超高频宽带圆极化RFID阅读器天线

摘要

本发明公开了一种超高频宽带圆极化RFID阅读器天线，包括基底，所述基底为正方形，在基底的上表面打印有第一铜贴片，第一铜贴片为正方形环状结构，在第一铜贴片的四个顶角处，沿对角线方向向内分别延伸出四块尺寸相同的矩形第二铜贴片；在基底的下表面打印矩形第三铜贴片和倒L型第四铜贴片，第三铜贴片的一端位于基底的一侧边的中点，另一端连接第四铜贴片。本发明天线具有宽阻抗带宽，其-10dB阻抗带宽为772-1166MHz；天线具有宽轴比带宽，其最大增益方向的3dB轴比带宽为840-965MHz，可以覆盖美洲、欧洲、日本、中国、印度、韩国、新加坡、香港、台湾、澳大利亚的超高频RFID工作频段。

说明书

技术领域

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

背景技术 

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，可用于标识物品及跟踪，是一种非接触式的自动识别技术。由于探测距离长、阅读速度快和数据传输效率高的优点，RFID技术在超高频（UHF）频段的应用很多，而各个国家和地区的UHF频段都不相同，如中国的为840 ~ 845 MHz和920~ 925 MHz，欧州为866 ~ 869 MHz，澳大利亚为920 ~ 926 MHz, 新加坡的为866 ~ 869 MHz和869 ~ 925 MHz，美国的为902 ~ 928 MHz，日本的为952 ~ 955 MHz。

RFID阅读器天线作为RFID系统的重要组成部分，它的性能将极大地影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID阅读器天线的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、带宽、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、欧洲标准等标准中的一种，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，提供一种超高频宽带圆极化RFID阅读器天线。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种超高频宽带圆极化RFID阅读器天线，包括基底，所述基底为正方形，在基底的上表面打印有第一铜贴片，所述第一铜贴片为正方形环状结构，在第一铜贴片的四个顶角处，沿对角线方向向内分别延伸出四块尺寸相同的矩形第二铜贴片；在基底的下表面打印矩形第三铜贴片和倒L型第四铜贴片，所述第三铜贴片的一端位于基底的一侧边的中点，另一端连接第四铜贴片。当第二铜贴片的长度变长时，天线的谐振频率随之降低，工作带宽随之减小。

进一步地，所述第一铜贴片的内边长为80mm，第二铜贴片的长度为26.9mm；倒L型第四铜贴片沿第三铜贴片方向的长为20.9mm，宽为33.7mm，垂直于第三铜贴片方向的长为16.6mm，宽为13.3mm。

本发明的有益效果是：本发明的RFID天线尺寸为100mm×100mm×1.5mm，可用于RFID阅读器中。天线具有宽阻抗带宽，其-10 dB阻抗带宽为772-1166 MHz。天线具有宽轴比带宽，其最大增益方向的3dB轴比带宽为840-965 MHz ，可以覆盖美洲、欧洲、日本、中国、印度、韩国、新加坡、香港、台湾、澳大利亚的超高频RFID工作频段。

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为天线的阻抗带宽的仿真和测试结果图；

图4为天线最大增益方向轴比带宽的仿真和测试结果图；

图5为天线左旋圆极化增益的仿真和测试结果图；

图中，基底1、第一铜贴片2、第二铜贴片3、第三铜贴片4、第四铜贴片5。

具体实施方式 

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示，本发明一种超高频宽带圆极化RFID阅读器天线，包括基底1，所述基底1为正方形，在基底1的上表面打印有第一铜贴片2，所述第一铜贴片2为正方形环状结构，在第一铜贴片2的四个顶角处，沿对角线方向向内分别延伸出四块尺寸相同的矩形第二铜贴片3；在基底1的下表面打印矩形第三铜贴片4和倒L型第四铜贴片5，所述第三铜贴片4的一端位于基底1的一侧边的中点，另一端连接第四铜贴片5。当第二铜贴片的长度变长时，天线的谐振频率随之降低，工作带宽随之减小。

实施例

RFID阅读器天线尺寸为100mm×100mm×1.5mm；第一铜贴片2的内边长为80mm，第二铜贴片3的长度为26.9mm；倒L型第四铜贴片5沿50 Ω微带线第三铜贴片4方向的长为20.9mm，宽为33.7mm，垂直于第三铜贴片4方向的长为16.6mm，宽为13.3mm。

本发明的工作过程如下：本发明是一种槽天线。基底1上表面的无覆铜区构成一槽状辐射体。引入第二铜贴片3，可以大幅度增加无覆铜区的周长，从而降低槽天线的谐振频率，进而减小天线的尺寸。基底下表面的第三铜贴片4为一50 Ω微带线，第四铜贴片5为倒L型馈电结构。外接的50 Ω微带线的微带部分或50 Ω SMA接头的内导体从侧面连接第三铜贴片4。外接的50 Ω微带线的金属地部分或50 Ω SMA接头的外导体从侧面连接第一铜贴片2。射频信号经由外接的50 Ω微带线或50 Ω SMA接头馈送至第三铜贴片4。第三铜贴片4将信号进一步传输至第四铜贴片5。第四铜贴片5通过耦合馈电，将信号的能量馈送至基底上表面。能量在上表面的无覆铜区内产生谐振，向外辐射信号。由于第四铜贴片5为倒L型结构，能够产生两个方向相互垂直的电流，进而使得天线辐射场具有正交的电场分量。适当地调节第四铜贴片5两个臂的长和宽，可以使辐射的电场具有相同的振幅和90°相位差，从而产生圆极化辐射。

本发明的RFID阅读器天线的优点包括：

（1）成本低且尺寸最小。天线只采用FR4和铜两种天线加工最基础的材料。由于引入了第二铜贴片3，天线尺寸大幅度减小，整个天线尺寸为100mm×100mm×1.5mm，与其他可覆盖所有国家标准的圆极化RFID阅读器天线相比尺寸较小。

（2）因为槽的尺寸较传统细槽天线尺寸而言较大，天线的带宽比传统的细槽天线宽，工作频段能够同时满足所有超高频RFID频段。

（3）840.5-955MHz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，左旋圆极化增益大于2.2 dBic。

该天线的测试输入阻抗如图3所示，所测得阻抗在772-1166MHz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840-955MHz时，轴比均小于3dB。天线左旋圆极化增益如图5所示，在840-955MHz时，左旋圆极化增益均大于2.2 dBic。

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。