CN104183913A - 宽带圆极化rfid手持阅读器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，包括FR4基底、环天线、高通滤波器、低通滤波器、威尔金森功分器和金属地；FR4基底上部***边缘设有环天线；环天线内侧设有高通滤波器、低通滤波器和威尔金森功分器；威尔金森功分器的输出端一路连接低通滤波器后通过第一馈线连接环天线一内壁的中点处，威尔金森功分器的输出端另一路连接高通滤波器后通过第二馈线连接环天线另一相邻内壁的中点处；FR4基底下部设有金属地。本发明天线具有宽阻抗带宽、宽轴比带宽，其工作频段可以覆盖中国、美国和欧洲的RFID标准所规定的工作频段；天线具有大圆极化主瓣宽度，其左旋圆极化方向图的主瓣宽度为55°。

Description

宽带圆极化RFID手持阅读器天线

技术领域

本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线。

背景技术

射频识别即RFID(Radio Frequency Identification)技术，是一种可通过无线通信识别特定目标并读写数据的非接触式通信技术。世界上采用广泛的的超高频RFID频段标准包括中国标准(840-844.5MHz和920.5-924.5MHz)、美国标准(902-928MHz)及欧洲标准(866-869MHz)。

RFID阅读器天线作为RFID***的重要组成部分，它的性能将极大地影响整个RFID***的效率与质量。影响RFID阅读器天线的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗、增益及极化方式。

大多数现有的圆极化超高频RFID阅读器天线的工作频段仅能满足中国标准、美国标准及欧洲标准中的一种标准，无法同时覆盖所有标准的工作频段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，包括FR4基底、环天线、高通滤波器、低通滤波器、威尔金森功分器和金属地；其中，所述FR4基底为正方形，上部***边缘设有环天线；所述环天线为方环结构，内侧设有高通滤波器、低通滤波器和威尔金森功分器；所述威尔金森功分器的输出端一路连接低通滤波器后通过第一馈线连接环天线一内壁的中点处，威尔金森功分器的输出端另一路连接高通滤波器后通过第二馈线连接环天线另一相邻内壁的中点处；威尔金森功分器的输入端通过SMA接头通孔外接射频前端；在FR4基底的下部设有金属地。

进一步地，所述威尔金森功分器包括覆铜开口环和贴片电阻，贴片电阻桥接于覆铜开口环的开口处。

进一步地，所述高通滤波器包括第一贴片电容、第二贴片电容、第一贴片电感、第一覆铜区、第二覆铜区、第四覆铜区和第五覆铜区；第四覆铜区的一端连接第二馈线，另一端通过第一贴片电感连接第五覆铜区的一端，第五覆铜区的另一端连接威尔金森功分器；在第四覆铜区上设有第一贴片电容，第一贴片电容连接第一覆铜区，通过接地通孔与金属地相连；在第五覆铜区上设有第二贴片电容，第二贴片电容连接第二覆铜区，通过接地通孔与金属地相连。

进一步地，所述低通滤波器包括第三贴片电容、第四贴片电容、第二贴片电感、第三覆铜区、第六覆铜区和第七覆铜区；第七覆铜区的一端连接威尔金森功分器，另一端通过第三贴片电容与第六覆铜区相连，第六覆铜区的另一端通过第四贴片电容与第一馈线相连；在第七覆铜区上设有第二贴片电感，第二贴片电感连接第三覆铜区，通过接地通孔与金属地相连。

本发明的有益效果是：本发明的RFID天线尺寸仅为95mm×95mm×1.6mm，可集成于手持式阅读器中。天线具有宽阻抗带宽，其-10dB阻抗带宽为710-1150MHz。天线具有宽轴比带宽，其最大增益方向的3dB轴比带宽为800-940MHz，可以覆盖中国、美国和欧洲标准的工作频段。天线具有大圆极化主瓣宽度，其左旋圆极化方向图的主瓣宽度为55°。

附图说明

图1为天线的整体结构俯视图；

图2为天线的整体结构仰视图；

图3为天线的阻抗带宽测试图；

图4为天线最大增益方向的轴比带宽测试图；

图5为天线当工作在910MHz时垂直于基底方向的左旋圆极化方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，包括FR4基底5、环天线1、高通滤波器、低通滤波器、威尔金森功分器和金属地17；其中，所述FR4基底5为正方形，上部***边缘设有环天线1；所述环天线1为方环结构，内侧设有高通滤波器、低通滤波器和威尔金森功分器；所述威尔金森功分器的输出端一路连接低通滤波器后通过第一馈线2连接环天线1一内壁的中点处，威尔金森功分器的输出端另一路连接高通滤波器后通过第二馈线3连接环天线1另一相邻内壁的中点处；威尔金森功分器的输入端通过SMA接头通孔16外接射频前端；在FR4基底5的下部设有金属地17。

所述威尔金森功分器包括覆铜开口环4和贴片电阻12，贴片电阻12桥接于覆铜开口环4的开口处。

所述高通滤波器包括第一贴片电容6、第二贴片电容7、第一贴片电感8、第一覆铜区13、第二覆铜区14、第四覆铜区18和第五覆铜区19；第四覆铜区18的一端连接第二馈线3，另一端通过第一贴片电感8连接第五覆铜区19的一端，第五覆铜区19的另一端连接威尔金森功分器；在第四覆铜区18上设有第一贴片电容6，第一贴片电容6连接第一覆铜区13，通过接地通孔与金属地17相连；在第五覆铜区19上设有第二贴片电容7，第二贴片电容7连接第二覆铜区14，通过接地通孔与金属地17相连。

所述低通滤波器包括第三贴片电容9、第四贴片电容10、第二贴片电感11、第三覆铜区15、第六覆铜区20和第七覆铜区21；第七覆铜区21的一端连接威尔金森功分器，另一端通过第三贴片电容9与第六覆铜区20相连，第六覆铜区20的另一端通过第四贴片电容10与第一馈线2相连；在第七覆铜区21上设有第二贴片电感11，第二贴片电感11连接第三覆铜区15，通过接地通孔与金属地17相连。

其中，FR4基底5的尺寸为95mm×95mm×1.6mm，采用FR4材料，介电常数为4.4；贴片电阻12采用型号为1206的100Ω贴片电阻；第一贴片电容6和第二贴片电容7均为1.4pF，第三贴片电容9和第四贴片电容10均为8.5pF；第一贴片电感8为6.2nH，第二贴片电感11为12nH；第一贴片电容6、第二贴片电容7、第三贴片电容9、第四贴片电容10、第一贴片电感8和第二贴片电感11均采用型号为0603的贴片元件；第一馈线2和第二馈线3的宽度为3mm、长度相同；覆铜开口环4的内径为13.7mm、外径为15.3mm；金属地17的材料为铜，边长为64mm；环天线1的外边长为95mm、内边长为76mm。

该天线的测试输入阻抗如图3所示，所测得阻抗在710-1150MHz均与50Ω阻抗传输线匹配良好。天线在最大增益方向的轴比带宽测试结果如图4所示，在800-940MHz时，轴比均小于3dB。天线在910MHz垂直于基底的左旋圆极化方向图如图5所示，最大增益可达1.3dBic，3dB功率波束宽度可达55°。

本发明的工作过程如下：射频信号经由SMA接头通孔16馈送至威尔金森功分器，经过威尔金森功分器平均分配功率后，一路经由高通滤波器和第二馈线3馈送至环天线1，另一路经由低通滤波器和第一馈线2馈送至环天线1，两路信号产生宽带90°相移，从而将环天线1激发出工作在800-940MHz的圆极化信号，用于宽带圆极化RFID手持阅读器。

本发明的RFID阅读器天线的优点包括：

(1)成本低且尺寸相对较小。天线只采用FR4、铜两种天线加工最基础的材料和常用的贴片元件。且整个天线尺寸只有95mm×95mm×1.6mm，与其他圆极化天线相比尺寸较小。

(2)工作频段能够同时满足超高频频段RFID的中国标准、美国标准和欧洲标准。

(3)800-940MHz频段工作良好。反射系数均小于-10dB、最大增益方向的轴比带宽均小于3dB，在910MHz的增益可以达到1.3dBic。

(4)圆极化方向图的主瓣宽度宽，当工作频率为910MHz时，左手圆极化3dB功率波束宽度可达55°。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (4)

1.一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，其特征在于，包括FR4基底（5）、环天线（1）、高通滤波器、低通滤波器、威尔金森功分器和金属地（17）；其中，所述FR4基底（5）为正方形，上部***边缘设有环天线（1）；所述环天线（1）为方环结构，内侧设有高通滤波器、低通滤波器和威尔金森功分器；所述威尔金森功分器的输出端一路连接低通滤波器后通过第一馈线（2）连接环天线（1）一内壁的中点处，威尔金森功分器的输出端另一路连接高通滤波器后通过第二馈线（3）连接环天线（1）另一相邻内壁的中点处；威尔金森功分器的输入端通过SMA接头通孔（16）外接射频前端；在FR4基底（5）的下部设有金属地（17）。

2.根据权利要求1所述一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，其特征在于，所述威尔金森功分器包括覆铜开口环（4）和贴片电阻（12），贴片电阻（12）桥接于覆铜开口环（4）的开口处。

3.根据权利要求1所述一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，其特征在于，所述高通滤波器包括第一贴片电容（6）、第二贴片电容（7）、第一贴片电感（8）、第一覆铜区（13）、第二覆铜区（14）、第四覆铜区（18）和第五覆铜区（19）；第四覆铜区（18）的一端连接第二馈线（3），另一端通过第一贴片电感（8）连接第五覆铜区（19）的一端，第五覆铜区（19）的另一端连接威尔金森功分器；在第四覆铜区（18）上设有第一贴片电容（6），第一贴片电容（6）连接第一覆铜区（13），通过接地通孔与金属地（17）相连；在第五覆铜区（19）上设有第二贴片电容（7），第二贴片电容（7）连接第二覆铜区（14），通过接地通孔与金属地（17）相连。

4.根据权利要求1所述一种宽带圆极化RFID手持阅读器天线，其特征在于，所述低通滤波器包括第三贴片电容（9）、第四贴片电容（10）、第二贴片电感（11）、第三覆铜区（15）、第六覆铜区（20）和第七覆铜区（21）；第七覆铜区（21）的一端连接威尔金森功分器，另一端通过第三贴片电容（9）与第六覆铜区（20）相连，第六覆铜区（20）的另一端通过第四贴片电容（10）与第一馈线（2）相连；在第七覆铜区（21）上设有第二贴片电感（11），第二贴片电感（11）连接第三覆铜区（15），通过接地通孔与金属地（17）相连。