本发明专利技术涉及一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，基于电磁超材料原理和口径面辐射理论，采用超材料结构作为辐射体，提出环形的超谐振器构型，解决了传统阅读器天线尺寸大或结构复杂，难以在空间受限的产品或小型化设备中应用，以及传统方案因成本高难以大规模应用的缺点，整个天线结构形式简单，成本低廉，天线工作带宽宽，且带内辐射性能稳定，能够满足各类不同频段的RFID等物联网设备的通信需求；并且天线在实现远场高增益圆极化辐射的同时，在近场区实现了口径面的均匀场分布，使得近场区和远场区均能实现稳定可靠的通信，解决了传统阅读器天线难以兼顾远近距离通信的问题和盲点。的问题和盲点。的问题和盲点。
【技术实现步骤摘要】
一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线
[0001]本专利技术涉及一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，属于射频天线
技术介绍
[0002]当下随着物联网的快速推进和不断发展，物联网技术已经深度融入到人们的生活和生产中，射频识别技术（RFID）作为物联网系统的重要组成部分，被广泛应用到人们的日常生活和工业生产中，比如门禁卡管理系统、车站自动收费系统以及各种工业自动化设备等。RFID技术在无线通信部分可分为标签天线和阅读器天线，标签天线主要是一类弯折线型的电偶极子和磁偶极子的线极化天线，阅读器天线按照不同应用场景又可分为近场阅读器天线和圆极化阅读器天线。在实际应用中，标签天线由于张贴在产品的表面，因此标签天线的极化方向和摆放角度是不确定的，为了保证不出现漏读和通信失效，不同的应用场景对RFID阅读器天线提出了高的性能需求，如天线的带宽、辐射极化形式、辐射增益、波束角度以及近远场场强等。
[0003]通常近场阅读器天线，主要由一系列的螺旋绕线或者电容加载传输线等形式实现。近场阅读器天线，在近场区会产生一个均匀的场分布，而由于场的相互抵消作用在远场区基本不存在辐射，该类阅读器天线阅读的距离在天线近场区域，在稍远一点的空间不能实现读取通信。圆极化阅读器天线，主要有圆极化贴片天线、正交偶极子对天线和顺序旋转馈电天线等，该类天线在近场区的场分布区域有限且不均匀，在远场区会产生一个较强的辐射能力，实现远距离的读取通信，而在近距离下常常出现漏读等现象。
[0004]其中，圆极化贴片天线方案，由于其辐射机理的限制，天线工作带宽窄，近场区的场分布主要由两条磁缝隙组成，难以同时兼顾近场和远场的读取。正交偶极子对圆极化天线，主要由两个正交频率微扰的偶极子组成，该方案存在天线剖面高的问题，难以应用在空间受限的工业设备中。顺序旋转馈电天线，通常是两到四个辐射单元，用额外地相移馈电网络进行馈电辐射，该方案存在结构复杂、成本高且天线损耗大的缺点，难以在大规模工业产线上推广应用。通过上述现有技术的综述分析，目前的RFID阅读器天线，均难以实现小型化、低成本、且同时兼顾近远场阅读通信，因此现有阅读器天线难以满足需要近远场兼顾通信的场景。
技术实现思路
[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，通过将电磁超材料技术引入圆极化天线设计中，能够在实现高性能远场区圆极化辐射的同时，在近场区形成均匀的场分布，同时获得近场区和远距离的可靠通信，满足了工业自动化流水产线设备对远近距离的高质量通信需求。
[0006]本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，用于实现RFID射频阅读器的射频信号收发，包括中置
垂直超谐振器、馈电探针、以及至少四个边置垂直超谐振器；各个边置垂直超谐振器为直线形结构，各边置垂直超谐振器以相邻端部相连方式围成多边形结构，且各边置垂直超谐振器所在面彼此相共面，以及该多边形结构中存在满足如下条件的两个分别均由两条彼此相对边置垂直超谐振器构成的超谐振器组；条件：各超谐振器组中两条彼此相对边置垂直超谐振器彼此平行、且长度相等，各超谐振器组中两条边置垂直超谐振器中点位置的连线彼此相交、且相互垂直；中置垂直超谐振器为直线形结构，中置垂直超谐振器以与各边置垂直超谐振器所在面相共面的姿态、置于各边置垂直超谐振器所围成的多边形结构中，且中置垂直超谐振器位于以任意一个超谐振器组中两条边置垂直超谐振器所对应矩形的对角线上；中置垂直超谐振器结合其两端位置之间的导电连通，构成电流环路；各边置垂直超谐振器分别结合其两端位置之间的导电连通，构成电流环路；馈电探针上的其中一端连接于中置垂直超谐振器，馈电探针的另一端经同轴线连接RFID射频阅读器。
[0007]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述中置垂直超谐振器、以及所述各边置垂直超谐振器分别均包括介质板、至少两个金属层；各垂直超谐振器的结构中：各金属层表面的宽度均与对应介质板表面的宽度相等，各金属层表面的长度之和大于对应介质板的长度，各金属层沿介质板长度方向依次设置于对应介质板的表面，且相邻金属层分别设置于对应介质板的上下两面，在垂直于介质板表面的投影方向上，相邻金属层彼此相对端部的投影区域彼此相重叠，该重叠位置构成叠层电容，且全部金属层的整体投影区域与对应介质板投影区域彼此相重叠。
[0008]作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括各个导电件，导电件的个数等于各边置垂直超谐振器所围成多边形结构的顶点数量+2，其中，多边形结构顶点数量的各个导电件分别与多边形结构的各顶点位置一一对应，剩余2个导电件分别与中置垂直超谐振器的两端位置一一对应，各个导电件上的其中一端分别连接其对应位置上的金属层，且各个导电件均位于多边形结构所在面的相同一侧；中置垂直超谐振器两端位置分别所连导电件上的另一端彼此导电连通，中置垂直超谐振器与其所连两导电件构成电流环路；多边形结构上各顶点位置分别所连导电件上的另一端彼此导电连通，各边置垂直超谐振器分别与其两端所连导电件构成电流环路；馈电探针上的其中一端连接于中置垂直超谐振器上的其中一金属层，且馈电探针与各导电件位于多边形结构所在面的相同侧。
[0009]作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括金属地板，金属地板以其与所述多边形结构所在面相平行的姿态、位于多边形结构所在面的一侧，且金属地板与各导电件位于多边形结构所在面的相同侧，以及金属地板与多边形结构所在面保持预设距离间隙，各导电件上的另一端均与金属地板相连接实现导电连通；沿垂直于多边形结构所在面的投影方向，多边形结构的投影区域位于金属地板投影区域的内部；所述中置垂直超谐振器的厚度方向所在直线、以及各边置垂直超谐振器的厚度方向所在直线均与金属地板所在面相垂直；所述馈电探针的另一端穿过金属地板、经同轴线连接RFID射频阅读器。
[0010]作为本专利技术的一种优选技术方案：还包括切角形式超表面和各个绝缘支撑，切角形式超表面包括介质基板、以及分布设于介质基板表面上的各个单层切角金属贴片，切角形式超表面所在面位于所述多边形结构所在面上背向各导电件的一侧，且切角形式超表面所在面与多边形结构所在面相平行，切角形式超表面通过各个绝缘支撑与所述金属地板表
面相连接；沿垂直于多边形结构所在面的投影方向，切角形式超表面的投影区域与多边形结构的投影区域彼此之间存在重叠区域。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案：沿垂直于多边形结构所在面的投影方向，多边形结构的投影区域位于切角形式超表面的投影区域内。
[0012]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述切角形式超表面的结构中，所述各个单层切角金属贴片阵列分布设于所述介质基板的表面上。
[0013]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述导电件为金属螺钉。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述馈电探针为探针式法兰盘SMA接头。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述边置垂直超谐振器的数量为四个，所述中置垂直超谐本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，用于实现RFID射频阅读器的射频信号收发，其特征在于：包括中置垂直超谐振器（1）、馈电探针（2）、以及至少四个边置垂直超谐振器（3）；各个边置垂直超谐振器（3）为直线形结构，各边置垂直超谐振器（3）以相邻端部相连方式围成多边形结构，且各边置垂直超谐振器（3）所在面彼此相共面，以及该多边形结构中存在满足如下条件的两个分别均由两条彼此相对边置垂直超谐振器（3）构成的超谐振器组；条件：各超谐振器组中两条彼此相对边置垂直超谐振器（3）彼此平行、且长度相等，各超谐振器组中两条边置垂直超谐振器（3）中点位置的连线彼此相交、且相互垂直；中置垂直超谐振器（1）为直线形结构，中置垂直超谐振器（1）以与各边置垂直超谐振器（3）所在面相共面的姿态、置于各边置垂直超谐振器（3）所围成的多边形结构中，且中置垂直超谐振器（1）位于以任意一个超谐振器组中两条边置垂直超谐振器（3）所对应矩形的对角线上；中置垂直超谐振器（1）结合其两端位置之间的导电连通，构成电流环路；各边置垂直超谐振器（3）分别结合其两端位置之间的导电连通，构成电流环路；馈电探针（2）上的其中一端连接于中置垂直超谐振器（1），馈电探针（2）的另一端经同轴线连接RFID射频阅读器。2.根据权利要求1所述一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，其特征在于：所述中置垂直超谐振器（1）、以及所述各边置垂直超谐振器（3）分别均包括介质板、至少两个金属层；各垂直超谐振器的结构中：各金属层表面的宽度均与对应介质板表面的宽度相等，各金属层表面的长度之和大于对应介质板的长度，各金属层沿介质板长度方向依次设置于对应介质板的表面，且相邻金属层分别设置于对应介质板的上下两面，在垂直于介质板表面的投影方向上，相邻金属层彼此相对端部的投影区域彼此相重叠，该重叠位置构成叠层电容（5），且全部金属层的整体投影区域与对应介质板投影区域彼此相重叠。3.根据权利要求2所述一种可兼顾近远场读取的小型化圆极化阅读器天线，其特征在于：还包括各个导电件（4），导电件（4）的个数等于各边置垂直超谐振器（3）所围成多边形结构的顶点数量+2，其中，多边形结构顶点数量的各个导电件（4）分别与多边形结构的各顶点位置一一对应，剩余2个导电件（4）分别与中置垂直超谐振器（1）的两端位置一一对应，各个导电件（4）上的其中一端分别连接其对应位置上的金属层，且各个导电件（4）均位于多边形结构所在面的相同一侧；中置垂直超谐振器（1）两端位置分别所连导电件（4）上的另一端彼此导电连通，中置垂直超谐振器（1）与其所连两导电件（4）构成电流环路；多边形结构上各顶点位置分别所连导电件（4）上的另一...
【专利技术属性】
技术研发人员：董元旦，傅博，王崭，张庆信，
申请(专利权)人：上海英内物联网科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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