，需使用3dB電橋?qū)ξ炀€(xiàn)兩個(gè)正交點(diǎn)進(jìn)行 饋電從而實(shí)現(xiàn)圓極化工作，但使得天線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積增大和成本提高。多饋法包括三饋法 和四饋法，顯然天線(xiàn)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。有鑒于此，確有必要提出一種單饋寬帶圓極化平板天線(xiàn)，其帶寬可覆蓋全球任何 一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻RFID頻段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，研制了一種單饋寬帶圓極化平板天線(xiàn)，尤其是指一 種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)。本發(fā)明采用的技術(shù)原理為采用疊層平板天線(xiàn)結(jié)構(gòu)形式以展寬平板天線(xiàn)的阻抗和圓極化帶寬。為了實(shí)現(xiàn)圓極 化輻射和接收，疊層平板天線(xiàn)的輻射板均采用對(duì)角線(xiàn)切角的正方形板。為了展寬圓極化帶 寬，在疊層平板天線(xiàn)結(jié)構(gòu)中設(shè)置了兩層較厚的空氣層?？諝鈱釉胶?，所能獲得的圓極化帶寬 越寬。但是空氣層越厚，饋電探針將越長(zhǎng)，饋電探針?biāo)氲妮斎腚娍挂矔?huì)越大，這將使天 線(xiàn)駐波比性能變差。因此，空氣層的厚度應(yīng)根據(jù)全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻 帶的帶寬來(lái)決定。當(dāng)空氣層厚度決定后，相應(yīng)的饋電探針長(zhǎng)度也就決定了。由于全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻帶的帶寬為115MHz，相對(duì)帶寬約為12.8%，空氣層較厚(約 35mm)，此時(shí)如果采用同軸探針直接饋電疊層平板天線(xiàn)，天線(xiàn)將很難實(shí)現(xiàn)駐波比小于1. 5的 要求。為了提高天線(xiàn)的電壓駐波比性能，我們提出了一種疊層平板天線(xiàn)的新型饋電技術(shù)，即 水平蜿蜒板饋電技術(shù)。水平蜿蜒板設(shè)置在下層輻射板和地板之間，由兩個(gè)半圓環(huán)金屬帶條 組成，其形狀呈S型。S型水平蜿蜒板一端通過(guò)饋電探針激勵(lì)下層輻射板；另一端與SMA連 接器內(nèi)導(dǎo)體相連。饋電探針與全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)中心的距離決定了天線(xiàn) 的輸入電阻，通過(guò)調(diào)整該距離可使得全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸 入電阻在50士 10歐姆范圍內(nèi)變化；半圓環(huán)金屬帶條的寬度和饋電探針的直徑?jīng)Q定了天線(xiàn) 的輸入電感，通過(guò)調(diào)整帶條寬度和探針直徑可使得全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工 作頻帶內(nèi)的輸入電抗在士 15歐姆范圍內(nèi)變化，從而實(shí)現(xiàn)了良好的阻抗匹配。為了固定上下 層輻射板、水平蜿蜒板和地板，且不影響天線(xiàn)性能，均采用塑料螺絲進(jìn)行固定。實(shí)采用的技術(shù)指標(biāo)如下頻率范圍840-960MHz帶寬I2OMHz極化方式右旋圓極化駐波比1.5 1軸比彡3dB天線(xiàn)增益彡9dBi半功率波束寬度66°饋電方式SMA-F。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于包括疊層平板天線(xiàn)、水平 蜿蜒板和輸入連接器；所述疊層平板天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為上層輻射板、下層輻射板 和地板；所述水平蜿蜒板固定在下層輻射板和地板的中間；所述水平蜿蜒板的一端通過(guò)饋 電探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過(guò)饋電探針I(yè)I連接到輸入連接器內(nèi)導(dǎo)體。所述水平蜿蜒板由兩個(gè)半圓環(huán)金屬帶條組成，其形狀呈S型。所述水平蜿蜒板在過(guò)垂直中心線(xiàn)切面上的投影對(duì)稱(chēng)。上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地板依次通過(guò)固定螺絲固定在一起，并在 固定螺絲處設(shè)置的軸套使上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地層板之間留有空氣間 隙。所述固定螺絲均采用塑料螺絲。所述上層輻射板和下層輻射板均為對(duì)角線(xiàn)切角的正方 形板。所述水平蜿蜒板分別與下層輻射板和地板形成兩個(gè)分布電容。所述通過(guò)調(diào)整饋電探針I(yè)與饋電探針I(yè)I的距離使天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸入電阻在 50士 10歐姆范圍內(nèi)變化；所述半圓環(huán)金屬帶條的寬度和饋電探針的直徑?jīng)Q定了天線(xiàn)的輸 入電抗，通過(guò)調(diào)整帶條寬度和探針直徑可使得所述全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工 作頻帶內(nèi)的輸入電抗在士 15歐姆范圍內(nèi)變化。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，通 過(guò)提高疊層平板天線(xiàn)的阻抗和圓極化帶寬，從而滿(mǎn)足全球任何一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻 RFID系統(tǒng)的技術(shù)要求，并且該天線(xiàn)具有成本低、頻帶寬和增益高的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)視圖；圖2是本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的輸入電壓駐波比圖；圖3是本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的軸比圖；圖4是本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的增益圖；圖5是本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)在中心頻率900MHz的輻射方向 性圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)包括疊層平板天線(xiàn)1、水平 蜿蜒板2、饋電探針3、輸入連接器4和固定螺絲5。疊層平板天線(xiàn)1包括上層輻射板11、下 層輻射板12和地板13，其中上層輻射板11、下層輻射板12和地板13以及水平蜿蜒板2通 過(guò)固定螺絲5固定在一起。為了不影響天線(xiàn)性能，固定螺絲均采用塑料螺絲，另外在上層輻 射板11、下層輻射板12、水平蜿蜒板2和地板13之間通過(guò)在固定螺絲處設(shè)置的軸套51，以 保持上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地層板之間的空氣間隙。上層輻射板11和下 層輻射板12均為對(duì)角線(xiàn)切角的正方形板，以實(shí)現(xiàn)圓極化輻射和接收。上層輻射板11通過(guò) 下層輻射板12耦合饋電；下層輻射板12通過(guò)饋電探針I(yè) 31饋電。水平蜿蜒板2設(shè)置在下 層輻射板12和地板13的中間，由兩個(gè)半圓環(huán)金屬帶條組成，其形狀呈S型。水平蜿蜒板2 的一端21通過(guò)饋電探針I(yè) 31與下層輻射板12相連，另一端22通過(guò)饋電探針I(yè)I 32與連 接輸入連接器4的內(nèi)導(dǎo)體相連。水平蜿蜒板2分別與地板13和下層輻射板12形成兩個(gè)分 布電容23和24，可補(bǔ)償由饋電探針3引入的輸入電感，從而取得良好的匹配效果。饋電探 針3包括饋電探針I(yè) 31和饋電探針I(yè)I 32。在本實(shí)施方案中，通過(guò)調(diào)整饋電探針I(yè) 31與饋 電探針I(yè)I 32的距離，可使得所述全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸入電 阻在50士 10歐姆范圍內(nèi)變化；通過(guò)調(diào)整水平蜿蜒板2的寬度和饋電探針3的直徑，可使得 所述全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸入電抗在士 15歐姆范圍內(nèi)變化， 從而取得良好的匹配效果。請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的輸入電壓駐波比在工作 頻帶840-960MHZ之間均小于1. 4，說(shuō)明本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的輸入 端口匹配良好。參閱圖3，本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的軸比在工作頻帶 840-960MHZ之間均小于3dB，說(shuō)明本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的圓極化性能 好。參閱圖4，本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的增益在工作頻帶840-960MHZ之 間均大于9dBi，說(shuō)明本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)的天線(xiàn)增益高。圖5為本發(fā) 明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)在中心頻率900MHz的輻射方向性圖，由圖可知該天 線(xiàn)的兩個(gè)主平面x-z和y_z平面的半功率波束寬度相等。本發(fā)明全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，由于采用了所提出的水平蜿蜒板饋 電技術(shù)以及疊層平板配置，使得天線(xiàn)圓極化頻帶寬、輸入電壓駐波比小、加工簡(jiǎn)單、成本低， 非常適合于全球任何一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其
5發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于包括疊層平板天線(xiàn)、水平蜿蜒板和輸入連接器；所述疊層平板天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為上層輻射板、下層輻射板和地板；所述水平蜿蜒板固定在下層輻射板和地板的中間；所述水平蜿蜒板的一端通過(guò)饋電探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過(guò)饋電探針I(yè)I連接到輸入連接器內(nèi)導(dǎo)體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述水 平蜿蜒板由兩個(gè)半圓環(huán)金屬帶條組成，其形狀呈S型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述水 平蜿蜒板在過(guò)垂直中心線(xiàn)切面上的投影對(duì)稱(chēng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于 上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地板依次通過(guò)固定螺絲固定在一起，并在固定螺絲 處設(shè)置的軸套使上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地層板之間留有空氣間隙。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述固 定螺絲均采用塑料螺絲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述上 層輻射板和下層輻射板均為對(duì)角線(xiàn)切角的正方形板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述水 平蜿蜒板分別與下層輻射板和地板形成兩個(gè)分布電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于所述通 過(guò)調(diào)整饋電探針I(yè)與饋電探針I(yè)I的距離使天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸入電阻在50士 10歐姆范圍 內(nèi)變化；所述半圓環(huán)金屬帶條的寬度和饋電探針的直徑?jīng)Q定了天線(xiàn)的輸入電抗，通過(guò)調(diào)整 帶條寬度和探針直徑可使得所述全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)工作頻帶內(nèi)的輸入電 抗在士 15歐姆范圍內(nèi)變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全球通用的超高頻RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)，其特征在于包括疊層平板天線(xiàn)、水平蜿蜒板和輸入連接器；疊層平板天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)至上而下依次為上層輻射板、下層輻射板和地板；水平蜿蜒板固定在下層輻射板和地板的中間；水平蜿蜒板的一端通過(guò)饋電探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過(guò)饋電探針I(yè)I連接到輸入連接器內(nèi)導(dǎo)體。上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地板依次通過(guò)固定螺絲固定，在固定螺絲處設(shè)置的軸套使上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地層板之間留有空氣間隙。通過(guò)水平蜿蜒板饋電技術(shù)以及疊層平板配置，使得天線(xiàn)圓極化頻帶寬、輸入電壓駐波比小、加工簡(jiǎn)單、成本低，適合于全球任何一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01Q1/12GK101976756SQ201010521950
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者傅世強(qiáng), 房少軍, 王鐘葆 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)