一種840/920MHz雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線及其阻抗匹配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于雙頻頻變復(fù)阻抗匹配技術(shù)的雙頻圓極化疊層微帶天線，尤其涉及一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線及其阻抗匹配方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識別(RFID，Rad1 Frequency Identificat1n)技術(shù)是一種通過射頻信號識別目標(biāo)并讀寫相關(guān)信息的無線通信技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于電子收費(fèi)、貨物識別和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域。不同的國家和地區(qū)為超高頻RFID系統(tǒng)分配的工作頻段是不同的。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國際電工委員會IEC推薦的RFID頻段為860?960MHz。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，我國的工作頻段為840 ?845MHz 和 920 ?925MHz。
[0003]天線作為RFID系統(tǒng)必不可少的信號收發(fā)裝置，其性能好壞影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。通常超高頻RFID標(biāo)簽采用線極化天線，工程應(yīng)用中要求讀寫器能夠正確讀寫處于任何方向的標(biāo)簽，因此讀寫器應(yīng)采用圓極化天線。微帶天線由于成本低、體積小、重量輕、易加工、饋電結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于RFID系統(tǒng)中。雙頻RFID系統(tǒng)為了降低成本、減小體積和提高質(zhì)量，要求其圓極化定向讀寫器天線實(shí)現(xiàn)單體雙頻工作，以避免在系統(tǒng)中使用兩個(gè)獨(dú)立的天線。
[0004]由于我國RFID技術(shù)分配使用的頻段與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO和國際電工委員會IEC推薦的860?960MHz頻段并不完全一致，因此研制適用于我國超高頻RFID頻段的讀寫器天線，對于推進(jìn)我國RFID技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。有鑒于此，確有必要提出一種可以實(shí)現(xiàn)單體雙頻工作并且同時(shí)覆蓋840?845MHz和920?925MHz兩個(gè)頻段的雙頻圓極化微帶天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，可以實(shí)現(xiàn)單體雙頻工作，在840?845MHz和920?925MHz兩個(gè)頻段內(nèi)均取得了良好的圓極化軸比帶寬和阻抗帶寬，讀寫器天線增益大于5dBi ;并具有成本低、易加工等優(yōu)點(diǎn)，完全適用于我國RFID系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求；本發(fā)明同時(shí)提供了該讀寫器天線的阻抗匹配方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]—種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，包括疊層微帶天線、耦合貼片、饋電探針、雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路和輸入連接器；其中:
[0008]所述疊層微帶天線由自上而下依次平行設(shè)置的上層印刷電路板、中層印刷電路板和下層印刷電路板組成，各層印刷電路板之間設(shè)有空氣層間隙；上層印刷電路板由上下貼合的上層橢圓環(huán)形貼片和上層介質(zhì)板構(gòu)成，中層印刷電路板由上下貼合的中層介質(zhì)板和下層橢圓環(huán)形貼片構(gòu)成，下層印刷電路板由上下貼合的下層介質(zhì)板和地板構(gòu)成；上層橢圓環(huán)形貼片的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片的長軸；
[0009]所述耦合貼片位于中層印刷電路板的上表面，饋電探針的一端連接耦合貼片，另一端連接雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路，雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路位于所述下層印刷電路板的上表面；雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路包括依次連接的微帶傳輸線一、微帶傳輸線二、微帶傳輸線三和50歐姆饋線，微帶傳輸線一與微帶傳輸線二之間設(shè)微帶開路枝節(jié)一，微帶傳輸線二與微帶傳輸線三之間設(shè)微帶開路枝節(jié)二，50歐姆饋線連接輸入連接器的內(nèi)導(dǎo)體。
[0010]所述上層印刷電路板、中層印刷電路板和下層印刷電路板由固定螺絲固定，各層印刷電路板之間的固定螺絲外設(shè)固定套，固定套的高度為相應(yīng)空氣層間隙厚度。
[0011]所述空氣層間隙總厚度為35?40mm。
[0012]一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線的阻抗匹配方法，首先通過調(diào)節(jié)所述微帶開路枝節(jié)一的長度和寬度，對讀寫器天線的低頻段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；然后通過調(diào)節(jié)所述微帶開路枝節(jié)二的長度和寬度，對讀寫器天線的高頻段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明所述讀寫器天線可以實(shí)現(xiàn)單體雙頻工作，在840?845MHz和920?925MHz兩個(gè)頻段內(nèi)均取得了良好的圓極化軸比帶寬和阻抗帶寬，讀寫器天線增益大于5dBi ;并具有成本低、易加工等優(yōu)點(diǎn)，完全適用于我國RFID系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求，對于推進(jìn)我國RFID技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明所述讀寫器天線的側(cè)視圖。
[0016]圖2是本發(fā)明所述讀寫器天線的俯視圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的低頻段駐波比圖。
[0018]圖4是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的高頻段駐波比圖。
[0019]圖5是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的低頻段圓極化軸比和增益圖。
[0020]圖6是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的高頻段圓極化軸比和增益圖。
[0021]圖7是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的在低頻段中心頻率842.5MHz的輻射方向性圖。
[0022]圖8是本發(fā)明實(shí)施例所述讀寫器天線的在高頻段中心頻率922.5MHz的輻射方向性圖。
[0023]圖中:1.疊層微帶天線11.上層印刷電路板111.上層橢圓環(huán)形貼片112.上層介質(zhì)板12.中層印刷電路板121.中層介質(zhì)板122.下層橢圓環(huán)形貼片13.下層印刷電路板131.下層介質(zhì)板132.地板2.耦合貼片3.饋電探針4.雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路
41.微帶傳輸線一 42.微帶傳輸線二 43.微帶傳輸線三44.微帶開路枝節(jié)一 45.微帶開路枝節(jié)二 46.50歐姆饋線5.輸入連接器6.固定螺絲
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明:
[0025]見圖1-圖2，是本發(fā)明所述讀寫器天線的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所述一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線，包括疊層微帶天線1、耦合貼片2、饋電探針3、雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路4和輸入連接器5 ;其中:
[0026]所述疊層微帶天線I由自上而下依次平行設(shè)置的上層印刷電路板11、中層印刷電路板12和下層印刷電路板13組成，各層印刷電路板11、12、13之間設(shè)有空氣層間隙；上層印刷電路板11由上下貼合的上層橢圓環(huán)形貼片111和上層介質(zhì)板112構(gòu)成，中層印刷電路板12由上下貼合的中層介質(zhì)板121和下層橢圓環(huán)形貼片122構(gòu)成，下層印刷電路板13由上下貼合的下層介質(zhì)板131和地板132構(gòu)成；上層橢圓環(huán)形貼片111的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片122的長軸；
[0027]所述耦合貼片2位于中層印刷電路板12的上表面，饋電探針3的一端連接耦合貼片2，另一端連接雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路4，雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路4位于所述下層印刷電路板13的上表面；雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路4包括依次連接的微帶傳輸線一 41、微帶傳輸線二 42、微帶傳輸線三43和50歐姆饋線46，微帶傳輸線一 41與微帶傳輸線二 42之間設(shè)微帶開路枝節(jié)一 44，微帶傳輸線二 42與微帶傳輸線三43之間設(shè)微帶開路枝節(jié)二 45，50歐姆饋線46連接輸入連接器5的內(nèi)導(dǎo)體。
[0028]所述上層印刷電路板11、中層印刷電路板12和下層印刷電路板13由固定螺絲6固定，各層印刷電路板11、12、13之間的固定螺絲6外設(shè)固定套，固定套的高度為相應(yīng)空氣層間隙厚度。
[0029]所述空氣層間隙總厚度為35?40mmo
[0030]本發(fā)明所述一種840/920MHZ雙頻圓極化射頻識別讀寫器天線的阻抗匹配方法，首先通過調(diào)節(jié)所述微帶開路枝節(jié)一 44的長度和寬度，對讀寫器天線的低頻段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配；然后通過調(diào)節(jié)所述微帶開路枝節(jié)二 45的長度和寬度，對讀寫器天線的高頻段實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
[0031]為了實(shí)現(xiàn)雙頻工作，本發(fā)明采用了兩個(gè)輻射貼片(上層橢圓環(huán)形貼片111和下層橢圓形貼片122)，上層輻射貼片工作于低頻段，覆蓋840?845MHz，下層輻射貼片工作于高頻段，覆蓋920?925MHz ;為了實(shí)現(xiàn)圓極化波的輻射和接收，疊層微帶天線I的兩個(gè)輻射單元均采用橢圓環(huán)形貼片。為了展寬每個(gè)頻段的圓極化軸比帶寬，在疊層微帶天線結(jié)構(gòu)中設(shè)置了兩層空氣層間隙?？諝鈱娱g隙越大，所能得到的圓極化軸比帶寬越寬，但是讀寫器天線的剖面將越高，不利于讀寫器天線的小型化。本發(fā)明所提出的讀寫器天線其空氣層間隙總厚度為35?40mm，這樣在一定程度上既展寬了讀寫器天線的帶寬，也使讀寫器天線的剖面不至于太高。
[0032]為了減少高低工作頻段的互相干擾，本發(fā)明上層橢圓環(huán)形貼片111的長軸垂直于下層橢圓環(huán)形貼片122的長軸，實(shí)現(xiàn)低頻段與高頻段不同的極化方式；上層橢圓環(huán)形貼片111輻射右旋圓極化波，下層橢圓環(huán)形貼片122輻射左旋圓極化波。此種結(jié)構(gòu)減少了兩個(gè)橢圓環(huán)形貼片的陰影重合部分，進(jìn)而降低了兩個(gè)橢圓環(huán)形貼片之間的互耦。
[0033]本發(fā)明所述讀寫器天線的兩個(gè)橢圓環(huán)形貼片111、122采用同一個(gè)電容性耦合貼片2進(jìn)行激勵。由于兩個(gè)橢圓環(huán)形貼片的工作頻率比很小，且工作于不同的極化方式，使得僅通過調(diào)節(jié)耦合貼片2的大小，無法實(shí)現(xiàn)雙頻段的輸入阻抗匹配，因此在讀寫器天線的輸入端引入了一個(gè)雙頻頻變復(fù)阻抗匹配電路4。此外，為了減小耦合貼片2對兩個(gè)橢圓環(huán)形貼片111、122圓極化工作的影響，