一種低剖面寬帶超高頻射頻識別天線的製作方法

2023-05-01 06:06:56 1

本發明屬於射頻識別技術領域，尤其涉及一種應用於超高頻射頻識別系統的低剖面寬帶線極化天線。

背景技術：

射頻識別(RFID)技術無線識別和跟蹤能力起源於第二次世界大戰。近年來，射頻識別技術受到了越來越多的關注，並被應用到各個行業中如物流、零售、工業生產等。一個完整的射頻識別系統有標籤，閱讀器，再加一個計算機控制終端構成。標籤進入磁場後，接收的閱讀器發射一個特定頻率的射頻信號，給標籤也即是應答器，用以驅動應答器電路將內部的數據送出，此時，閱讀器依次接收解讀數據。這也是一種典型的雷達工作方式，之間能量的傳輸大致分為感應耦合和後巷散射耦合兩種。射頻前段頻段，800/900MHz頻段RFID技術使用頻率840-845MHz和920-925MHz，CDMA下行頻率，878-880MHz，GSM頻段909-915,954-960MHz。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種低剖面寬帶超高頻射頻識別天線，旨在解決天線剖面高，體積大，帶寬窄，結構複雜的問題，剖面高，體積大不利於安裝；作為射頻識別領域的天線，帶寬窄，不能使用單一天線識別整個射頻識別頻段內的標籤；天線結構複雜造成，不利於加工，導致加工誤差與仿真不符，實測與仿真有偏差等問題。

本發明是這樣實現的，一種低剖面寬帶超高頻射頻識別天線，設置有金屬接地板，金屬輻射板和SMA接頭，所述SMA接頭設置在旋轉г型金屬帶下方的金屬地板上，SMA接頭位於金屬輻射板在金屬地板上的投影的內部；所述金屬輻射板在邊緣處開設有矩形槽，旋轉г型金屬帶位於矩形槽中央，所述旋轉г型金屬帶一端與SMA接頭連接。

進一步，所述金屬輻射板寬邊的中間部位靠近饋線一側開設有矩形槽。

進一步，所述金屬接地板上開設有四個圓孔，放置支撐金屬輻射板的四個介質柱，矩形槽下方開設兩個圓孔，放置支撐金屬帶介質柱和SMA接頭外芯。

進一步，所述旋轉г型金屬帶包括水平金屬條帶、垂直金屬條帶、水平長金屬條帶；水平金屬條帶上開圓孔供SMA接頭內芯進行饋電，水平長金屬條帶上有兩個方片通孔的正方形的方片；水平金屬條帶末端與SMA接頭連接。

進一步，所述水平金屬條帶、垂直金屬條帶和水平長金屬條帶構成有兩個90度拐角右旋90度的旋轉г型金屬帶。

進一步，所述旋轉г型金屬帶靠近輻射貼片的矩形槽的邊緣，與正上方的U型金屬輻射板進行耦合饋電。

本發明的另一目的在於提供一種低剖面寬帶射頻識別天線的超高頻讀寫器。

本發明提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線，可用於超高頻讀寫器中，VSWR<1.5，帶寬為0.82-0.97GHz覆蓋整個超高頻射頻識別系統，VSWR<2，帶寬為0.77-0.99GHz。本發明具有超寬的帶寬，良好的輻射方向圖，較低的剖面高度，顯著提高系統的性能，其結構簡單，易於製造。

與現有的技術相比，本發明結構簡單，容易加工，且能實現天線剖面高度降低到大約0.08λ，寬帶化；採用了矩形金屬輻射片，並在邊側開槽的技術，使得整個天線的阻抗匹配很好，在S11小於-15dB，依然能達到很寬的線極化帶寬；本發明結構簡單，相比於陳志寧教授在MTT期刊發表的一種普遍的超高頻射頻識別閱讀器天線，地板250mm×250mm，高度35mm，具有體積小，高度低的特點；本發明採用了旋轉90度г型彎折金屬帶作為饋線，空氣介質，對上述開有矩形槽的金屬輻射板縫隙兩邊進行耦合饋電，相比於已有的超高頻具有更寬的帶寬。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線結構示意圖。

圖2是本發明實施例提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線側視圖。

圖3是本發明實施例提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線主視圖。

圖4是本發明實施例提供的旋轉90度г型彎折金屬帶的平面結構圖。

圖5是本發明實施例提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線的回波損耗曲線圖。

圖6是本發明實施例提供的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線的駐波曲線圖。

圖7是本發明實施例提供的在0.90GHz時的主極化和交叉極化的方向圖。

圖8是本發明實施例提供的在主輻射方向上的增益隨頻率變化的曲線圖。

圖9是本發明實施例提供的在0.90GHz時的主極化和交叉極化的方向圖。

圖中：1、金屬接地板；1-1、大介質柱通孔；1-2、小介質柱通孔；1-3、SMA接頭通孔；2、金屬輻射板；2-1、矩形槽；2-2、通孔；3、旋轉г型金屬帶；3-1、水平金屬條帶；3-1-1、SMA接頭外徑通孔；3-2、垂直金屬條帶；3-3、水平長金屬條帶；3-3-1、方片；3-3-2、方片通孔；4、SMA接頭；4-1、SMA接頭內芯；5、介質柱；5-1、支撐金屬帶介質柱；5-2、支撐金屬輻射板介質柱。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

下面結合附圖對本發明的結構作詳細的描述。

如圖1，2，3所示，本發明實施例的低剖面寬帶超高頻射頻識別天線包括金屬接地板1、金屬輻射板2、旋轉г型金屬帶3、SMA接頭4、6個介質柱5。

支撐金屬帶的兩個支撐金屬帶介質柱5-1，支撐金屬輻射板的四個支撐金屬輻射板介質柱5-2，金屬輻射板2放置在金屬接地板1的正上方，靠四個支撐金屬輻射板介質柱5-2支撐，SMA接頭4設置在金屬接地板1的一側，SMA接頭4位於金屬輻射板2在金屬接地板1投影的內部；所述金屬輻射板2在邊緣處開設有一個大的矩形槽2-1，旋轉г型金屬帶3恰好完全暴露在大的矩形槽中央，所述的金屬條帶3一端與SMA接頭4連接；在接地板上開設有四個大介質柱通孔1-1，放置支撐貼片支撐金屬輻射板介質柱5-2，矩形槽下方開設兩個小介質柱通孔1-2，放置支撐金屬帶的支撐金屬帶介質柱5-1，開設另外一個SMA接頭通孔1-3放置SMA接頭4。

如圖4所示，所述的金屬帶有一個水平金屬條帶3-1和垂直金屬條帶3-2，再連接一個水平長金屬條帶3-3構成，長金屬條帶3-3上有兩個帶有方片通孔3-3-2的方形的方片3-3-1，便於兩個支撐金屬帶介質柱5-1能支撐水平長金屬條帶，以免彎曲；水平金屬條帶3-1，垂直金屬條帶3-2，水平長金屬條帶3-3，構成一個有兩個90度拐角的右旋90度旋轉г型金屬帶3。所述旋轉г型金屬帶3靠近輻射貼片的矩形槽的邊緣，與正上方的U型的金屬輻射板2進行耦合饋電，水平金屬條帶3-1末端與SMA接頭4連接。

在本發明的實施例中：

金屬接地板1採用純金屬鋁板，長度為200毫米，寬度為200毫米，厚度為2毫米，表面做抗氧化處理。金屬輻射板2採用純金屬鋁板，距離金屬接地板1寬邊為55毫米，長度為119毫米，寬度為140毫米，厚度為1.5毫米，在金屬輻射板2的四個直角處，對稱的打上四個通孔，對應的在金屬接地板1上也打上四個通孔，用介質柱支撐，介質柱距金屬輻射板2寬邊(Y方向)16.5毫米，距離金屬輻射板2長邊(X方向)10毫米，高度為33毫米，半徑為3毫米，上下穿出金屬接地板1和金屬輻射板2，中間空氣層厚度為29.5毫米。在金屬輻射板2寬邊中心位置，開一個矩形槽，槽寬35毫米，槽長95毫米，高度1.5毫米。

在距離金屬接地板1寬邊57.8毫米處，焊接SMA接頭4，SMA接頭內芯焊接一個旋轉г型金屬帶3，材質選擇銅片，寬度為3.5毫米，厚度為0.2毫米，總長度為83毫米，兩次彎折90度。SMA內芯伸出接地板2毫米處，內芯焊接在上述短的水平金屬銅片，距離金屬輻射板2寬邊投影位置4毫米起點，在金屬輻射板2寬邊投影位置向上彎折90度，垂直方向金屬銅片高度為23毫米，在高度23毫米處，繼續向左側(彎折方向同側)彎折90度，水平金屬銅片長度為56毫米，在距離第二個彎折點20毫米和45毫米處有一個帶有圓孔的正方形金屬銅片，正方形的邊長為7毫米，通孔的半徑為2毫米，同時在金屬地板1對應位置也要打上兩個同半徑的圓孔，安放介質柱，介質柱高度為27毫米。最後在四周及頂部安放上介電常數為3.03，長200毫米，寬200毫米，高34毫米的，介質罩。完成本發明的應用於射頻識別系統的寬帶低剖面線極化天線的製作。

下面結合仿真對本發明的應用效果作詳細的描述。

1、仿真內容

利用高頻仿真軟體對上述實施例低剖面寬帶超高頻射頻識別天線的回波損耗，駐波，遠場方向圖，增益等進行仿真測試。

2、仿真結果

圖4是本發明天線的回波損耗曲線圖。通過圖5可以看出，本發明天線的VSWR<1.5，阻抗帶寬為150MHz，(820MHz-970MHz)，可以覆蓋整個射頻識別系統頻段(860MHz-960MHz)。

圖5是本發明天線的反射係數天線的S11<-15dB，阻抗帶寬為820MHz-960MHz。

圖6，圖7分別是本發明在900MHz時，Phi＝0deg，Phi＝90deg時的主極化和交叉極化的方向圖。

圖8是本發明在主輻射方向上的增益隨頻率變化的曲線圖。通關過圖8可以看出本發明天線在整個射頻識別波段增益基本都在8.0dBi附近波動。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。