一種基於正交縫隙技術的RFID閱讀器天線的製作方法

2023-12-12 22:22:07 1

本發明涉及一種可重構雙頻圓極化天線，具體涉及一種基於正交縫隙技術的rfid閱讀器天線。

背景技術：

近年來，rfid技術發展的越來越快，逐漸應用於倉庫管理和零售系統等。uhf(超高頻0.9ghz)和wlan(無線城域網2.45ghz)頻段的rfid(射頻識別)系統由於具有探測距離遠、閱讀速度快和數據傳輸速率高等優點，在很多實際應用中展現優勢。各個國家分配的uhf頻段並不統一，因此天線需要覆蓋0.84-0.96ghz的通用uhf頻段。典型的rfid系統有閱讀器天線和標籤天線組成，其中標籤天線通常是線極化的。由於標籤天線的極化具有隨意性，因此要求閱讀器天線具有圓極化特性從而避免閱讀器天線和標籤天線之間嚴重的極化失配。

目前設計rfid圓極化閱讀器天線的挑戰在於保持小尺寸的同時覆蓋通用uhf頻段(0.84-0.96ghz)和wlan頻段(2.4-2.48ghz)。常見的圓極化技術有以下幾種：對輻射貼片切角，在方形縫隙中引入微擾單元，交叉偶極子天線，採用90°相位差的饋電網絡等。然而這些方法具有尺寸大和帶寬窄的缺點。縫隙天線具有結構簡單、低剖面、易於阻抗匹配、帶寬款和高輻射效率。因此利用縫隙設計圓極化天線可以在達到寬帶的同時保持小的尺寸。

技術實現要素：

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供一種基於正交縫隙技術的rfid閱讀器天線，該閱讀器天線具有寬頻帶、小尺寸、製作容易、工作頻段可重構等優點。

本發明採用如下技術方案：

一種基於正交縫隙技術的rfid閱讀器天線，包括介質基板，所述介質基板背面印製z形饋線，所述介質基板正面印刷第一、第二、第三、第四及第五縫隙，所述第一縫隙、第二縫隙及第五縫隙均關於介質基板對角線對稱，所述第三縫隙與第四縫隙關於介質基板對角線對稱；

還包括三隻pin二極體，分別設置在第二縫隙的起始段、中間段及結尾段，所述三隻pin二極體的工作狀態相同。

所述第一縫隙由兩個l型分支構成，所述兩個l型分支的長邊正交連接，且關於介質基板的對角線對稱，所述兩個l型分支的短邊均設有開口。

所述第二縫隙由兩個正交的l型分支構成，所述第二縫隙位於第一縫隙的兩個l型分支圍成的區域內。

所述第三及第四縫隙均為矩形。

所述第五縫隙由兩個相互正交的矩形分支構成。

位於第二縫隙中間段的pin二極體，具體設置在z形饋線中頂端分支相對應的介質基板正面的位置上。

本發明的有益效果：

(1)與已有應用rfid圓極化閱讀器天線設計相比較，本發明提出的彎折、開口、正交縫隙可以有效地縮減天線的尺寸；

(2)本發明中通過蝕刻關於天線對角線對稱的縫隙有效增加圓極化帶寬，得以覆蓋通用uhf頻段(0.84-0.96ghz)和wlan頻段(2.4-2.48ghz)；

(3)本發明中兩個工作頻段可以獨立調節，不會互相影響；

(4)本發明中可以通過控制3個pin二極體的狀態，切換工作頻段。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明實施例的尺寸示意圖；

圖3為圖1中天線安裝後實施實例仿真的回波損耗圖；

圖4為圖1中天線安裝後實施實例仿真的軸比圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。

實施例

如圖1及圖2所示，一種基於正交縫隙技術的rfid閱讀器天線，包括介質基板，所述介質基板背面印製z形饋線6，所述介質基板8正面印刷第一、第二、第三、第四及第五縫隙1、2、3、4、5，所述第一縫隙1、第二縫隙2及第五縫隙5均關於介質基板對角線對稱，所述第三縫隙3與第四縫隙4關於介質基板對角線對稱，所述介質基板對角線為同一條，本實施例中介質基板對角線為介質基板中與水平面正方向夾角為鈍角的對角線，有效增加了天線圓極化帶寬。

還包括三隻pin二極體，分別設置在第二縫隙的起始段7a、中間段7b及結尾段7c，所述三隻pin二極體的工作狀態相同，同時為閉合或同時開路，分別對應uhf頻段和wlan頻段工作模式，從而對達到工作頻段的可重構。

所述第一縫隙1由兩個l型分支構成，所述兩個l型分支的長邊正交連接，且關於介質基板的對角線對稱，所述兩個l型分支的短邊均設有開口。

所述第二縫隙2由兩個正交的l型分支構成，所述第二縫隙位於第一縫隙的兩個l型分支圍成的區域內，所述第二縫隙的兩個l型分支的兩條邊垂直連接形成類似m形結構，所述m形結構中相鄰邊夾角為90度，所述三隻pin二極體分別位於第二縫隙的起始段、中間段及結尾段，所述起始段為水平方向，所述結尾段為豎直方向，第二縫隙關於介質基板對角線對稱。

所述第三縫隙4及第四縫隙3均為矩形，兩個縫隙關於介質基板對角線對稱，第三縫隙為水平方向設置，與介質基板左側邊緣連接，所述第四縫隙為豎直方向設置，與介質基板上側邊緣連接。

所述第五縫隙由兩個相互正交的矩形分支構成，所述第五縫隙位於介質基板對角線的尾部。

所述z形饋線6由三個依次垂直的分支構成，其頂端分支相對應的介質基板正面位置與第二縫隙中間段的重合處設置pin二極體，從而產生寬帶的圓極化帶寬和阻抗帶寬，本實施例中頂端分支為水平方向設置。

本發明的技術方案實現過程如下：

首先是實現覆蓋通用uhf頻段的圓極化特性。在介質基板正面印刷一個開口、彎折、正交的第一縫隙，形成uhf頻段圓極化輻射的主體，在介質基板背面印刷z形饋線，饋線經過第一縫隙中心附近，在第一縫隙正交的兩臂上的電流形成90°相位差，從而實現圓極化。然後在介質基板正面印刷關於天線對角線對稱並正交的第三縫隙、第四縫隙及第五縫隙，使圓極化帶寬覆蓋通用uhf頻段。

其次是實現wlan頻段的圓極化特性，印刷一個開口、彎折、正交的第二縫隙，成wlan頻段圓極化輻射的主體，使z形饋線經過第二縫隙中心附近，從而在wlan頻段實現圓極化特性。

最後實現工作頻段的可重構。在介質基板正面的三個pin二極體分別位於第二縫隙的兩端和微帶線上方，三個pin二極體的狀態同時為閉合或同時開路，分別對應uhf頻段和wlan頻段工作模式，從而對達到工作頻段的可重構。

為了驗證本方案的有效性，下面給出具體實例進行說明。

在本實例中，選用相對介電常數為4.4，損耗角正切為0.02，厚度為0.8mm的fr4介質基板，介質基板的平面尺寸為l×l，其中l＝98mm。第一縫隙的頂點到基板左邊的距離為l1＝59mm，第三和第四縫隙的長度為l2＝43.5mm，第五縫隙的一邊長度為l3＝42mm。第一縫隙的最寬為w1＝11mm，第二、第三和第四縫隙的寬度分別為w2＝5mm，w3＝8mm，w4＝10mm。在實際實施中，用50歐姆的同軸線直接饋電，同軸線的內導體與微帶饋線相連接，外導體與輻射貼片相連接。

以上述圖2所示尺寸製作的rfid閱讀器天線仿真的回波損耗和軸比結果分別如圖3和圖4。由圖可知，該rfid閱讀器天線在0.75-1.1ghz和2.36-2.7ghz內，回波損耗小於-10db，軸比小於3db，覆蓋了通用uhf頻段(0.84-0.96ghz)和wlan頻段(2.4-2.48ghz)。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。