CN107221739B - 一种基于正交缝隙技术的rfid阅读器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线，包括介质基板，所述介质基板背面印制Z形馈线，所述介质基板正面印刷第一、第二、第三、第四及第五缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙及第五缝隙均关于介质基板对角线对称，所述第三缝隙与第四缝隙关于介质基板对角线对称；还包括三只PIN二极管，分别设置在第二缝隙的起始段、中间段及结尾段，所述三只PIN二极管的工作状态相同。本发明公开的圆极化阅读器天线覆盖了通用UHF频段和WLAN频段，具有尺寸小、带宽宽、对极化不敏感、工作频段可重构的优良特性。

Description

一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线

技术领域

本发明涉及一种可重构双频圆极化天线，具体涉及一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线。

背景技术

近年来，RFID技术发展的越来越快，逐渐应用于仓库管理和零售系统等。UHF(超高频0.9GHz)和WLAN(无线城域网2.45GHz)频段的RFID(射频识别)系统由于具有探测距离远、阅读速度快和数据传输速率高等优点，在很多实际应用中展现优势。各个国家分配的UHF频段并不统一，因此天线需要覆盖0.84-0.96GHz的通用UHF频段。典型的RFID系统有阅读器天线和标签天线组成，其中标签天线通常是线极化的。由于标签天线的极化具有随意性，因此要求阅读器天线具有圆极化特性从而避免阅读器天线和标签天线之间严重的极化失配。

目前设计RFID圆极化阅读器天线的挑战在于保持小尺寸的同时覆盖通用UHF频段(0.84-0.96GHz)和WLAN频段(2.4-2.48GHz)。常见的圆极化技术有以下几种：对辐射贴片切角，在方形缝隙中引入微扰单元，交叉偶极子天线，采用90°相位差的馈电网络等。然而这些方法具有尺寸大和带宽窄的缺点。缝隙天线具有结构简单、低剖面、易于阻抗匹配、带宽款和高辐射效率。因此利用缝隙设计圆极化天线可以在达到宽带的同时保持小的尺寸。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线，该阅读器天线具有宽频带、小尺寸、制作容易、工作频段可重构等优点。

本发明采用如下技术方案：

一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线，包括介质基板，所述介质基板背面印制Z形馈线，所述介质基板正面印刷第一、第二、第三、第四及第五缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙及第五缝隙均关于介质基板对角线对称，所述第三缝隙与第四缝隙关于介质基板对角线对称；

还包括三只PIN二极管，分别设置在第二缝隙的起始段、中间段及结尾段，所述三只PIN二极管的工作状态相同。

所述第一缝隙由两个L型分支构成，所述两个L型分支的长边正交连接，且关于介质基板的对角线对称，所述两个L型分支的短边均设有开口。

所述第二缝隙由两个正交的L型分支构成，所述第二缝隙位于第一缝隙的两个L型分支围成的区域内。

所述第三及第四缝隙均为矩形。

所述第五缝隙由两个相互正交的矩形分支构成。

位于第二缝隙中间段的PIN二极管，具体设置在Z形馈线中顶端分支相对应的介质基板正面的位置上。

本发明的有益效果：

(1)与已有应用RFID圆极化阅读器天线设计相比较，本发明提出的弯折、开口、正交缝隙可以有效地缩减天线的尺寸；

(2)本发明中通过蚀刻关于天线对角线对称的缝隙有效增加圆极化带宽，得以覆盖通用UHF频段(0.84-0.96GHz)和WLAN频段(2.4-2.48GHz)；

(3)本发明中两个工作频段可以独立调节，不会互相影响；

(4)本发明中可以通过控制3个PIN二极管的状态，切换工作频段。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例的尺寸示意图；

图3为图1中天线安装后实施实例仿真的回波损耗图；

图4为图1中天线安装后实施实例仿真的轴比图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1及图2所示，一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线，包括介质基板，所述介质基板背面印制Z形馈线6，所述介质基板8正面印刷第一、第二、第三、第四及第五缝隙1、2、3、4、5，所述第一缝隙1、第二缝隙2及第五缝隙5均关于介质基板对角线对称，所述第三缝隙3与第四缝隙4关于介质基板对角线对称，所述介质基板对角线为同一条，本实施例中介质基板对角线为介质基板中与水平面正方向夹角为钝角的对角线，有效增加了天线圆极化带宽。

还包括三只PIN二极管，分别设置在第二缝隙的起始段7a、中间段7b及结尾段7c，所述三只PIN二极管的工作状态相同，同时为闭合或同时开路，分别对应UHF频段和WLAN频段工作模式，从而对达到工作频段的可重构。

所述第一缝隙1由两个L型分支构成，所述两个L型分支的长边正交连接，且关于介质基板的对角线对称，所述两个L型分支的短边均设有开口。

所述第二缝隙2由两个正交的L型分支构成，所述第二缝隙位于第一缝隙的两个L型分支围成的区域内，所述第二缝隙的两个L型分支的两条边垂直连接形成类似M形结构，所述M形结构中相邻边夹角为90度，所述三只PIN二极管分别位于第二缝隙的起始段、中间段及结尾段，所述起始段为水平方向，所述结尾段为竖直方向，第二缝隙关于介质基板对角线对称。

所述第三缝隙4及第四缝隙3均为矩形，两个缝隙关于介质基板对角线对称，第三缝隙为水平方向设置，与介质基板左侧边缘连接，所述第四缝隙为竖直方向设置，与介质基板上侧边缘连接。

所述第五缝隙由两个相互正交的矩形分支构成，所述第五缝隙位于介质基板对角线的尾部。

所述Z形馈线6由三个依次垂直的分支构成，其顶端分支相对应的介质基板正面位置与第二缝隙中间段的重合处设置PIN二极管，从而产生宽带的圆极化带宽和阻抗带宽，本实施例中顶端分支为水平方向设置。

本发明的技术方案实现过程如下：

首先是实现覆盖通用UHF频段的圆极化特性。在介质基板正面印刷一个开口、弯折、正交的第一缝隙，形成UHF频段圆极化辐射的主体，在介质基板背面印刷Z形馈线，馈线经过第一缝隙中心附近，在第一缝隙正交的两臂上的电流形成90°相位差，从而实现圆极化。然后在介质基板正面印刷关于天线对角线对称并正交的第三缝隙、第四缝隙及第五缝隙，使圆极化带宽覆盖通用UHF频段。

其次是实现WLAN频段的圆极化特性，印刷一个开口、弯折、正交的第二缝隙，成WLAN频段圆极化辐射的主体，使Z形馈线经过第二缝隙中心附近，从而在WLAN频段实现圆极化特性。

最后实现工作频段的可重构。在介质基板正面的三个PIN二极管分别位于第二缝隙的两端和微带线上方，三个PIN二极管的状态同时为闭合或同时开路，分别对应UHF频段和WLAN频段工作模式，从而对达到工作频段的可重构。

为了验证本方案的有效性，下面给出具体实例进行说明。

在本实例中，选用相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02，厚度为0.8mm的FR4介质基板，介质基板的平面尺寸为L×L，其中L＝98mm。第一缝隙的顶点到基板左边的距离为L1＝59mm，第三和第四缝隙的长度为L2＝43.5mm，第五缝隙的一边长度为L3＝42mm。第一缝隙的最宽为W1＝11mm，第二、第三和第四缝隙的宽度分别为W2＝5mm，W3＝8mm，W4＝10mm。在实际实施中，用50欧姆的同轴线直接馈电，同轴线的内导体与微带馈线相连接，外导体与辐射贴片相连接。

以上述图2所示尺寸制作的RFID阅读器天线仿真的回波损耗和轴比结果分别如图3和图4。由图可知，该RFID阅读器天线在0.75-1.1GHz和2.36-2.7GHz内，回波损耗小于-10dB，轴比小于3dB，覆盖了通用UHF频段(0.84-0.96GHz)和WLAN频段(2.4-2.48GHz)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于正交缝隙技术的RFID阅读器天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板背面印制Z形馈线，所述介质基板正面印刷第一、第二、第三、第四及第五缝隙，所述第一缝隙、第二缝隙及第五缝隙均关于介质基板的一个对角线对称，所述第三缝隙与第四缝隙关于介质基板的所述对角线对称；

还包括三只PIN二极管，分别设置在第二缝隙的起始段、中间段及结尾段，所述三只PIN二极管的工作状态相同；

所述第一缝隙由两个L型分支构成，所述两个Ｌ型分支的长边正交连接，且关于介质基板的所述对角线对称，所述两个Ｌ型分支的短边均设有开口；

所述第二缝隙由两个正交的L型分支构成，所述第二缝隙位于第一缝隙的两个L型分支围成的区域内；

位于第二缝隙中间段的PIN二极管，设置在Z形馈线中顶端分支相对应的介质基板正面的位置上；

Z形馈线经过第一缝隙中心附近，在第一缝隙正交的两臂上的电流形成90⁰相位差，从而实现圆极化。

2.根据权利要求1所述的RFID阅读器天线，其特征在于，所述第三及第四缝隙均为矩形。

3.根据权利要求1所述的RFID阅读器天线，其特征在于，所述第五缝隙由两个相互正交的矩形分支构成。

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