紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线制造技术

本发明专利技术公开了一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，包括第一层主辐射结构、第二层寄生辐射结构和接地层结构；第一层主辐射结构包括第一介质基底，在第一介质基底的上表面刻蚀着已修改的半E型金属贴片，半E型贴片上刻蚀着椭圆槽和切角；第二层寄生辐射结构包括第二介质基底，在第二介质基底的上方刻蚀一个被切去两个同样大小的角的寄生金属贴片；接地层结构包括四个垂直金属板和接地板。本发明专利技术将已修改的半E型金属贴片作为主要辐射结构，其能够产生圆极化辐射，并具有较宽的阻抗带宽，四个垂直金属板有助于减小天线的整体尺寸，寄生辐射结构能进一步增强天线的圆极化带宽和阻抗带宽，相比于其他天线具有尺寸小的特点，适合于较小空间环境。

Compact single-feed broadband circularly polarized RFID reader antenna

The invention discloses a compact single-feed broadband circularly polarized RFID reader antenna, which includes the first main radiation structure, the second parasitic radiation structure and the grounding layer structure; the first main radiation structure includes the first dielectric substrate, which is etched with modified semi-E metal patches on the upper surface of the first dielectric substrate, and elliptical grooves and cutting angles on the semi-E patches; and the second parasitic radiation structure. The radiation structure consists of a second dielectric substrate, which is etched with a parasitic metal patch cut off from two angles of the same size. The grounding layer structure consists of four vertical metal plates and a contact floor. The modified semi-E metal patch is used as the main radiation structure. It can generate circular polarization radiation and has a wide impedance bandwidth. Four vertical metal plates help to reduce the overall size of the antenna. The parasitic radiation structure can further enhance the circular polarization bandwidth and impedance bandwidth of the antenna. Compared with other antennas, the modified semi-E metal patch has small size and is suitable for smaller space environment. \u3002

【技术实现步骤摘要】
紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线
本专利技术属于圆极化天线的
，涉及一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线。
技术介绍
近年来随着物联网行业的快速崛起和发展，射频识别技术(RFID)在很多各式领域中被应用到，比如无线收银系统，物体跟踪及汽车安全等领域。天线作为RFID系统中重要的组成部分，长期以来都是人们研究的热点。对于近距离RFID系统，经常采用高频近场RFID系统，如小于10cm的13.56MHzRFID系统，这种往往把RFID阅读器和天线集合在一起。对于需要远距离的工作的RFID系统,采用的是工作在UHF频段或是微波频段的RFID系统。目前远距离工作的频段最为广泛应用的是UHF频段RFID系统，天线和读写器常采取分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆将读写器和天线连接在一起。RFID系统由于结构、安装和使用环境等变化多样，并且读写器产品朝着小型化甚至超小型化发展，使得阅读器天线的设计面临新的挑战。RFID标签的摆放方向在实际应用中是任意的，并且标签天线通常是线极化的，需要圆极化辐射的阅读器天线来保证阅读器与标签之间通信的可靠性。此外，在大部分实际情况下，对阅读器天线有更高的需求，比如较宽的阻抗带宽、轴比带宽，高的天线增益及定向的稳定对称的方向图等等。圆极化微带天线由于结构紧凑，低剖面，易于集成的优点，经常被设计作为RFID阅读器天线。目前国内外研究者对于圆极化RFID贴片天线做了许多研究，但是在已有的文献中对于单馈的RFID圆极化阅读器天线体积都比较大，这主要是因为采用层叠式辐射贴片的方式或是加载匹配枝节去增强带宽。小尺寸的单馈圆极化RFID天线工作带宽都比较窄，从而降低了RFID系统的使用范围。若阅读器天线要在小尺寸的条件下拥有较宽的圆极化带宽，天线需要引入额外的功分器或是耦合器，即采用双馈或是多馈的馈电方式。这样会增加天线系统的复杂度，同时也会增加天线的损耗，降低天线辐射效率和增益。因此，急需设计一款紧凑型，采用单馈方式并且具有一定圆极化带宽的RFID阅读器天线，以满足目前商业和工业需要。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，在保持尺寸较小，结构紧凑的条件下，天线具有较大的阻抗、圆极化带宽和较高的圆极化天线增益。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，包括三层结构，所述三层结构分别为第一层主辐射结构、第二层寄生辐射结构和接地层结构；所述主辐射结构包括第一介质基底，在第一介质基底的上表面刻蚀着已修改的半E型金属贴片，所述已修改的半E型金属贴片是在半E型金属贴片的中心刻蚀出椭圆形槽，在其中一个角的位置设置切角，并在半E型金属贴片加入一段枝节，使其所形成的贴片天线产生圆极化辐射；所述第二层寄生辐射结构包括第二介质基底，在第二介质基底的上方刻蚀一个被切去两个同样大小的角的寄生金属贴片；所述接地层结构包括四个垂直金属板和接地板，所述四个垂直金属板是旋转对称的，并且设置在接地板的四周，所述垂直金属板和接地板连接，构成一个带有四个缺口的金属腔体；所述接地板的底部设有馈电端口，所述馈电端口处设有SMA射频接头和SMA馈电探针；所述第二层寄生辐射结构的下方设有天线地，所述SMA射频接头与天线地焊接在一起，SMA馈电探针穿过第二层寄生辐射结构直接给已修改的半E型金属贴片馈电；所述第二层寄生辐射结构的正方形金属贴片刻蚀出一个圆形槽，用于切断SMA馈电探针和寄生金属贴片接触，通过寄生金属贴片与已修改的半E型金属贴片之间的相互耦合来产生第二层寄生辐射结构的激励。作为优选的技术方案，所述第一介质基底为正方形基底，基底边长为140mm。作为优选的技术方案，所述已修改的半E型金属贴片的长边为125mm，宽边为110mm；所述椭圆形槽的长轴为27mm，短轴为18.9mm；所述切角的长度为27mm。作为优选的技术方案，所述寄生金属贴片为缺角正方形贴片。作为优选的技术方案，所述的缺角正方形贴片长度为122mm，切角长度为30mm。作为优选的技术方案，所述天线接地板的形状为正方形，边长为150mm。作为优选的技术方案，所述第一层主辐射结构高度为1mm；所述第二层寄生辐射结构的高度为1mm；所述第一层主辐射结构和第二层寄生辐射结构的距离为8mm；所述第二层寄生辐射结构与地面的距离为15mm。作为优选的技术方案，还包括用于固定第一层主辐射结构、第二层寄生辐射结构以及接地层结构的尼龙柱，所述尼龙柱安装各层结构的四周。作为优选的技术方案，所述第一介质基底选用介电常数为4.4的FR4介质基板，厚度为1mm。作为优选的技术方案，所述第二介质基底选用介电常数为4.4的FR4介质基板，厚度为1mm。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术的紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线将已修改的半E型贴片作为主辐射贴片，其自身能够产生圆极化辐射，并且具有较宽的阻抗带宽，相比于其他贴片天线本身具有贴片尺寸小的特点，适合于较小空间环境。2、本专利技术的紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线采用接地板四周加载旋转垂直金属板与已修改的半E型金属贴片组合，有效降低了原来的已修改的半E型贴片天线的工作频率，相当于有效的降低了天线的物理尺寸。因此，本专利技术可在不增加天线的尺寸条件下，使得天线能够工作在相应的低频段的RFID频段内，满足更多RFID系统工作。3、本专利技术的紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线在改善圆极化辐射性能中，在已修改的半E型金属贴片上加载椭圆型槽和切角，从而改变半E型金属贴片上的电流扰动，调整空间上正交电流的幅度和相位，以提高圆极化辐射纯度和阻抗带宽。4、本专利技术为了能够更进一步展宽天线的圆极化带宽，在主辐射贴片下方设置近场寄生辐射贴片，从而激励起另外一个新的圆极化模式，在不增加天线的高度情况下，增大了天线的阻抗带宽和圆极化带宽。5、本专利技术的天线具有宽工作带宽、结构紧凑、低剖面、制作材料作成本低以及加工和装配工序较少的特点，具有很强的实用价值。附图说明图1是本专利技术紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线的立体结构示意图；图2是图1所示紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线的俯视图；图3是图1所示紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线的侧视图；图4是图1所示紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线的第二层寄生辐射结构的示意图；图5是不加载近场寄生贴片的单馈圆极化贴片天线1；图6(a)是图1所示紧凑型单馈圆极化贴片天线(天线II)与不加载寄生贴片的圆极化贴片天线(天线I)进行对比的仿真反射系数曲线图；图6(b)是图1所示紧凑型单馈圆极化贴片天线(天线II)仿真和测试的反射系数曲线图；图7(a)是图1所示紧凑型单馈圆极化贴片天线(天线II)与不加载寄生贴片的圆极化贴片天线(天线I)进行对比的仿真的轴比系数曲线图；图7(b)是图1所示紧凑型单馈圆极化贴片天线(天线II)仿真和测试的轴比曲线图；图8是图1所示紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线II的仿真和测试的增益曲线图；图9(a)和图9(b)是图1所示紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线在920MHZ不同平面的仿真和测试辐射方向图；图10(a)和图10(b本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，其特征在于，包括三层结构，所述三层结构分别为第一层主辐射结构、第二层寄生辐射结构和接地层结构；所述主辐射结构包括第一介质基底，在第一介质基底的上表面刻蚀着已修改的半E型金属贴片，所述已修改的半E型金属贴片是在半E型金属贴片的中心刻蚀出椭圆形槽，在其中一个角的位置设置切角，并在半E型金属贴片加入一段枝节，使其所形成的贴片天线产生圆极化辐射；所述第二层寄生辐射结构包括第二介质基底，在第二介质基底的上方刻蚀一个被切去两个同样大小的角的寄生金属贴片；所述接地层结构包括四个垂直金属板和接地板，所述四个垂直金属板是旋转对称的，并且设置在接地板的四周，所述垂直金属板和接地板连接，构成一个带有四个缺口的金属腔体；所述接地板的底部设有馈电端口，所述馈电端口处设有SMA射频接头和SMA馈电探针；所述第二层寄生辐射结构的下方设有天线地，所述SMA射频接头与天线地焊接在一起，SMA馈电探针穿过第二层寄生辐射结构直接给已修改的半E型金属贴片馈电；所述第二层寄生辐射结构的正方形金属贴片刻蚀出一个圆形槽，用于切断SMA馈电探针和寄生金属贴片接触，通过寄生金属贴片与已修改的半E型金属贴片之间的相互耦合来产生第二层寄生辐射结构的激励。...

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，其特征在于，包括三层结构，所述三层结构分别为第一层主辐射结构、第二层寄生辐射结构和接地层结构；所述主辐射结构包括第一介质基底，在第一介质基底的上表面刻蚀着已修改的半E型金属贴片，所述已修改的半E型金属贴片是在半E型金属贴片的中心刻蚀出椭圆形槽，在其中一个角的位置设置切角，并在半E型金属贴片加入一段枝节，使其所形成的贴片天线产生圆极化辐射；所述第二层寄生辐射结构包括第二介质基底，在第二介质基底的上方刻蚀一个被切去两个同样大小的角的寄生金属贴片；所述接地层结构包括四个垂直金属板和接地板，所述四个垂直金属板是旋转对称的，并且设置在接地板的四周，所述垂直金属板和接地板连接，构成一个带有四个缺口的金属腔体；所述接地板的底部设有馈电端口，所述馈电端口处设有SMA射频接头和SMA馈电探针；所述第二层寄生辐射结构的下方设有天线地，所述SMA射频接头与天线地焊接在一起，SMA馈电探针穿过第二层寄生辐射结构直接给已修改的半E型金属贴片馈电；所述第二层寄生辐射结构的正方形金属贴片刻蚀出一个圆形槽，用于切断SMA馈电探针和寄生金属贴片接触，通过寄生金属贴片与已修改的半E型金属贴片之间的相互耦合来产生第二层寄生辐射结构的激励。2.根据权利要求1所述紧凑型单馈宽带圆极化RFID阅读器天线，其特征在于，所述第一介质基底为正方形基底，基底边长为140mm。3.根据权利要求1所述紧凑型单馈宽带圆极化RFI...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，李俊龙，罗淼辉，薛富林，刘辉，张祎明，林小康，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东,44