CN108598693A - 阻抗易匹配的宽带圆极化uhf rfid读写器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：从下至上包括：相互平行的接地板、空气介质层1、FR‑4介质基板、主辐射贴片、空气介质层2、寄生辐射贴片，和通过接地板垂直馈电于主辐射贴片的同轴馈电探针；所述主辐射贴片和寄生辐射贴片为对角进行等边切角处理后的正方形；所述主辐射贴片包含了环形缝隙阻抗匹配单元；所述环形缝隙阻抗匹配单元与主辐射贴片左、右两侧的距离相等；所述环形缝隙阻抗匹配单元的内圆圆心为同轴馈电探针馈电点。本发明提出的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，能在860～940MHz频段实现左旋圆极化和良好的阻抗匹配，本发明具有圆极化、输入阻抗匹配实现相互独立的优点。

Description

阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线
技术领域
本发明涉及UHF RFID读写器天线技术领域，尤其涉及阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线。
背景技术
读写器天线作为UHF RFID***的重要部件，其圆极化的实现能有效提高***识别无源、线极化标签的距离，满足UHF RFID低成本要求，和推动UHF RFID的大规模商用。根据全球主要国家、地区的UHF RFID频段划分，可以知道UHF RFID包含了(860-870MHz)和(902-928MHz)两个重要频段。若UHF RFID读写器天线仅仅在(902-928MHz)或(860-870MHz)频段实现了圆极化覆盖，没有同时覆盖两个UHF RFID重要频段，就不能同时应用于大部分国家和地区。所以设计一种能同时覆盖(860-870MHz)和(902-928MHz)两个重要频段的UHF RFID读写器天线，适用于大部分国家和地区是至关重要的。
对于包括接地板在内的单层同轴馈电微带天线，可以通过增加介质层厚度来拓展圆极化带宽，然而这种方式是以牺牲天线增益为代价的。为在不降低天线增益的条件下，同时实现圆极化宽带宽和良好的阻抗匹配带宽。现有的UHF RFID宽带宽圆极化天线一部分采用E形、U形和L形开槽结构实现圆极化的宽带宽覆盖，然而，其天线的输入阻抗和圆极化辐射的相关度大，不具有圆极化、阻抗匹配相互独立优化优势，优化过程复杂。一部分UHFRFID宽带宽圆极化天线通过加入寄生辐射贴片拓展圆极化带宽，然而，为实现阻抗的良好匹配，其还加入了额外的阻抗匹配层，增加了天线的结构和体积。
综上所述，设计一款能同时覆盖902～928MHz、860～870MHz两个重要频段的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线是十分必要的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，该天线具有输入阻抗易匹配和圆极化宽带宽优点。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1一种阻抗易匹配的圆极化宽带宽UHF RFID读写器天线，从下至上包括了相互平行的接地板、空气介质层1、FR-4介质基板、主辐射贴片、空气介质层2、寄生辐射贴片；还包括了通过接地板垂直馈电于主辐射贴片的同轴馈电探针。
2作为一种优选方案，所诉寄生辐射贴片位于主辐射贴片之上，中间为空气介质层2，寄生辐射贴片用于拓展天线圆极化的带宽。
3作为一种优选方案，所述主辐射贴片敷设于FR-4介质基板上，便于加工制作。
4作为一种优选方案，所述主辐射贴片和寄生辐射贴片为正方形，其对角都进行了等边直角三角形切角处理，用于激发两幅度相等的正交线极化波，即实现圆极化覆盖。
5作为一种优选方案，所述主辐射贴片、寄生辐射贴片和空气介质层2的尺寸决定了天线的圆极化覆盖频带。
6作为一种优选方案，主辐射贴片包含了环形缝隙阻抗匹配单元，用于圆极化覆盖实现后的天线的输入电抗的匹配。
7作为一种优选方案，同轴馈电探针馈电点位于环形缝隙阻抗匹配单元的内圆圆心。
8作为一种优选方案，所述环形缝隙阻抗匹配单元距离主辐射贴片左、右两侧距离相等，其与辐射贴片上侧的距离用于优化天线的输入电阻，实现天线输入电阻的匹配。
9本发明的有益效果在于圆极化覆盖频段宽，圆极化与阻抗匹配的实现相互独立，设计、优化步骤简单：先通过优化主辐射贴片和寄生辐射贴片的切角尺寸、空气介质层的厚度实现天线圆极化带宽的广覆盖；再通过优化环形缝隙阻抗匹配单元与主辐射贴片上侧的距离，实现天线输入电阻的匹配；最后通过调节环形缝隙阻抗匹配单元的内圆半径大小和缝隙宽度，获得良好的输入电抗匹配。
附图说明
图1为本发明的寄生辐射贴片图；
图2为本发明的主辐射贴片图；
图3为本发明的截面图；
图4为本发明实施实例的回波损耗图；
图5为本发明实施实例的输入电阻图；
图6为本发明实施实例的输入电抗图；
图7为本发明实施实例的圆极化轴比图
图8为本发明实施实例在视轴方向的增益图；
其中，1-接地金属贴片，2.1-空气介质层1，3-FR-4介质基板，4-主辐射贴片，4.1-主辐射贴片切角，4.2-环形缝隙阻抗匹配单元，2.2-空气介质层2，5-寄生辐射贴片，5.1-寄生辐射贴片切角，6-同轴馈电探针，6.1-同轴馈电探针馈电点。
具体实施方式
以下将参照附图并结合实例对本发明作进一步描述，需要说明的是，本实施实例以本技术方案为前提，但本发明的保护范围不限于本实施实例。
如图1所示，阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，从下至上主要包括相互平行的接地金属贴片1、空气介质层2.1、FR-4介质基板3、主辐射贴片4、空气介质层2.2、寄生辐射贴片5。
如图1、2所示，所述天线采用同轴馈电探针6进行馈电，馈电点6.1如图2所示。
如图1、2、3所示，所述主辐射贴片4、寄生辐射贴片5分别有等边三角形切角4.1、5.1，通过优化切角4.1、5.1的尺寸ΔL4、ΔL5，和空气介质层2.2的厚度h，即可实现目标频段的圆极化覆盖。
如图2所示，所述主辐射贴片4包含了环形缝隙阻抗匹配单元4.2，本发明通过优化环形缝隙阻抗匹配单元4.2与主辐射贴片上侧的距离df，实现天线输入电阻的匹配；本发明通过优化环形缝隙阻抗匹配单元4.2的内圆半径rp和缝隙宽度dg，实现天线输入电抗的匹配。
作为一个实施实例，所述阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线的接地板大小为240×240mm2，空气介质层2.1厚度为10mm，FR-4介质基板尺寸为170×170×1mm3，主辐射贴片尺寸为140×140mm2，切角4.1长度为ΔL4＝45mm，环形缝隙阻抗匹配中心点位置df＝14mm，环形缝隙尺寸为rp＝10mm、dg＝0.5mm，空气介质层2.2厚度h＝13.5mm，寄生辐射贴片尺寸为137×137mm2，切角5.1长度为ΔL5＝30mm。
本实施实例的回波损耗图如图4所示，可以看出在加入环形缝隙阻抗匹配单元后，天线的-10dB回波损耗带宽为800～950MHz，即天线实现了良好的阻抗匹配。
本实施实例的天线输入电阻如图5所示，可以看出环形缝隙阻抗匹配单元的加入使得天线输入电阻降低，本发明通过调节馈电位置df来弥补环形缝隙带来的天线输入电阻降低值。
本实施实例的天线输入电抗如图6所示，从图中可以看出，环形分析的加入有效地抵消了同轴馈电探针带来的感抗，实现了天线输入阻抗的良好匹配，此图也正好与图3相对应。
本实施实例的天线圆极化轴比如图7所示，从图中可以看出，天线的3dB圆极化频带宽度为80MHz(860～940MHz)，即完全覆盖了902～928MHz、860～870MHz两个重要的UHFRFID频段。而且，从图7中还可以观察到，天线的环形缝隙阻抗匹配单元是否存在与圆极化覆盖频段的相关度低，即本发明提出的天线结构具有圆极化、阻抗匹配实现相互独立的优势。
本实施实例的天线在视轴方向的增益如图8所示，可以看出天线在860～940MHz频段的最低增益达到了8.3dBi，说明天线具有良好的增益特性。

Claims (11)

1.阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：从下到上主要包括：相互平行接地板1、空气介质层2.1、FR-4介质基板3、主辐射贴片4、空气介质层2.2、寄生辐射贴片5。
2.根据权利要求1所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述空气介质层2.1的厚度为10mm。
3.根据权利要求1所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述FR-4介质基板3的厚度为1mm。
4.根据权利要求1所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述主辐射贴片4、寄生辐射贴片5分别有等边三角形切角4.1、5.1。
5.根据权利要求1、2所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述圆极化宽带宽特性主要通过优化切角4.1、5.1的尺寸ΔL4、ΔL5，和空气介质层2.2的厚度h实现。
6.根据权利要求1所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述主辐射贴片4包含了环形缝隙阻抗匹配单元4.2，环形缝隙阻抗匹配单元4.2到主辐射贴片4左、右两侧的距离相等，环形缝隙阻抗匹配单元4.2的内圆圆心为天线同轴馈电探针6的馈电点6.1。
7.根据权利要求1、6所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述同轴馈电探针6通过接地板1垂直馈电于主辐射贴片的同轴馈电探针馈电点6.1。
8.根据权利要求1、4、6、7所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述接地板1、主辐射贴片4、寄生辐射贴片5、同轴馈电探针6的材料都为铜。
9.根据权利要求1、6、7所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述同轴馈电探针馈电点6.1与主辐射贴片上侧的距离为df，本发明通过优化同轴馈电探针馈电点6.1与辐射贴片上侧的距离df实现天线输入电阻的匹配。
10.根据权利要求1、6所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述环形缝隙阻抗匹配单元4.2的内圆半径rp和缝隙宽度dg，用于调节实现天线输入电抗的匹配。
11.根据权利要求1、6所述的阻抗易匹配的宽带圆极化UHF RFID读写器天线，其特征在于：所述环形缝隙阻抗匹配单元4.2只限于包含接地板1在内的三层微带天线结构。
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