本发明涉及射频识别(radiofrequencyidentification,简称rfid)技术领域，特别涉及一种超高频近场rfid天线及超高频近场rfid读写器。
背景技术：
射频识别是一种通过无线射频方式进行非接触式的双向数据通信，从而对目标加以识别的技术。射频识别系统一般由读写器(reader)和电子标签(tag)组成。rfid系统通过天线来实现发射、接收电磁波，从而实现读写器对电子标签的识别。
rfid系统主要工作在低频(lf)、高频(hf)、超高频(uhf)和微波频段。低频和高频rfid系统通过电感耦合的方式完成识别，读取距离近。而超高频和微波rfid系统通过电磁波传递的方式完成识别，读取距离较远。通常近场rfid天线工作在hf频段，此类天线通过近场耦合来激活标签，然而由于其工作频率的限制，此类天线的尺寸相对于更高频段如uhf频段天线来说都比较大，并且天线的读取距离也受限于近场耦合的读取方式不会太远。而常见的远场天线一般工作在uhf频段，天线的尺寸较小，但是此类天线是利用辐射能量来激活标签，适用于远距离读写；在天线的近场辐射区内增益一般都很小，不能够适用于近场读写应用。
近年来超高频近场rfid天线得到了很多研究，设计出了各种基于分段耦合环形天线、左手材料加载环形天线、集总电容加载相位补偿的环形天线等等。这些天线共同特点是采用某种方法使得环上的电流保持同相，这样就可以在环形区域内感应出较强的较均匀的磁场，但现在的这些天线体积较大，很难用于低功耗的移动便携手持设备中。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超高频近场rfid天线及超高频近场rfid读写器，能够解决现有的超高频近场rfid天线体积较大的问题。
为了达到本发明目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供了一种超高频近场rfid天线，包括第一介质层、第二介质层和多个短路柱，所述第一介质层和第二介质层之间设置地板覆铜层，其中，
所述第一介质层上设有两个微带功分器，每个微带功分器均包括两个输出臂且两个输出臂之间进行正交馈电，每个输出臂分别与一个短路柱的一端相连接；
所述地板覆铜层上设有用于穿过短路柱的过孔；
所述第二介质层上设有两个第一辐射贴片以及至少一个与第一辐射贴片耦合的第二辐射贴片，所述短路柱的另一端与第一辐射贴片相连接。
进一步地，所述第一辐射贴片为包含两个枝节的“l”型结构，所述两个枝节长度可调且相互垂直。
进一步地，通过调节所述两个枝节表面的铜箔长度，调节所述两个枝节的长度。
进一步地，所述微带功分器的两个输出臂为对称的曲线结构。
进一步地，所述微带功分器为“e”型或“w”型结构。
进一步地，通过调节所述两个输出臂表面的铜箔长度，调节所述两个输出臂的长度差为天线工作波长的1/4。
进一步地，所述第二辐射贴片为环形结构。
进一步地，通过调节所述第二辐射贴片表面的铜箔宽度以及所述第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间距，调节所述天线的阻抗特性呈现纯阻性。
进一步地，所述第一介质层和第二介质层为聚四氟乙烯环氧树脂介质板。
本发明实施例还提供了一种超高频近场rfid读写器，包括以上任一所述的超高频近场rfid天线。
本发明的技术方案，具有如下有益效果：
本发明提供的超高频近场rfid天线及超高频近场rfid读写器，通过微带功分器的两个输出臂进行正交馈电，穿过短路柱后的电磁波到达第二介质层的第一辐射贴片后产生圆极化波，然后耦合到第二辐射贴片上进行辐射，延展了天线的口径，从而有效降低了天线的尺寸；
进一步地，第一辐射贴片为两个枝节长度可调且相互垂直的“l”型结构，通过调节两个枝节的长度，到达两个枝节的电磁波又会产生90度相移，在第一辐射贴片上再次激励起圆极化波，进而使得天线的工作带宽更宽，圆极化轴比更好。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的超高频近场rfid天线的俯视图；
图2为本发明实施例的超高频近场rfid天线的侧视图；
图3为本发明实施例的第一介质层的结构示意图；
图4为本发明实施例的地板敷铜层的结构示意图；
图5为本发明实施例的第二介质层的结构示意图。
其中：l1、l2为第一辐射贴片；1a、1b为微带功分器；2为第二辐射贴片；3a、3b、3c、3d为短路柱；4为馈电端口；5为地板敷铜层；6a为第一介质层；6b为第二介质层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供了一种超高频近场rfid天线，包括第一介质层、第二介质层和多个短路柱，所述第一介质层和第二介质层之间设置地板覆铜层，其中，
所述第一介质层上设有两个微带功分器，每个微带功分器均包括两个输出臂且两个输出臂之间进行正交馈电，每个输出臂与一个短路柱的一端相连接；
所述地板覆铜层上设有用于短路柱通过的过孔；
所述第二介质层上设有两个第一辐射贴片以及至少一个与第一辐射贴片耦合的第二辐射贴片，所述短路柱的另一端与第一辐射贴片相连接。
进一步地，所述第一辐射贴片为包含两个枝节的“l”型结构，所述两个枝节长度可调且相互垂直。
具体地，通过调节所述两个枝节表面的铜箔长度，调节所述两个枝节的长度。当第一辐射贴片的两个枝节等长且相互垂直时，到达两个枝节的电磁波产生90度相移，产生圆极化波。
进一步地，所述微带功分器为“e”型或“w”型结构。
值得说明的是，本发明的微带功分器的结构可以选用包括两个输出臂的任意结构，两个输出臂可以为直线，也可以为对称的曲线结构。
进一步地，通过调节所述两个输出臂表面的铜箔长度，调节所述两个输出臂的长度差为天线工作波长的1/4。当所述微带功分器的两个输出臂的长度差为天线工作波长的1/4时，到达输出臂上的两个短路柱的电磁波产生90度相移，从而产生圆极化波。
进一步地，所述第二辐射贴片为环形结构。通过设置第二辐射贴片为环形结构，延展了天线的口径，从而降低了天线的尺寸。
进一步地，所述天线的阻抗特性通过调节第二辐射贴片表面的铜箔宽度与第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间距来实现，当他们的间距达到一定值时，天线的阻抗特性呈纯阻性，从而展宽了天线的带宽。
进一步地，所述第一介质层和第二介质层可以采用聚四氟乙烯(fr-4)环氧树脂介质板。
本发明的超高频近场rfid天线，将圆极化和宽频段相结合，完全覆盖超高频近场，并且轴比易控制，且天线结构简单，具有低剖面、重量轻、体积小等特点。
本发明实施例还提供了一种超高频近场rfid读写器，包括以上任一所述的超高频近场rfid天线。
实施例一
下面结合附图对本申请的实施例进行说明，如图1和图2所示，根据本发明的一种超高频近场rfid天线，包括第一介质层6a和第二介质层6b，第一介质层6a的一侧设置有馈电端口4以及两个“e”型微带功分器1a和1b，微带功分器1a和1b的输出臂末端上分别设有两个短路柱3a、3b、3c和3d；第一介质层6a和第二介质层6b之间设置地板覆铜层5，地板覆铜层5上设有4个用于直通短路柱的过孔，以避免短路柱直接接地；第二介质层6b的另一侧设置有两个“l”型的第一辐射贴片l1、l2以及环形结构的第二辐射贴片2。
其中，馈电端口4可以选用100欧姆的阻抗馈电，微带功分器1a和1b的每个输出臂可以选用50欧的微带传输线，所述输出臂表面敷有铜箔，且每个输出臂的长度通过调节输出臂表面的铜箔进行调节。当每个微带功分器的两个输出臂长度差相差为四分之一波长时，到达短路柱3a、3c的电磁波产生90度相移，到达短路柱3b、3d的电磁波也产生90度相移，从而产生圆极化波；另外，第一辐射贴片l1、l2的两个枝节垂直分布，又会产生90度相移，再次激励起圆极化波，第一辐射贴片l1、l2的两个枝节表面敷有铜箔，通过调节两个枝节表面的铜箔进行调整，以调节圆极化波的轴比，进而实现3db轴比；第一辐射贴片将电磁波耦合到第二辐射贴片2上进行辐射。微带功分器、第一辐射贴片以及第二辐射贴片三者的长度和等于超高频近场rfid天线的工作频率所对应的四分之一工作波长，当确定了天线的工作频率后，根据天线的工作波长可以计算出天线的微带功分器、第一辐射贴片以及第二辐射贴片的长度，再通过优化调试得到最佳的结果。第二辐射贴片表面敷有铜箔，固定第二辐射贴片时，天线的阻抗特性可以通过增减第二辐射贴片表面的铜箔，进而调节第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间距进行调节，所述间距越小，电容特性越强，调节间距获得的耦合电容与第二辐射贴片、第一辐射贴片产生的电感相当时，天线的阻抗特性就是一个纯阻，从而展宽了天线的带宽。当天线的阻抗为常数时，天线的虚部会随着第一辐射贴片的长度和宽度的变化而变化，第一辐射贴片越长越宽，天线的虚部电感越大。
实施例二
通过现有的微波仿真软件对天线的结构进行仿真，计算得到天线各个部位的尺寸的数值，根据计算所得的数值进行加工制作，加工制作完成后，分别调节微带功分器的两个输出臂、第一辐射贴片的两个枝节以及第二辐射贴片表面的铜箔的长度、宽度以及第一辐射贴片和第二辐射贴片之间的间距。
参考图1和图2，根据本发明实施例公开的一种超高频近场rfid天线，第一介质层6a和第二介质层6b基板的材质可以选用fr-4环氧树脂，介电常数为4.4，每个介质层基板厚度为1.2mm，天线的整体尺寸为15mm*10mm，“e”型微带功分器的长度为12mm，“l”型第一辐射贴片的长度为5mm，第二辐射贴片的长度为22mm，宽度为2.2mm。该天线的馈电端口为100欧姆电阻，馈线宽度为0.5mm，本实施例的天线尺寸较小，在不降低天线性能的前提下实现了天线的小型化。通过调节第二辐射贴片和第一辐射贴片之间的间距为0.2mm，天线的阻抗特性呈纯阻性，从而展宽了天线的带宽，天线的工作频段，可以从860mhz到960mhz，阻抗带宽为100mhz，完全覆盖了国际超高频频段(866～956mhz)；分别调节第一辐射贴片l1和l2的两个臂长，当两个臂长为2.5mm时，天线为圆极化天线，轴比为3db。
实施例三
本发明的超高频近场rfid天线可用于零售业、医药业、图书馆架管理、档案柜管理、货架管理以及贵重物品跟踪等领域。
例如，将其应用在图书馆架管理时，将该超高频近场rfid天线结合射频接口模块和逻辑控制模块三部分构成读写器，为图书馆的馆藏文献贴上标签用来追踪文献的状态以及定位信息等，这样无需人工操作，在读写器的感应下可以自动向读写器发送信息，以读取标签内存储的信息。
应用本发明的超高频近场rfid天线，可识别高速运动的物体并可同时识别多个rfid标签，读取距离更远，安全性更高，抗干扰能力更强。
采用本发明的超高频近场rfid天线，具有以下显著特点：
1)使用时rfid天线读取距离远、覆盖范围大；
2)该天线完全覆盖超高频近场；
3)该天线的带宽宽，受干扰小；
4)该天线比传统的近场天线的磁场更均匀，读取效果更好；
5)该天线平面结构、体积小、天线的轴比可控、成本低、安装简单等。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过软件优化完成。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。