一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，包括阻抗调制单元区和平面单极子区，其中:阻抗调制单元区为阻抗调制单元以周期性的矩形排列而成，阻抗调制单元包括至少二层矩形金属贴片层和至少二层矩形介质层且位于一层矩形金属地板层之上，距离矩形金属地板层最远的矩形金属贴片层具有一开缝结构；平面单极子区设置于全息超材料阵列天线的中心位置，平面单极子区包括平面单极子和至少一层矩形介质层与一层矩形金属地板层，其中平面单极子与矩形金属贴片层位于同一层；平面单极子区的厚度小于等于阻抗调制单元區的厚度。本发明专利技术具有清晰的工作区域边界，可实现强大的工作区域场型与均匀的覆盖率，进而提升读取效果。果。果。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线


[0001]本专利技术涉及一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，属于RFID读写天线


技术介绍

[0002]天线是现代无线通信系统中的重要组件，它主要负责将射频信号变换成空间电磁波并进行辐射，天线的性能将会直接影响到通信距离以及通信质量。多层人工电磁表面的全息阻抗调制表面天线因为具有剖面低、体积小、馈电简单等优势，所以可以在多种通信场景发挥作用。
[0003]现有的RFID读写器天线普遍存在以下问题，首先是波束分布过于松散，边界性较差，这使得天线作用区的边界不是很清晰，在读写区之外存在串读和误读的现象；其次是天线场型连续性较差，存在读写盲区，使得在读写区之内的标签无法读取的情况；还有天线的场型均一性较差，使得工作区域内的标签工作状态不一致，影响读取效果。因此有必要开发更具优势的读写器天线。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，具有清晰的工作区域边界，可实现强大的工作区域场型与均匀的覆盖率，进而提升读取效果。
[0005]一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，包括阻抗调制单元区和平面单极子区，其中:阻抗调制单元区为阻抗调制单元以周期性的矩形排列而成，阻抗调制单元包括至少二层矩形金属贴片层和至少二层矩形介质层且位于一层矩形金属地板层之上，其中所形金属贴片层与矩形介质层的每一层皆交叠设置，距离矩形金属地板层最远的矩形金属贴片层具有一开缝结构；平面单极子区设置于全息超材料阵列天线的中心位置，平面单极子区包括平面单极子和至少一层矩形介质层与一层矩形金属地板层，且矩形介质层位于平面单极子和矩形金属地板层之间，其中平面单极子与矩形金属贴片层位于同一层，其中平面单极子区的厚度小于等于阻抗调制单元區的厚度。
[0006]进一步地，阵列天线的系统工作频率为300～3000MHz。
[0007]进一步地，每一矩形金属贴片层具有一开缝结构。
[0008]进一步地，矩形金属地板层与矩形介质层的长边相等和宽边相等。
[0009]进一步地，矩形金属地板层的材料为金、银和铜等导电金属，厚度为0.18～0.35毫米，边长为10～100毫米。
[0010]进一步地，矩形介质层的厚度为2～5毫米，介电常数为5～20。
[0011]进一步地，金属贴片层的材料为金、银和铜等导电金属，厚度为0.18～0.35毫米，边长为9～99毫米，开缝结构宽度为0.1～1.5毫米。
[0012]进一步地，矩形金属地板层的任一边长或矩形介质层的任一边长和矩形金属贴片层相邻的边长的距离为0.5～7.5毫米。
[0013]进一步地，平面单极子包括一环形金属贴片和一圆形金属贴片，其中环形金属贴片半径大于圆形金属贴片，环形金属贴片与圆形金属贴片之间具有一缝隙。
[0014]进一步地，平面单极子的材料为金、银和铜等导电金属，环形金属贴片的半径为15～250毫米，圆形金属贴片的半径为1～100毫米，缝隙的宽度为0.5～20毫米。
[0015]进一步地，平面单极子采用同轴线与有源电路连接，同轴线位于圆形金属贴片的中心位置，平面单极子的馈电位置位于同轴线的底部。
[0016]进一步地，平面单极子通过改变环形金属贴片的半径长度以调整谐振频率，以及通过改变圆形金属贴片的半径长度以调整阻抗带宽。
[0017]进一步地，全息超材料阵列天线的尺寸为m行n列的所述阻抗调制单元以周期性的矩形排列而成，其中，m为11～21，n为11～21。
[0018]进一步地，矩形金属贴片层与开缝结构在阵列天线中形成圆极化波形。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
[0020](1)本专利技术通过采用全息超材料阵列天线来设计RFID读写器天线，能高效的编辑RFID读写器天线的场型分布，对比传统的读写器天线，本专利技术所提供的层结构的全息超材料阵列天线可以通过改变阵列阻抗调制单元单元的相位实现场型编辑，并且可以与多波束和无衍射波束产生等应用场景相结合，以达到场型的边界性和均一性的要求；
[0021](2)本专利技术的阻抗调节单元采用具有开缝结构的矩形金属贴片，对比于其它形式的单元，本单元不仅建模和加工较为方便，而且其阻抗变化范围较大，可以实现较大的调制深度和提高漏波效率；
[0022](3)相较于习知由单层共形与轴型单极子所组成的全息超材料阵列天线而言，本专利技术采用多层平面与同轴馈电的平面单极子，优点是在应用时能够更符合RFID读写器应用的空间与场域，并且能高效地激发表面波。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的二层结构的阻抗调制单元仰视示意图；
[0024]图2为本专利技术的平面单极子放大示意图；
[0025]图3为本专利技术的二层结构仰视示意图；
[0026]图4为本专利技术图3的中心位置的局部放大区域图；
[0027]图5为图4的L～L
’
切线剖面放大示意图；
[0028]图6为图4的另一实施例的L～L
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切线剖面放大示意图；
[0029]图7为图4的另一实施例的L～L
’
切线剖面放大示意图；
[0030]图8为本专利技术的三层结构仰视示意图；
[0031]图9为本专利技术图3的二层结构仿真近场等高线分布图；
[0032]图10为专利技术图8的三层结构仿真近场等高线分布图；
[0033]图11为本专利技术图3的二层结构的全息超材料阵列天线读写器与标签仿真测试结果示意图；
[0034]图12为本专利技术图8的三层结构的全息超材料阵列天线读写器与标签仿真测试结果示意图。
[0035]具体实施矩式
[0036]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施矩式，进一步阐述本专利技术。
[0037]本专利技术建立一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线的方法，具体包括：
[0038]S1、建立阻抗调制单元模型，利用主从边界模拟无限周期排列，使用本征模求解器得到本征频率；
[0039]S2、任选矩形金属贴片层的开缝角度，然后同时改变所述矩形金属贴片层边长、主从边界的总项位差和表面波传输矩向，通过S1中计算得到的本征频率再得到等校标量阻抗；
[0040]S3、通过每一次只改变矩形金属贴片层的边长，以得到每一组矩形金属贴片层边长对应的张量阻抗，再拟合出张量阻抗所对应的等效标量阻抗的最大值与矩形金属贴片层的边长关系式；
[0041]S4、计算得到张量阻抗的各分量值；
[0042]S5、通过S3中得到的拟合关系式和S4中得到的张量阻抗的抗各分量值，再得到每一个阻抗调制单元的矩形金属贴片层的实际边长与实际开缝角度，建立阵列天线的阻抗调制单元区。
[0043]S6、在阵列天线中心位置加入平面单极子，进而构建出一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，包括阻抗调制单元区和平面单极子区，其中:所述阻抗调制单元区为阻抗调制单元以周期性的矩形排列而成，所述阻抗调制单元包括至少二层矩形金属贴片层和至少二层矩形介质层位于一层矩形金属地板层之上，其中所述矩形金属贴片层与所述矩形介质层的每一层皆交叠设置，距离所述矩形金属地板层最远的所述矩形金属贴片层具有一开缝结构；所述平面单极子区设置于所述全息超材料阵列天线的中心位置，所述平面单极子区包括平面单极子和至少一层所述矩形介质层与一层所述矩形金属地板层，且所述矩形介质层位于所述平面单极子和所述矩形金属地板层之间，其中所述平面单极子与所述矩形金属贴片层位于同一层；其中所述平面单极子区的厚度小于等于所述阻抗调制单元区的厚度。2.根据权利要求1所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述阵列天线的系统工作频率为300～3000MHz。3.根据权利要求1所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述每一矩形金属贴片层具有一开缝结构。4.根据权利要求1所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述矩形金属地板层与所述矩形介质层的长边相等和宽边相等。5.根据权利要求1所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述矩形金属地板层的材料为金、银和铜等导电金属，厚度为0.18～0.35毫米，边长为10～100毫米。6.根据权利要求1所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述矩形介质层的厚度为2～5毫米，介电常数为5～20。7.根据权利要求1或3所述的一种应用于RFID读写器的全息超材料阵列天线，其特征在于，所述矩形金属贴片层的材料为金、银和铜等导电金属，厚度为0.18～0...

【专利技术属性】
技术研发人员：李龙，孔旭东，冯强，王昱璁，王博，彭行志，陈萌，范琳琳，
申请(专利权)人：永道射频技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：