[发明专利]应用在超高频RFID频带的高增益、小轴比圆极化天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带高增益小轴比超高频RFID圆极化天线，属于电磁场与天线领域。

背景技术

目前，圆极化天线已经广泛地应用到各个部门，如卫星通信，全球定位系统，射频识别等方面。近几年来，产生了许多圆极化技术（如：采用圆环微带天线和增加圆极化反馈网络等）。由于超高频带能提供高速数据传输和长的阅读距离，因此被广泛用在RFID系统中。然而，可靠的阅读器是发展RFID系统的一个关键因素之一，探测范围和精确度都依赖于阅读器天线的性能。目前，每个国家都有它自己的UHF RFID操作频带，例如，中国的操作频带为840.5-844.5MHz和920.5-924.5MHz；欧洲为866-869MHz，南美和北美为902-928MHz，新加坡为866-869MHz和920-925MHz，日本为952-955MHz等，即UHF RFID的频带需要覆盖840.5-955MHz的范围。因此一个通用的阅读器天线需要满足：覆盖整个操作频带（840MHz-960MHz）、理想的操作性能以及较低的成本。

RFID阅读器天线在RFID系统中处于非常重要的位置，它的性能好坏，直接决定着RFID系统的工作情况。为了使得RFID系统达到实际应用，需要把阅读器天线设计成圆极化的形式，这是因为圆极化天线能减少在阅读器和标签之间传输的能量丢失。为了产生圆极化场的一个典型的方法就是激励起两个相互垂直的、相位相差90度的谐振场。根据目前所见的文章，采用一个反馈点的圆极化天线主要为圆环天线、切角平方贴片以及圆贴片，然而这些天线提供了小的阻抗带宽、窄的轴比带宽。为了提高这两个参数的指标，采用了许多技术，如微带线耦合缝、不等臂长的十字缝以及探针反馈等。但是这些技术虽然比较好地提高了天线的阻抗和轴比带宽，但是与需要的工作频带相差较大，所以高增益、大的阻抗带宽，大的轴比带宽以及大的轴比束宽是目前阅读器天线设计的主要目标。

当两个幅度相等且相位相差90度的垂直模式被激励时，在远场空间中就产生了圆极化场。圆极化天线的反馈结果一般分为单点反馈和多点反馈。单点反馈的圆极化天线有结构简单、容易加工、尺寸小等优点，但是单反馈单贴片圆极化天线有着本身的窄的轴比带宽和阻抗带宽（通常为1％-2％）。为了提高圆极化天线带宽，各种圆极化天线技术被研究，如：修改辐射贴片的结构，设计反馈网络的结构以及优化天线的阵列形式等等。目前，采用比较多的形式就是设计较好的反馈网络，采用多点反馈，这样的圆极化天线有很宽的轴比带宽和阻抗带宽，但是也带来了复杂的结构形式，昂贵的加工费用以及增大了天线尺寸。由此可以看出，我们在设计圆极化天线的时候，需要综合考虑天线的轴比带宽、阻抗带宽、天线尺寸以及加工复杂度等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服目前RFID阅读器天线轴比带宽窄、3dB轴比夹角小以及圆极化特性低等缺点，综合RFID的需求，提出一款RFID阅读器天线，具有工作频带宽、增益高、尺寸小、轴比值小以及3dB轴比夹角大等优点；其设计方法简单，易于加工。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种应用在超高频RFID频带的高增益、小轴比圆极化天线，包括辐射贴片、PCB介质板和反馈网络，所述辐射贴片用四根介质圆环柱体一支撑于PCB介质板上，四根金属圆柱体探针穿过所述介质圆环柱体一，每根金属圆柱体探针的一端连接辐射贴片，另外一端穿过PCB介质板，连接位于所述PCB介质板上反馈网络的输出端口。

进一步的，该天线容纳于天线罩和金属地平面构成的空腔内，其PCB介质板通过介质圆环柱体二支撑于金属地平面上。

特别的，所述每根探针直接连接50欧姆的微带线，紧接着连接100欧姆的微带线，最后，通过一个阻抗变换器连接到50欧姆的同轴电缆，所述同轴电缆穿过天线罩，其内芯连接反馈网络，外导体连接金属地平面。

特别的，所述探针的长度为25mm～35mm,直径为0.5mm～3mm。

特别的，介质圆环柱体一的直径为2mm～3mm，介质圆柱环一的介电常数为2～3。

特别的，介质圆环柱体二的直径为3mm～12mm。

特别的，所述辐射贴片为正方形铝板，其维度为128mm×128mm(～0.3904λ×0.3904λ)，厚度为0.5毫米。

特别的，反馈网络被刻蚀在介电常数为3.2的PCB介质板的底面，与金属地平面隔离0.5mm～3mm的空气介质，所述PCB介质板的宽度60mm～120mm，长度100mm～150mm。