一种用于RFID系统的定位天线技术方案

本发明专利技术提供了一种用于RFID系统的定位天线，包括天线板，所述天线板包括上表面的辐射面和下面的介质板，所述辐射面设有两个轴对称的天线阵子，两个所述天线阵子的中心间距为λ/2。相对于现有技术，本发明专利技术具有以下优势：实现了增益高、覆盖范围大、隔离度高、天线覆盖范围内无盲点的精确定位天线。

A positioning antenna for RFID system

The present invention provides a positioning antenna for a RFID system, including an antenna board. The antenna plate includes a radiation surface on the upper surface and a medium plate below. The radiation surface has two axisymmetric antenna positions, and the center spacing of the two antenna positions is [lambda]. Compared with the existing technology, the invention has the following advantages: high gain, large coverage, high isolation, and no blind spot in the coverage range of the antenna.

【技术实现步骤摘要】
一种用于RFID系统的定位天线
本专利技术涉及一种用于RFID系统的定位天线，它可用在无线射频识别(RFID)车道定位，电子标签定位等民用通信领域。
技术介绍
射频识别(RFID)技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，它是用电磁波进行自动识别技术的总称。超高频RFID作为一项先进的数据采集和自动识别技术，已经在生产制造、物流管理、公共安全等领域成功应用。超高频RFID标签具有体积小、成本低、形状多样化、寿命长、容量大、可重复使用等特点，能够支持快速读写、移动识别、非可视识别、多目标识别、跟踪及定位管理。基于超高频RFID技术的车道判别方法，利用布置于道路上的RFID阅读器读取贴在车辆上RFID标签的相关信息，获取车辆的车牌信息，并对车辆进行车道判别，从而获取道路上车辆信息，实现交通的实时管控。定位功能是超高频RFID的一项重要的衍生功能，RFID标签由于其较小的体积和低廉的价格，将于运用到车辆的车道定位和判别中，具有较大的实用价值和应用前景。根据测量的特征量值，可将RFID无线定位算法分为以下几种：1)基于接收信号强度(RSSI)。由于无线信号的传播有以下规律，接收端测得的信号强度越强，说明发送端距接收端距离越近，反之，接收端测得的信号强度越弱，则说明发送端距离越远，因此，基于信号强度衰减的方法可以测量收发距离。2)基于传播信号的到达入射角(AOA)。信号的到达入射角可由接收机天线阵列测得，采用相关算法可得到角度方位线的交点，即标签的位置。该方法只适用于视距传输的情况。3)基于传播信号的到达相位(POA)。在得到精确相位信息的基础上，可以计算出信号从发射到接收所经过的时间差，进而计算出发射端到接收端之间的距离。通过测量多个收发设备之间的距离，实现对标签进行定位。在交通环境下，对车辆进行车道的定位判别，由于基于接收信号强度的定位方法需要获取精确的信道模型，而交通环境比较复杂，信道环境随时变化，所以基于接收信号强度的定位方法会有较大的误差；而基于传播信号的到达入射角的定位方法需要采用阵列天线，布置成本较高。因此，采用基于传播信号的到达相位的定位方法(POA)对车辆进行车道判别，是一种较为可行的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种用于RFID系统的定位天线，以实现增益高、覆盖范围大、隔离度高、天线覆盖范围内无盲点的定位天线。本专利技术构思的原理为根据POA定位原理得到，如下：1.相位差测入射角由阅读器对电子标签发起正常的识别流程，由专用的接收定位器(包含天线+接收电路)对标签反射的信号进行解调和测量相位，通过计算相位差推算出标签偏离定位天线中轴线的角度θ。如图1所示，采取一个天线发送，两个不同天线分别接收的方式，那么电磁波的传播路程差等于标签到天线的距离差：体现到两个接收链路中，接收信号有相位差：Ф＝-2πfR/CΔФ＝-2πf(R1-R2)/CΔФ＝2πf*Lsinθ/CΔФ＝2πLsinθ/λΘ＝sin-1(ΔФ*λ/2πL)式中：λ是波长，L是距离。当来波方向在范围内，如果两个天线通道的间距L>λ/2，则由上面的公式计算得到的来波方向角不再是线性单调函数，而呈现多值性，如图2所示。无源UHFRFID，通常选用方向性较强的天线，假设读写器天线的读取区域在【-θm，θm】之间，为保证ΔФ不超过一个周期，L必须满足：L≦λ/2sinθm随着L的减小，ΔФ随位置的变化量也减小，会相应的增加因相位检测的误差所带来的AOA检测误差。为了监测天线正面的整个平面，也就是说θm＝π/2，那么L不能超过λ/2。当载波频率为915MHz时，Lmax＝λ/2＝0.164m。无源UHFRFID通常使用平板天线，体积较大，不能被放置的如此近。不过在实际使用中，长距离的读写器天线通常有较强的方向性，不能读取到如此大的角度范围，因此两个天线之间的距离可以增加一些。基于POA的RFID标签定位：一对天线可以检测标签的POA。通过多对天线的POA，做角度交叉和三角计算得到标签的位置，如图4所示，设两个天线对的中心所在位置为(XS1YS1)，(XS2YS2)，安装角度为(θS1，θS1)。两个天线对检测的POA为θ1，θ2。那么，标签的位置可有如下公式得到：为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种用于RFID系统的定位天线，包括天线板，所述天线板包括上表面的辐射面和下面的介质板，所述辐射面设有两个轴对称的天线阵子，两个所述天线阵子的中心间距为λ/2。进一步的，所述天线板的上方设置有引向器，下方设置有底壳，所述底壳采用铝合金底壳。进一步的，所述辐射面的天线区域采用微带天线的形式。进一步的，两个所述天线阵子的馈电分别采用一个馈电点，均通过连接馈线连接N型法兰接头分别进行馈电。进一步的，所述天线板的上方设有天线罩，天线罩底部与底壳配合安装，所述天线罩采用PVC天线罩相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：(1)实现了增益高、覆盖范围大、隔离度高、天线覆盖范围内无盲点的精确定位天线；(2)结构简单，容易实现。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为两通道天线测向图；图2为来波角度与间距D的关系图。图3为标签的三角定位图。图4为本专利技术实施例所述定位天线的俯视图；图5为本专利技术实施例所述定位天线的正视图；图6为本专利技术实施例端口1水平和垂直方向的辐射方向图；图7为本专利技术实施例端口2水平和垂直方向的辐射方向图。附图标记说明：1-引向器，2-微带天线，3-天线板，4-底壳，5-天线罩，6-支柱，7-第一端口，8-第二端口。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。一种用于RFID系统的定位天线，如图4、5所示，包括天线板3，所述天线板3包括上表面的铺铜辐射面和下面的介质板，如图1所示，本定位天线为水平线极化天线，所述铺铜辐射面设有两个轴对称的天线阵子，两个所述天线阵子的中心间距为λ/2，轴对称天线阵子的形式可以在计算天线相位的时候，保证收发天线本身没有相位差；天线中心间距选择λ/2，即保证了两个天线阵子的隔离度，天线阵子覆盖角度，又可以保证不会产生相位检测的误差。两个所述天线阵子的馈电分别采用一个馈电点，均通过连接馈线连接N型法兰接头分别馈电，N型法兰接头与底壳通过螺钉连接，接地点与天线后壳相连，这样形成了有效的信号传输。两个馈电点同时工作，第一端口7和第二端口8一个端口作为发射信号用，一个端口作为接收信号使用。如图6、7所示，为本定位天线第一端口7和第二端口8的辐射方向图，可以看出天线方向图也是轴对称的，减小定位计算的误差。所述天线板3的天线区域采用微带天线2的形式，材质为铜。所述连接馈线采用同轴线缆焊接的连接方式。所述天线板3的上方设置有引向器1，下方设置有底壳4，所述底壳4采用铝合金底壳，在底壳4的四个角设置天线的位置设有支柱6，用于对天线板3进行固定。所述介质板优选厚度为1.5mm的FR4板材，介电常数约为4.4。FR4板材的成本低，适用于频段不是很高的场合。所述天线板3的上方设有天线罩5，天线罩5底部与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于RFID系统的定位天线，其特征在于：包括天线板，所述天线板包括上表面的辐射面和下面的介质板，所述辐射面设有两个轴对称的天线阵子，两个所述天线阵子的中心间距为λ/2。

【技术特征摘要】
1.一种用于RFID系统的定位天线，其特征在于：包括天线板，所述天线板包括上表面的辐射面和下面的介质板，所述辐射面设有两个轴对称的天线阵子，两个所述天线阵子的中心间距为λ/2。2.根据权利要求1所述的一种用于RFID系统的定位天线，其特征在于：所述天线板的上方设置有引向器，下方设置有底壳，所述底壳采用铝合金底壳。3.根据权利要求1所述的一种用于RFID系统的定...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄珍，贾旭峰，
申请(专利权)人：天津中兴智联科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12