CN103401074B - 一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线，包括介质基板、金属接地板、共面波导传输线和SMA接头，金属接地板覆在介质基板上，SMA接头设置于金属接地板的一边，所述金属接地板左下角设置有“I”型切角；所述的金属接地板中部开设有“U”形微带缝隙，“U”形微带缝隙下部连接两条共面波导传输线，两条共面波导传输线中间留有金属接地板的金属条带，所述的金属条带的一端与SMA接头连接。与现有技术相比，本发明结构简单，容易加工，且能实现了天线的平面化，利于天线与载体的共形。

Description

一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线

技术领域

本发明涉及一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线，可用于2.4GHz射频识别系统的发射和接收模块。

背景技术

射频识别系统(RFID)是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感和电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别。作为一项具有广泛应用前景的技术，RFID产品近年来已被广泛应用于社会、经济、国防等众多领域，在防伪和安全控制、交通管制、物流与库存管理等方面发挥了重要的作用，并提升了现代服务业、生产制造业、医药卫生、军事、邮政等行业的管理效率和商业价值。

典型的射频识别系统由阅读器，标签和计算机控制终端三部分组成。标签携带有不同的身份信息，该信息通过阅读器远距离读取并传回计算机控制终端进行统一管理。在RFID系统中，特别是在仓库管理和物流管理当中，标签往往放置方位不规则，一般的阅读器天线采用单一的天线，且天线极化方式单一，波束覆盖范围窄，往往不能满足对所有不规则放置的物资标签进行无盲区管控和区域控制管理。为解决上述问题，本发明提出一种宽带圆极化天线，该天线具有较宽的圆极化带宽和良好的辐射方向图，显著提高系统的性能，其平面结构易于和其它载体共形。

发明内容

本发明的目的是要提供一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线，包括介质基板、金属接地板、共面波导传输线和SMA接头，金属接地板覆在介质基板上，SMA接头设置于金属接地板的一边，所述金属接地板左下角设置有“I”型切角；所述的金属接地板中部开设有“U”形微带缝隙，“U”形微带缝隙下部连接两条共面波导传输线，两条共面波导传输线中间留有金属接地板的金属条带，所述的金属条带的一端与SMA接头连接。

进一步，所述的“U”形微带缝隙由不等宽的水平缝隙和两个相同的垂直缝隙组成，水平缝隙的不等宽结构由两个尺寸不同的矩形缝隙组成，尺寸的不同用以产生圆极化波；两个垂直缝由相同的尺寸的矩形组成，两个垂直缝分别和水平缝隙的两端联通形成“U”形微带缝隙。

作为优选，所述的金属条带由一水平金属条带和一垂直金属条带构成，水平金属条带和垂直金属条带成倒“L”形，水平金属条带伸入“U”形缝隙与金属接地板短路，垂直金属条带末端与SMA接头连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、由于采用了共面波导传输线馈电的“U”形微带缝隙和具有“I”形切角的金属接地板结构，实现了天线的宽频带圆极化特性，相比于已有圆极化天线具有较宽圆极化带宽。本发明天线结构简单，容易加工。

2、本发明的共面波导传输线、“U”形微带缝隙和金属地板印制在介质基板的一侧，实现了天线的平面化，利于天线与载体的共形。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的“U”形微带缝隙的结构图；

图4是本发明天线的回波损耗曲线图；

图5是本发明在主辐射方向轴比随频率变化曲线图；

图6是本发明在主辐射方向右旋圆极化增益随频率变化曲线图；

图7是是本发明工作在2.3GHz时的H面右旋圆极化和左旋圆极化方向图；

图8是本发明天线工作在2.4GHz时的H面右旋圆极化和左旋圆极化方向图；

图9是本发明天线工作在2.5GHz时的H面右旋圆极化和左旋圆极化方向图；

图中：1、介质基板；2、金属接地板；21、“I”型切角；3、共面波导传输线；31、水平金属条带；32、垂直金属条；4、“U”形微带缝隙；41、水平缝隙；42、垂直缝隙；5、SMA接头。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示，一种应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线，包括介质基板1、金属接地板2、共面波导传输线3和SMA接头5，金属接地板2覆在介质基板1上，SMA接头5设置于金属接地板2的一边，所述金属接地板2左下角设置有“I”型切角21；所述的金属接地板2中部开设有“U”形微带缝隙4，“U”形微带缝隙4下部连接两条共面波导传输线3，两条共面波导传输线3中间留有金属接地板的金属条带，所述的金属条带的一端与SMA接头5连接。

如图3所示，所述的“U”形微带缝隙4由不等宽的水平缝隙41和两个相同的垂直缝隙42组成，水平缝隙41的不等宽结构由两个尺寸不同的矩形缝隙组成，尺寸的不同用以产生圆极化波；两个垂直缝42由相同的尺寸的矩形组成，两个垂直缝42分别和水平缝隙41的两端联通形成“U”形微带缝隙4，天线圆极化的中心频率主要由“U”形微带缝隙4的周长决定。

作为优选，所述的金属条带由一水平金属条带31和一垂直金属条带32构成，水平金属条带31和垂直金属条带32成倒“L”形，水平金属条带31伸入“U”形缝隙与金属接地板2短路，垂直金属条带32末端与SMA接头5连接。

一种实施例，介质基板1是一层相对介电常数为4.4的FR4材料板，材料板的长度为44毫米，宽度为44毫米，高度为1毫米；介质基板1顶层印刷金属接地板2，金属接地板2长度为44毫米，宽度为44毫米，金属接地板2左下角切去长为20毫米，宽为4毫米的“I”形切角21。

在介质基板1顶层金属接地板2上刻蚀共面波导传输线3和“U”形微带缝隙4。共面波导传输线3中心金属条带的水平带条31长为20毫米，宽为1毫米；垂直带条32长为25毫米，宽为2.2毫米，垂直带条32和两侧金属接地板2分别相距0.8毫米。“U”形微带缝隙4的水平缝隙41由一长为18.1毫米，宽4毫米的窄缝和一长为16.9毫米，宽为7毫米的宽缝组成；两个垂直缝隙42尺寸相同，均长为5毫米，宽为3毫米。

介质基板1顶层印制金属接地板2，在金属接地板2左下角切“I”形切角21，并刻蚀共面波导传输线3和“U”形微带缝隙4，尺寸如上所述，最后将SMA接头5的内芯焊接在共面波导传输线3上，SMA接头5的外皮焊接到金属接地板2上，完成本发明的应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线的制作。

本发明可通过以下仿真进一步说明：

1、仿真内容

利用仿真软件对上述实施例应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线的回波损耗、轴比、增益、远场辐射方向图进行仿真计算。

2、仿真结果

图4为本发明天线的回波损耗曲线图。通过图4可看出，本发明天线的10dB阻抗带宽为1050MHz(2.07-3.12GHz)，完全可以覆盖射频识别系统2.4GHz频段。

图5为本发明天线主要辐射方向的轴比随频率变化的曲线图。通过图5可以看出本发明天线在主要辐射方向轴比小于3dB的带宽为600MHz(2.17-2.77GHz)。结合图5可以得到本发明天线的圆极化工作带宽为600MHz(2.17-2.77GHz)，具有宽带圆极化特性。

图6为本天线在主辐射方向右旋圆极化增益随频率变化曲线图。通过图6可以看出本发明天线在圆极化工作带宽(2.17-2.77GHz)内右旋圆极化增益大于3dB。

图7、图8、图9分别为圆极化频段中所选取的2.3GHz、2.4GHz和2.5GHz的H面右旋圆极化(RHCP)和左旋圆极化(LHCP)方向图。从图中可以看出天线在各个频段主要辐射方向都实现了圆极化，所以说本发明应用于射频识别系统宽带圆极化缝隙天线具有良好的圆极化辐射特性。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种应用于射频识别系统的宽带圆极化缝隙天线，包括介质基板(1)、金属接地板(2)、共面波导传输线(3)和SMA接头(5)，金属接地板(2)覆在介质基板(1)上，SMA接头(5)设置于金属接地板(2)的一边，其特征在于：所述金属接地板(2)左下角设置有“I”型切角(21)；所述的金属接地板(2)中部开设有“U”形微带缝隙(4)，“U”形微带缝隙(4)下部连接两条共面波导传输线(3)，两条共面波导传输线(3)中间留有金属接地板的金属条带，所述的金属条带的一端与SMA接头(5)连接，所述的“U”形微带缝隙(4)由不等宽的水平缝隙(41)和两个相同的垂直缝隙(42)组成，水平缝隙(41)的不等宽结构由两个尺寸不同的矩形缝隙组成；两个垂直缝隙(42)由相同的尺寸的矩形组成，两个垂直缝隙(42)分别和水平缝隙(41)的两端联通形成“U”形微带缝隙(4)。

2.根据权利要求1所述的应用于射频识别系统的宽带圆极化缝隙天线，其特征在于：所述的金属条带由一水平金属条带(31)和一垂直金属条带(32)构成，水平金属条带(31)和垂直金属条带(32)成倒“L”形，水平金属条带(31)伸入“U”形微带缝隙与金属接地板(2)短路，垂直金属条带(32)末端与SMA接头(5)连接。