專利名稱：一種全球通用的超高頻rfid讀寫器天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種RFID讀寫器天線，尤其涉及一種覆蓋全球UHF頻段的RFID 讀寫器天線。
背景技術(shù)：
射頻識別(RadioFrequency Identification, RFID)技術(shù)是一種無線通信技術(shù)， 可通過射頻信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，已廣泛應(yīng)用于動物識別、物流管理和電子 收費等領(lǐng)域。與其他無源RFID技術(shù)相比，無源UHF RFID以其數(shù)據(jù)傳送速度快和工作距離 遠等特點，而被公認(rèn)為最具有應(yīng)用前景。不同的國家和地區(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_^8MHz，日本工作頻段為 952-955MHZ?；谖覈鵁o線電頻譜分配現(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。我國射頻識別技術(shù)分配使用的頻段與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和國際電工委員會(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RFID讀寫器設(shè)計提 出了更高的要求，研制適合我國RFID頻譜分配特點的寬頻讀寫器天線且其寬帶能夠覆蓋 IS0/IEC推薦RFID使用的頻段，對于推廣RFID技術(shù)的應(yīng)用具有重要的意義。通常UHF RFID標(biāo)簽采用變形的對稱振子，該天線為線極化天線。實際中要求讀寫 器能夠正確識別無論處于何種方向的標(biāo)簽，因此讀寫器需要采用圓極化天線。許多類型的 天線都能實現(xiàn)圓極化輻射與接收，其中平板天線以其體積小、重量輕和成本低等優(yōu)點而被 廣泛采用。然而，在應(yīng)用中最主要的障礙是平板天線的有限帶寬，尤其是單饋平板天線，其 軸比小于3dB的圓極化帶寬只有百分之零點幾量級。由于這個原因，目前的寬帶圓極化平 板天線常采用雙饋法和多饋法。對于雙饋法，需使用3dB電橋?qū)ξ炀€兩個正交點進行 饋電從而實現(xiàn)圓極化工作，但使得天線結(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，其帶寬可覆蓋全球任何 一個國家或地區(qū)的超高頻RFID頻段。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對以上問題的提出，研制了一種單饋寬帶圓極化平板天線，尤其是 指一種全球通用的超高頻RFID讀寫器天線。本實用新型采用的技術(shù)原理為采用疊層平板天線結(jié)構(gòu)形式以展寬平板天線的阻抗和圓極化帶寬。為了實現(xiàn)圓極 化輻射和接收，疊層平板天線的輻射板均采用對角線切角的正方形板。為了展寬圓極化帶 寬，在疊層平板天線結(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，饋電探針?biāo)氲妮斎腚娍挂矔酱?，這將使天 線駐波比性能變差。因此，空氣層的厚度應(yīng)根據(jù)全球通用的超高頻RFID讀寫器天線工作頻 帶的帶寬來決定。當(dāng)空氣層厚度決定后，相應(yīng)的饋電探針長度也就決定了。由于全球通用的超高頻RFID讀寫器天線工作頻帶的帶寬為115MHz，相對帶寬約為12.8%，空氣層較厚(約 35mm)，此時如果采用同軸探針直接饋電疊層平板天線，天線將很難實現(xiàn)駐波比小于1. 5的 要求。為了提高天線的電壓駐波比性能，我們提出了一種疊層平板天線的新型饋電技術(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饋電探針激勵下層輻射板；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讀寫器天線中心的距離決定了天線 的輸入電阻，通過調(diào)整該距離可使得全球通用的超高頻RFID讀寫器天線工作頻帶內(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 的輸入電感，通過調(diào)整帶條寬度和探針直徑可使得全球通用的超高頻RFID讀寫器天線工 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，且不影響天線性能，均采用塑料螺絲進行固定。實采用的技術(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天線增益彡9dBi半功率波束寬度66°饋電方式SMA-F。本實用新型采用的技術(shù)手段如下一種全球通用的超高頻RFID讀寫器天線，其特征在于包括疊層平板天線、水平 蜿蜒板和輸入連接器；所述疊層平板天線的結(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饋 電探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過饋電探針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垂直中心線切面上的投影對稱。上層輻射板、下層輻射板、水平蜿蜒板和地板依次通過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角線切角的正方 形板。所述水平蜿蜒板分別與下層輻射板和地板形成兩個分布電容。所述通過調(diào)整饋電探針I(yè)與饋電探針I(yè)I的距離使天線工作頻帶內(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定了天線的輸 入電抗，通過調(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讀寫器天線工 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，本實用新型提供的全球通用的超高頻RFID讀寫器天 線，通過提高疊層平板天線的阻抗和圓極化帶寬，從而滿足全球任何一個國家或地區(qū)的超 高頻RFID系統(tǒng)的技術(shù)要求，并且該天線具有成本低、頻帶寬和增益高的特點。
圖1是本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的結(jié)構(gòu)視圖；圖2是本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的輸入電壓駐波比圖；圖3是本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的軸比圖；圖4是本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的增益圖；圖5是本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線在中心頻率900MHz的輻射 方向性圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線包括疊層平板天線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通過固定螺絲5固定在一起。為了不影響天線性能，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均為對角線切角的正方形板，以實現(xiàn)圓極化輻射和接收。上層輻射板11 通過下層輻射板12耦合饋電；下層輻射板12通過饋電探針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通過饋電探針I(yè) 31與下層輻射板12相連，另一端22通過饋電探針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 個分布電容23和24，可補償由饋電探針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。在本實施方案中，通過調(diào)整饋電探針I(yè) 31 與饋電探針Π32的距離，可使得所述全球通用的超高頻RFID讀寫器天線工作頻帶內(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讀寫器天線工作頻帶內(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。請參閱圖2，本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的輸入電壓駐波比在 工作頻帶840-960MHZ之間均小于1.4，說明本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線 的輸入端口匹配良好。參閱圖3，本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的軸比在 工作頻帶840-960MHZ之間均小于3dB，說明本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線 的圓極化性能好。參閱圖4，本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的增益在工作 頻帶840-960MHZ之間均大于9dBi，說明本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線的 天線增益高。圖5為本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線在中心頻率900MHz的 輻射方向性圖，由圖可知該天線的兩個主平面x-z和y_z平面的半功率波束寬度相等。本實用新型全球通用的超高頻RFID讀寫器天線，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，使得天線圓極化頻帶寬、輸入電壓駐波比小、加工簡單、成 本低，非常適合于全球任何一個國家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種全球通用的超高頻RFID讀寫器天線，其特征在于包括疊層平板天線、水平蜿 蜒板和輸入連接器；所述疊層平板天線的結(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饋電 探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過饋電探針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讀寫器天線，其特征在于所述水 平蜿蜒板由兩個半圓環(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讀寫器天線，其特征在于所述水 平蜿蜒板在過垂直中心線切面上的投影對稱。
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讀寫器天線，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讀寫器天線，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讀寫器天線，其特征在于所述上 層輻射板和下層輻射板均為對角線切角的正方形板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全球通用的超高頻RFID讀寫器天線，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分布電容。
專利摘要本實用新型公開了一種全球通用的超高頻RFID讀寫器天線，其特征在于包括疊層平板天線、水平蜿蜒板和輸入連接器；疊層平板天線的結(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饋電探針I(yè)與下層輻射板相連，另一端通過饋電探針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。通過水平蜿蜒板饋電技術(shù)以及疊層平板配置，使得天線圓極化頻帶寬、輸入電壓駐波比小、加工簡單、成本低，適合于任何一個國家或地區(qū)的超高頻RFID系統(tǒng)的應(yīng)用。
文檔編號H01Q1/12GK201853797SQ201020580308
公開日2011年6月1日 申請日期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, 房少軍, 王鐘葆 申請人:大連海事大學(xué)