一种全向圆极化RFID读写器天线的制作方法

一种全向圆极化rfid读写器天线
技术领域
1.本实用新型涉及rfid天线技术领域，尤其涉及一种全向圆极化rfid读写器天线。


背景技术：

2.射频识别技术（rfid）是一种非接触的自动识别技术，其基本原理利用射频信号的空间耦合或者电磁反向散射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别功能。超高频系统的频率范围为400mhz-1ghz，识别的距离可以达到3-10m，通常用于智能卡、物流、etc以及仓储管理等领域，其典型的工作频点为840-960mhz。对于一个rfid系统而言，读写器天线承担着接受和发射电磁波的作用，其性能对整个rfid系统识别能力影响很大。
3.圆极化的天线在原理上有两个线极化合成，因此圆极化天线可以发射或者接受线极化波，这一特性可以避免在接收和发射电磁波时，由于极化失配而造成电磁波的损失。因此当使用圆极化天线作为接收天线时，不需要很精确的极化校准，可以极大地提高工作效率，节省时间。对于rfid 的场景中，由于用户或者商品来自各个方向，因此，为了方便检测物品的摆放以及数量，需要rfid读写器天线为全向天线，以保证可以在各个方向检测到用户。
4.对于圆极化天线，有螺旋天线、微带贴片天线、交叉偶极子天线等，对于螺旋天线，如阿基米德螺旋天线，这种天线的阻抗不是50ohm，无法用常见的50ohm同轴线馈电，需要阻抗转换巴伦，微带贴片天线在制作时结构比较复杂，且带宽较窄，宽带微带天线需要更为复杂的结构才能实现宽带，对于交叉偶极子天线，结构复杂，无法用于某些rfid的场景。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种全向圆极化rfid读写器天线，解决了现有rfid天线存在的不足。
6.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种全向圆极化rfid读写器天线，它包括第一环偶极子、第二环偶极子、金属地板和圆柱；所述圆柱的一端与金属地板连接，所述第一环偶极子和第二环偶极子以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱上，且在金属地板上同轴馈电；所述第一环偶极子和第二环偶极子在所述圆柱上环绕的方向相反，且相互之间正交。
7.所述第一环偶极子包括第一螺旋金属辐射体和第二螺旋金属辐射体，两个螺旋金属辐射体之间具有一定间距，馈电相位差90
°
；所述第一螺旋金属辐射体和第二螺旋金属辐射体以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱上，且第一螺旋金属辐射体和第二螺旋金属辐射体的环绕方向相同。
8.所述第二环偶极子包括第三螺旋金属辐射体和第四螺旋金属辐射体，两个螺旋金属辐射体之间具有一定间距，馈电相位差90
°
；所述第三螺旋金属辐射体和第四螺旋金属辐射体以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱上，第三螺旋金属辐射体和第四螺旋金属辐射体环绕方向相同，且与第一螺旋金属辐射体和第二螺旋金属辐射体环绕方向相反。
9.所述第一螺旋金属辐射体和第三螺旋金属辐射体在金属地板上同轴馈电，所述第二螺旋金属辐射体和第四螺旋金属辐射体在金属地板上同轴馈电。
10.所述第一螺旋金属辐射体、第二螺旋金属辐射体、第三螺旋金属辐射体和第四螺旋金属辐射体的宽度为4mm，长度为206mm，螺旋升角范围为59
°
~62
°
。
11.本实用新型具有以下优点：一种全向圆极化rfid读写器天线，天线馈电采用的是特性阻抗为50ohm的同轴线馈电，不需要使用阻抗转换巴伦，制作简单，价格低廉，相比于阻抗转换巴伦有着相当好的便利性与实用性。
附图说明
12.图1 为本实用新型的平面结构示意图；
13.图2 为螺旋升角为55
°
时天线的水平全向性能示意图；
14.图3 为螺旋升角为56
°
时天线的水平全向性能示意图；
15.图4 为螺旋升角为57
°
时天线的水平全向性能示意图；
16.图5 为螺旋升角为58
°
时天线的水平全向性能示意图；
17.图6 为螺旋升角为59
°
时天线的水平全向性能示意图；
18.图7 为螺旋升角为60
°
时天线的水平全向性能示意图；
19.图8 为螺旋升角为61
°
时天线的水平全向性能示意图；
20.图9 为螺旋升角为62
°
时天线的水平全向性能示意图；
21.图中：1-第一螺旋金属辐射体，2-第二螺旋金属辐射体，3-第三螺旋金属辐射体，4-第四螺旋金属辐射体，5-金属地板，6-圆柱。
具体实施方式
22.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的保护范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。
23.如图1所示，本实用新型具体涉及一种全向圆极化rfid读写器天线，它包括第一环偶极子、第二环偶极子、金属地板5和圆柱6；所述圆柱6的一端与金属地板5连接，所述第一环偶极子和第二环偶极子以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱6上，且在金属地板5上同轴馈电；所述第一环偶极子和第二环偶极子在所述圆柱6上环绕的方向相反，且相互之间正交。
24.进一步地，第一环偶极子包括第一螺旋金属辐射体1和第二螺旋金属辐射体2，两个螺旋金属辐射体之间具有一定间距，馈电相位差90
°
；所述第一螺旋金属辐射体1和第二螺旋金属辐射体2以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱6上，且第一螺旋金属辐射体1和第二螺旋金属辐射体2的环绕方向相同。
25.进一步地，第二环偶极子包括第三螺旋金属辐射体3和第四螺旋金属辐射体4，两个螺旋金属辐射体之间具有一定间距，馈电相位差90
°
；所述第三螺旋金属辐射体3和第四螺旋金属辐射体4以螺旋上升环绕的方式缠绕在所述圆柱6上，第三螺旋金属辐射体3和第四螺旋金属辐射体4环绕方向相同，且与第一螺旋金属辐射体1和第二螺旋金属辐射体2环绕方向相反。
26.进一步地，第一螺旋金属辐射体1和第三螺旋金属辐射体3在金属地板5上同轴馈电，所述第二螺旋金属辐射体2和第四螺旋金属辐射体4在金属地板5上同轴馈电。
27.进一步地，第一螺旋金属辐射体1、第二螺旋金属辐射体2、第三螺旋金属辐射体3和第四螺旋金属辐射体4的宽度为4mm，长度为206mm，螺旋升角范围为59
°
~62
°
，最优螺旋升角为61.6
°
；每一条螺旋状天线长度为206mm，每一个螺旋状的天线使用同轴馈电，每根螺旋臂馈电幅度相等，相邻的两根螺旋状天线馈电相位差900；其中，天线的整体高度为182.5mm，圆柱6采用介电常数为4，厚度为2mm的环氧树脂，这种介质可以通过3d打印的技术来实现，成本低廉，制作方便。
28.本实用新型包括四条螺旋金属辐射，它们可以看作两个螺旋状的天线构成，当天线处于谐振状态时，天线臂上的电流幅度接近正弦分布。将每条螺旋臂简化成垂直的直线和水平的半圆，则得到双臂螺旋的简化模型，由于螺旋天线是螺旋上升的，可以看成电流在向上走和以圆环的方式流动，即可以看作是一个环-偶极子，另一组也可以用这种等效方式，既可以看作两个互相正交的环-偶极子的组合。根据天线的叠加原理，由于这两组环-偶极子互相垂直且相位差90
°
，那么在远区得到的是一个宽波束的圆极化方向图。
29.天线的螺旋升角对天线的方向图有着影响，如图2-图9所示，可以看到随着螺旋升角角度的增大，天线的水平全向的性能会变好，但是螺旋升角角度增大超过一定范围后其天线的水平全向性能也会变差，也就说，天线的螺旋升角需要满足一定的范围条件才能保证天线的方向图为水平全向，即螺旋升角范围为59
°
~62
°
时，性能较好，在61.6
°
时性能是最好的。
30.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。