[發明專利]應用在超高頻RFID頻帶的高增益、小軸比圓極化天線

有效

• 申請號: 201210435245.8
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102916243A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 文光俊;王平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;無錫成電科大科技發展有限公司
• 主分類號: H01Q1/22
• 分類號: H01Q1/22;H01Q1/36;H01Q19/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術領域

本發明涉及一種寬帶高增益小軸比超高頻RFID圓極化天線，屬于電磁場與天線領域。

背景技術

目前，圓極化天線已經廣泛地應用到各個部門，如衛星通信，全球定位系統，射頻識別等方面。近幾年來，產生了許多圓極化技術（如：采用圓環微帶天線和增加圓極化反饋網絡等）。由于超高頻帶能提供高速數據傳輸和長的閱讀距離，因此被廣泛用在RFID系統中。然而，可靠的閱讀器是發展RFID系統的一個關鍵因素之一，探測范圍和精確度都依賴于閱讀器天線的性能。目前，每個國家都有它自己的UHF?RFID操作頻帶，例如，中國的操作頻帶為840.5-844.5MHz和920.5-924.5MHz；歐洲為866-869MHz，南美和北美為902-928MHz，新加坡為866-869MHz和920-925MHz，日本為952-955MHz等，即UHF?RFID的頻帶需要覆蓋840.5-955MHz的范圍。因此一個通用的閱讀器天線需要滿足：覆蓋整個操作頻帶（840MHz-960MHz）、理想的操作性能以及較低的成本。

RFID閱讀器天線在RFID系統中處于非常重要的位置，它的性能好壞，直接決定著RFID系統的工作情況。為了使得RFID系統達到實際應用，需要把閱讀器天線設計成圓極化的形式，這是因為圓極化天線能減少在閱讀器和標簽之間傳輸的能量丟失。為了產生圓極化場的一個典型的方法就是激勵起兩個相互垂直的、相位相差90度的諧振場。根據目前所見的文章，采用一個反饋點的圓極化天線主要為圓環天線、切角平方貼片以及圓貼片，然而這些天線提供了小的阻抗帶寬、窄的軸比帶寬。為了提高這兩個參數的指標，采用了許多技術，如微帶線耦合縫、不等臂長的十字縫以及探針反饋等。但是這些技術雖然比較好地提高了天線的阻抗和軸比帶寬，但是與需要的工作頻帶相差較大，所以高增益、大的阻抗帶寬，大的軸比帶寬以及大的軸比束寬是目前閱讀器天線設計的主要目標。

當兩個幅度相等且相位相差90度的垂直模式被激勵時，在遠場空間中就產生了圓極化場。圓極化天線的反饋結果一般分為單點反饋和多點反饋。單點反饋的圓極化天線有結構簡單、容易加工、尺寸小等優點，但是單反饋單貼片圓極化天線有著本身的窄的軸比帶寬和阻抗帶寬（通常為1％-2％）。為了提高圓極化天線帶寬，各種圓極化天線技術被研究，如：修改輻射貼片的結構，設計反饋網絡的結構以及優化天線的陣列形式等等。目前，采用比較多的形式就是設計較好的反饋網絡，采用多點反饋，這樣的圓極化天線有很寬的軸比帶寬和阻抗帶寬，但是也帶來了復雜的結構形式，昂貴的加工費用以及增大了天線尺寸。由此可以看出，我們在設計圓極化天線的時候，需要綜合考慮天線的軸比帶寬、阻抗帶寬、天線尺寸以及加工復雜度等問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服目前RFID閱讀器天線軸比帶寬窄、3dB軸比夾角小以及圓極化特性低等缺點，綜合RFID的需求，提出一款RFID閱讀器天線，具有工作頻帶寬、增益高、尺寸小、軸比值小以及3dB軸比夾角大等優點；其設計方法簡單，易于加工。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種應用在超高頻RFID頻帶的高增益、小軸比圓極化天線，包括輻射貼片、PCB介質板和反饋網絡，所述輻射貼片用四根介質圓環柱體一支撐于PCB介質板上，四根金屬圓柱體探針穿過所述介質圓環柱體一，每根金屬圓柱體探針的一端連接輻射貼片，另外一端穿過PCB介質板，連接位于所述PCB介質板上反饋網絡的輸出端口。

進一步的，該天線容納于天線罩和金屬地平面構成的空腔內，其PCB介質板通過介質圓環柱體二支撐于金屬地平面上。

特別的，所述每根探針直接連接50歐姆的微帶線，緊接著連接100歐姆的微帶線，最后，通過一個阻抗變換器連接到50歐姆的同軸電纜，所述同軸電纜穿過天線罩，其內芯連接反饋網絡，外導體連接金屬地平面。

特別的，所述探針的長度為25mm～35mm,直徑為0.5mm～3mm。

特別的，介質圓環柱體一的直徑為2mm～3mm，介質圓柱環一的介電常數為2～3。

特別的，介質圓環柱體二的直徑為3mm～12mm。

特別的，所述輻射貼片為正方形鋁板，其維度為128mm×128mm(～0.3904λ×0.3904λ)，厚度為0.5毫米。

特別的，反饋網絡被刻蝕在介電常數為3.2的PCB介質板的底面，與金屬地平面隔離0.5mm～3mm的空氣介質，所述PCB介質板的寬度60mm～120mm，長度100mm～150mm。