一种通用超高频圆极化阅读器天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种通用超高频圆极化阅读器天线，天线结构分为四层，分别为地板，环形微带传导线，主辐射贴片，寄生辐射贴片以及镶嵌在寄生贴片边缘上的指环状的导体带，且材质均为金属铜，主辐射贴片和寄生贴片均为外圆内方的古铜币状结构，且在主辐射贴片的斜45°对角线的边缘处开有两个弧形槽口，寄生贴片的边缘镶嵌有指环状导体带线，环形微带传导线与主辐射贴片之间通过四个相位间隔90°金属探针相连接，再由同轴线由地板直接连接到环形微带传导线的射频信号输入端，构成整个馈电网络。本实用新型在工作频段内具有优越的阻抗匹配，良好的圆极化性能，较高的增益，以及半球状的辐射方向图,适用于射频识别领域。
【专利说明】—种通用超高频圆极化阅读器天线
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及射频识别领域，特别涉及一种通用超高频圆极化阅读器天线。
【背景技术】
[0002]射频识别(RFID,Rad1 Frequency Identificat1n Devices)技术在人们生活中发挥着愈来愈重要的作用。射频识别技术能够通过电磁波媒介识别任意携带有电子标签的物体。在该技术持续发展的过程中，阅读器天线的设计充当着重要角色。鉴于识别距离远，读写速度快和高传输率等优点，超高频(UHF)波段的RFID系统被广泛应用于现实生活中，比如动物标识，供应链管理，以及电子支付等。然而，不同国家或者地区的RFID许可UHF波段不尽相同，比如，中国的840.5-844.5MHz和920.5_924MHz，欧洲的866_869MHz，澳大利亚的920-926MHZ，北美的902_928MHz，以及日本的952_955MHz。于是，如果RFID系统能够覆盖840-955MHZ整个UHF频段，那么就能有效地简化系统的安装调节，减少搭建成本，进而实现全球通用。
[0003]RFID系统一般由阅读器和标签两部分组成，并且标签携带的一般为线极化天线。考虑到标签摆放方位的不确定性，为了避免阅读器与标签之间耦合的严重极化失配，提高信息传输的可靠性，圆极化天线在RFID阅读器中得到广泛应用。
实用新型内容
[0004]为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供具有高增益、优良阻抗匹配和轴比性能，且能覆盖840-960MHz频带的一种通用超高频圆极化阅读器天线。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种通用超高频圆极化阅读器天线，采用堆叠结构，从上到下依次包括寄生辐射贴片、主辐射贴片、馈电网络及地板，所述馈电网络包括环形微带传导线和四根金属探针，所述四根金属探针沿着环形微带传导线电流方向，依次间隔1/4 λ ^均匀放置在环形微带传导线上，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长，所述主辐射贴片与寄生辐射贴片通过四根金属探针连接，所述寄生辐射贴片与主辐射贴片均为外圆内方的古铜币结构。
[0007]所述主辐射贴片与水平面正方向成45度对角线的两端分别开有弧形槽口，两个弧形槽口的辐射角均为20度，并关于该对角线对称。
[0008]所述主辐射贴片的半径为0.27 λ 0,寄生辐射贴片半径为0.23 λ 0,主辐射贴片中心的方形槽口及寄生辐射贴片中心的方形槽口的边长分别为0.09 λ ^和0.072 λ。。
[0009]还包括指环状导体带线，所述指环状导体带线垂直紧贴镶嵌在寄生辐射贴片的边缘处。
[0010]所述指环状导体带线的高度为0.012 λ。。
[0011]所述环形微带传导线的初始段上下边缘分别开有长方形缺口，所述长方形缺口的长为0.045 λ。，宽为0.006 λ。，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长。
[0012]所述地板和环形微带传导线之间的距离为5mm，环形微带传导线和主辐射贴片之间的距离为20mm，主辐射贴片和寄生贴片之间的距离为10mm。
[0013]所述环形微带传导线的内径为0.108λ。，外径为0.186λ。，环形微带传导线宽度为 26mm。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015](I)圆极化天线可通过激发两个空间正交，相位相差90°的等幅简并模实现，本实用新型馈电网络由一个环状的微带传导线和四根金属探针组成。沿着微带传导线上的电流路径，四根金属探针相邻之间的间隔约为四分之一 K’四根探针的位置在空间上的正交，能够激发分离出相互正交的简并模，且金属探针相邻之间间隔约为四分之一 λ^，使简并模之间形成了 90°的相位差，从而符合产生圆极化波的两个条件；
[0016](2)采用环状微带传导线引导的四馈结构，具有结构对称的特点，能够实现较宽频带的覆盖，以及形成对称的半球状辐射方向图；
[0017](3)主辐射贴片和寄生贴片之间采用较厚的空气介质层，能够有效地提高带宽和增益；
[0018](4)主辐射贴片和寄生贴片均采用外圆内方的古铜币状结构，主辐射贴片和寄生贴片中心的槽口可用于安装其他电子器件，比如摆放能够覆盖较高频段的小天线，从而实现双频或者多频的组合式天线；
[0019](5)寄生贴片边缘镶嵌的指环状导体带上形成一个环形电流，相当于一个磁偶极子，能够有效地改善阻抗匹配和提高3-dB轴比性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1 (a)_图1 (b)是本实用新型一种通用超高频圆极化阅读器天线的结构的俯视图及侧视图；
[0021]图2是本实用新型一种通用超高频圆极化阅读器天线的反射系数仿真图；
[0022]图3是本实用新型一种通用超高频圆极化阅读器天线的轴比仿真图；
[0023]图4是本实用新型一种通用超高频圆极化阅读器天线的增益仿真图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0025]实施例
[0026]如图1(a)图1(b)所示，一种通用超高频圆极化阅读器天线，采用多层堆叠结构，从上到下依次为寄生辐射贴片2、主辐射贴片1、馈电网络及地板11，所述地板11为最底层，还包括指环状导体带线3，所述指环状导体带线3垂直紧贴镶嵌在寄生辐射贴片2的边缘处，所述寄生辐射贴片2与主辐射贴片I通过四根金属探针9A-9D连接，所述馈电网络包括环形微带线传导线4及四根金属探针，所述四根金属探针9A-9D沿着环形微带线传导线4电流方向，依次间隔1/4 λ。均匀放置在环形微带传导线上，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长。
[0027]环形微带传导线与主辐射贴片之间通过四个相位间隔90°金属探针相连接，再由同轴线由地板直接连接到环形微带传导线的射频信号输入端，构成整个馈电网络。
[0028]所述主辐射贴片I和寄生辐射贴片2均为外圆内方的古铜币结构，主辐射贴片I的半径Ra为0.27 λ 0,寄生辐射贴片2半径Rb为0.23 λ 0,主辐射贴片中心的方形槽口 5及寄生辐射贴片中心的方形槽口 6的边长Lm、Lp分别为0.09 λ ^和0.072 λ ^，所述指环状导体带线3的高度h4为0.012 λ。。
[0029]所述指环状导体带线3带翘边。
[0030]所述主辐射贴片I与水平面正方向成45度角的对角线的两端开有弧形槽口，所述两个弧形槽口 7Α、7Β的辐射角均为20度，并关于该对角线对称。
[0031]所述环形微带传导线4的内径Rs_in约为0.108 λ 0,外径Rs_out约为0.186 λ Q,即微带传导线宽度为26mm，所述环形微带线的起始端的上下边缘分别开有两个长方形缺口8A、8B，所述长方形缺口长约为0.045 λ。，宽理论上为0.006 λ。，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长。
[0032]地板为方形，边长Lgd约为0.750.75 λ。，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长。
[0033]地板11和环形微带传导线4之间的距离hi为5mm，环形微带传导线4和主辐射贴片I之间的距离h2为20mm，主辐射贴片I和寄生贴片2之间的距离h3为10mm，指环状导体带线的高度h4为4mm。
[0034]天线采用全铜质结构，厚度为1mm。
[0035]同轴线10采用RG316-SMSM，直径为2.5mm,特征阻抗为50 Ω。
[0036]本实用新型主辐射贴片和寄生贴片中心的槽口能够增强两辐射贴片之间的相互耦合，对阻抗匹配和3-dB轴比性能有明显的影响。
[0037]多层堆叠结构的设计，拓宽了阻抗匹配带宽以及轴比带宽，提高了天线增益。-25dB回波损耗带宽可以达到17.4% (807-961MHz)，3-dB轴比带宽达到14.4%(833-962MHz)，2-dB轴比带宽达到12.9% (842_958MHz)。在工作频带内，增益能够达到9.1dBic以上，峰值增益达到9.8dBic。
[0038]如图2-图4的仿真结果显示，该款天线具有优越的阻抗匹配，良好的圆极化性能，较高的增益，从图可以看出，Sll<-25dB能够覆盖807-961MHZ频段，3-dB轴比带宽能够覆盖833-962MHZ频段，2-dB轴比带宽能够覆盖842_958MHz频段，在840_960MHz频段内，增益能够达到9.1dBic,峰值能够达到9.8dBic。
[0039]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型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实用新型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，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种通用超高频圆极化阅读器天线，采用堆叠结构，其特征在于，从上到下依次包括寄生辐射贴片、主辐射贴片、馈电网络及地板，所述馈电网络包括环形微带传导线和四根金属探针，所述四根金属探针沿着环形微带传导线电流方向，依次间隔1/4 λ ^均匀放置在环形微带传导线上，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长，所述主辐射贴片与寄生辐射贴片通过四根金属探针连接，所述寄生辐射贴片与主辐射贴片均为外圆内方的古铜币结构。
2.根据权利要求1所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述主辐射贴片与水平面正方向成45度对角线的两端分别开有弧形槽口，两个弧形槽口的辐射角均为20度，并关于该对角线对称。
3.根据权利要求1所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述主辐射贴片的半径为0.27 λ 0,寄生福射贴片半径为0.23 λ 0,王福射贴片中心的方形槽口及寄生辐射贴片中心的方形槽口的边长分别为0.09 λ ^和0.072 λ0Ο
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，还包括指环状导体带线，所述指环状导体带线垂直紧贴镶嵌在寄生辐射贴片的边缘处。
5.根据权利要求4所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述指环状导体带线的高度为0.012 λ 0Ο
6.根据权利要求1所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述环形微带传导线的初始段上下边缘分别开有长方形缺口，所述长方形缺口长为0.045 λ ^，宽为0.006 λ。，其中λ。为中心频率900MHz所对应自由空间的波长。
7.根据权利要求1所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述地板和环形微带传导线之间的距离为5mm，环形微带传导线和主辐射贴片之间的距离为20mm，主辐射贴片和寄生贴片之间的距离为10mm。
8.根据权利要求7所述的一种通用超高频圆极化阅读器天线，其特征在于，所述环形微带传导线的内径为0.108 λ Q,外径为0.186 λ Q,环形微带传导线宽度为26mm。
【文档编号】H01Q7/00GK204067575SQ201420526876
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】刘雄英, 刘逸 申请人:华南理工大学