一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，包括上层辐射结构、中间耦合馈电层、下层结构以及金属腔体，所述金属反射腔体设置在天线的下层结构，且围绕所述三层结构的四周；所述上层辐射结构为天线的辐射结构，所述上层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正方形环形金属贴片，所述中间耦合馈电层包括第二介质基底和长方形金属贴片；所述下层结构包括天线接地板、加载匹配枝节的3dB耦合器、以及第三介质基底。本实用新型专利技术采用正方形环形状辐射贴片，有效的延长了射频电流路径，在保证天线的一定的辐射口径的条件下，减小了天线尺寸。本实用新型专利技术在保证天线应有的高增益，宽带宽的性能条件下，天线尺寸得到了降低，使天线适合于较小空间的RFID系统中。

A Compact Broadband Circularly Polarized Back Cavity RFID Reader Antenna

The utility model discloses a compact broadband circularly polarized back-cavity RFID reader antenna, which comprises an upper radiation structure, an intermediate coupling feed layer, a lower structure and a metal cavity. The metal reflection cavity is arranged in the lower structure of the antenna and surrounds the three-layer structure. The upper radiation structure is the radiation structure of the antenna, and the upper radiation structure includes the first one. A dielectric substrate is etched with a square ring metal patch on the upper surface of the first dielectric substrate. The intermediate coupling feeding layer comprises a second dielectric substrate and a rectangular metal patch. The lower layer structure includes an antenna grounding plate, a 3dB coupler loaded with matching branches, and a third dielectric substrate. The utility model adopts a square ring shape radiation patch, effectively prolongs the radio frequency current path, and reduces the size of the antenna under the condition of ensuring a certain radiation aperture of the antenna. The antenna size of the utility model is reduced under the condition that the antenna should have high gain and wide bandwidth performance, so that the antenna is suitable for the RFID system in smaller space.

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线
本技术属于天线的
，特别涉及一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线。
技术介绍
射频识别即RFID(RadioFrequencyIdentification)技术是一项非接触式自动识别技术，也是一项无线通信技术。它得到所要数据的途径是利用射频信号去识别目标对象的。它主要有两个重要的部分，一个是读写器，另一个则是标签。一般RFID系统操作频段为低频段(LF),高频段(HF)，超高频(UHF)以及微波频段。然而当前工作于超高频段的RFID系统由于其更快的识别速度、更大的数据量、以及更远阅读距离获得了极大的关注。RFID系统在我们的生活中运用非常广泛，比如物体跟踪、物流管理、以及电子支付等等。不同的国家和地区，对于运用在射频识别的超高频(UHF)频段都有各自明确的规定：中国的为840～845MHz和920～925MHz，欧州为866～869MHz，澳大利亚为920～926MHz,新加坡的为866～869MHz和869～925MHz，美国的为902～928MHz，日本的为952～955MHz。天线作为一种电磁波发射或接收的设备，是RFID系统的重要组成部分。它对RFID系统的读取性能有很大的影响。因此，天线的设计是整个RFID系统设计中至关重要的设计环节。由于标签天线一般为线极化天线，并且标签的位置摆放也是任意的，所以阅读器天线一般要求设计为圆极化天线。性能好的RFID阅读器天线将极大的提高整个RFID系统的效率和质量。除了天线的极化，影响RFID阅读器天线的主要因素还包括天线的尺寸、工作频段、带宽、阻抗及增益。大多数现有的圆极化超高频RFID阅读器天线存在许多的缺点：第一、许多的阅读器天线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。第二、为了实现小型化，现有的RFID圆极化阅读器天线圆极化带宽较窄，没有覆盖全球所有的超高频RFID频段，这使得RFID系统的使用得到了限制。第三、为了拓展RFID圆极化带宽，天线的尺寸往往比较大，天线的高度较高。第四、目前许多RFID圆极化天线只有单一极化。因此设计一款小型、紧凑，性能较好、能够覆盖全球所有的RFID频段的双极化阅读器天线，具有很强的商业价值。
技术实现思路
本技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，在保证天线应有的高增益，宽带宽的性能条件下，天线尺寸得到了降低。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案：本技术的一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，包括三层结构以及金属反射腔体，所述三层结构包括上层辐射结构、中间耦合馈电层、以及下层结构，所述金属反射腔体设置在天线的下层结构，且围绕所述三层结构的四周；所述上层辐射结构为天线的辐射结构，所述上层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正方形环形金属贴片，所述正方形环形金属贴片的中间刻蚀较大的正方形缝隙；所述中间耦合馈电层包括第二介质基底和长方形金属贴片，所述第二介质基底的上方刻蚀两个大小相同且相互正交的长方形金属贴片；两个大小相同的长方形金属贴片作为上层辐射结构的激励；所述中间耦合馈电层和上层辐射结构之间具有设定高度的空隙；所述下层结构包括天线接地板、3dB耦合器、以及第三介质基底，所述天线接地板位于下层介质基底的上方，所述3dB耦合器由微带枝节构成，3dB耦合器连接有第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第一输出端口和第二输出端口通过金属探针直接和中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片进行焊接；所述第一输出端口和第二输出端口输出的射频电流相位相差90度，经过中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片耦合到上层辐射结构，激励天线产生圆极化辐射。作为优选的技术方案，所述第一介质基底为正方形基底。作为优选的技术方案，所述正方形环形金属贴片，外边长为113mm，内边长为42mm；每个长方形金属贴片长度为45mm，宽边为10mm；所述天线接地板为正方形金属贴片，边长为150mm，宽为150mm。作为优选的技术方案，上层辐射结构与中间耦合馈电层的距离为3mm；所述中间耦合馈电层与下层结构的距离为17mm；所述上层辐射结构高度为1mm；所述中间耦合馈电层和下层结构的高度为1.5mm。作为优选的技术方案，所述第一输入端口、第二输入端口分别连接有SMA射频接头。作为优选的技术方案，所述金属反射腔体由四个高度一致金属壁和金属反射板组成。作为优选的技术方案，还包括用于固定上层辐射结构、中间耦合馈电层、以及下层结构的尼龙柱，所述尼龙柱安装在上层辐射结构、中间耦合馈电层、以及下层结构的四周，所述尼龙固定上层辐射结构和中间耦合馈电层的中间部位。作为优选的技术方案，还包括用于固定天线和金属腔体的金属柱，所述金属柱安装在下层辐射结构与金属腔体中。作为优选的技术方案，所述3dB耦合器带有微带匹配枝节，所述的微带匹配枝节安装在3dB耦合器的输出端口。作为优选的技术方案，所述第一介质基底、第二介质基底和第三介质基底均选用FR4介质基板上，第一介质基板的边长为140mm，介电常数为4.4，厚度为1mm。本技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本技术采用正方形环形状辐射贴片，有效的延长了射频电流路径，在保证天线的一定的辐射口径的条件下，减小了天线尺寸。在保证天线应有的高增益，宽带宽的性能条件下，天线尺寸得到了降低，使天线适合于较小空间的RFID系统中。2、本技术采用引入中间层耦合馈电方式，而不是直接采用探针向环形贴片进行馈电方式。直接探针馈电会导致环形天线与馈电探针之间阻抗失配，天线无法有效的辐射电磁波。耦合馈电能够消除了长馈电探针引起的电抗，有效的激励环形金属贴片，使得天线能够具有很好的阻抗匹配。从而实现较宽的阻抗带宽和圆极化带宽。3、本技术中间层中使用FR4介质基底，能够有效的提高天线的阻抗带宽，以及轴比带宽。使得天线的阻抗带宽和圆极化带宽均能够覆盖840-960MHz，覆盖了全球所有RFID频段。本技术的阅读器天线适用于全球所有超高频段RFID系统，提高了天线使用效率。4、本技术引入了背腔式结构，有效的提高天线增益，一般RFID阅读器天线，天线接地板比较大，导致不适合运用于空间有限的小型RFID系统中。天线接地板缩小会导致天线产生的电磁波向四周绕射，能量无法集中，前后比减少，降低了RFID系统的阅读距离。金属背腔结构能有效的提高了天线的前后比，使得天线集中能量，定向辐射，提高了天线的增益。5、为了使天线产生圆极化辐射，馈电网络采用3dB枝节定向耦合器。其中在定向耦合器中加载两个匹配枝节，使得两个馈电端口的隔离增大，降低两个馈电端口耦合带来的损耗，有效提高天线的实际增益。综上所述，本技术的有益效果是：本技术的RFID阅读器天线尺寸为150mm×150mm×29mm，天线结构紧凑，阻抗带宽天线的-10dB阻抗带宽为790-1120MHz，相对阻抗带宽为34.5％。天线的轴比带宽为780–1130MHz,相对轴比带宽为36.6％。该技术的RFID阅读器天线，在840-960MHz的频段中具有稳定的天本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，其特征在于，包括三层结构以及金属反射腔体，所述三层结构包括上层辐射结构、中间耦合馈电层、以及下层结构，所述金属反射腔体设置在天线的下层结构，且围绕所述三层结构的四周；所述上层辐射结构为天线的辐射结构，所述上层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正方形环形金属贴片，所述正方形环形金属贴片的中间刻蚀正方形缝隙；所述中间耦合馈电层包括第二介质基底和长方形金属贴片，所述第二介质基底的上方刻蚀两个大小相同且相互正交的长方形金属贴片；两个大小相同的长方形金属贴片作为上层辐射结构的激励；所述中间耦合馈电层和上层辐射结构之间具有设定高度的空隙；所述下层结构包括天线接地板、3dB耦合器、以及第三介质基底，所述天线接地板位于下层介质基底的上方，所述3dB耦合器由微带枝节构成，3dB耦合器连接有第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第一输出端口和第二输出端口通过金属探针直接和中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片进行焊接；所述第一输出端口和第二输出端口输出的射频电流相位相差90度，经过中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片耦合到上层辐射结构，激励天线产生圆极化辐射。...

【技术特征摘要】
1.一种紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，其特征在于，包括三层结构以及金属反射腔体，所述三层结构包括上层辐射结构、中间耦合馈电层、以及下层结构，所述金属反射腔体设置在天线的下层结构，且围绕所述三层结构的四周；所述上层辐射结构为天线的辐射结构，所述上层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正方形环形金属贴片，所述正方形环形金属贴片的中间刻蚀正方形缝隙；所述中间耦合馈电层包括第二介质基底和长方形金属贴片，所述第二介质基底的上方刻蚀两个大小相同且相互正交的长方形金属贴片；两个大小相同的长方形金属贴片作为上层辐射结构的激励；所述中间耦合馈电层和上层辐射结构之间具有设定高度的空隙；所述下层结构包括天线接地板、3dB耦合器、以及第三介质基底，所述天线接地板位于下层介质基底的上方，所述3dB耦合器由微带枝节构成，3dB耦合器连接有第一输入端口、第二输入端口、第一输出端口和第二输出端口；所述第一输出端口和第二输出端口通过金属探针直接和中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片进行焊接；所述第一输出端口和第二输出端口输出的射频电流相位相差90度，经过中间耦合馈电层中的两个长方形金属贴片耦合到上层辐射结构，激励天线产生圆极化辐射。2.根据权利要求1所述紧凑宽带圆极化背腔式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。3.根据权利要求1所述紧凑宽带圆极化背腔式RFID阅读器天线，其特征在于，所述正方形环形金属贴片，外边长为113mm，内边长为42mm；每个长方形金属贴片长度为45mm，宽边为10mm；所述...

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