寬帶圓極化rfid手持閱讀器天線的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，包括FR4基底、環天線、高通濾波器、低通濾波器、威爾金森功分器和金屬地；FR4基底上部外圍邊緣設有環天線；環天線內側設有高通濾波器、低通濾波器和威爾金森功分器；威爾金森功分器的輸出端一路連接低通濾波器后通過第一饋線連接環天線一內壁的中點處，威爾金森功分器的輸出端另一路連接高通濾波器后通過第二饋線連接環天線另一相鄰內壁的中點處；FR4基底下部設有金屬地。本發明天線具有寬阻抗帶寬、寬軸比帶寬，其工作頻段可以覆蓋中國、美國和歐洲的RFID標準所規定的工作頻段；天線具有大圓極化主瓣寬度，其左旋圓極化方向圖的主瓣寬度為55°。
【專利說明】寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線
【技術領域】
[0001]本發明屬于天線技術與無線通信領域，涉及一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線。
【背景技術】
[0002]射頻識別即RFID (Rad1 Frequency Identificat1n)技術，是一種可通過無線通信識別特定目標并讀寫數據的非接觸式通信技術。世界上采用廣泛的的超高頻RFID頻段標準包括中國標準(840-844.5MHz和920.5-924.5MHz)、美國標準(902_928MHz)及歐洲標準(866-869MHz)。
[0003]RFID閱讀器天線作為RFID系統的重要組成部分，它的性能將極大地影響整個RFID系統的效率與質量。影響RFID閱讀器天線的主要因素包括天線的尺寸、工作頻段、阻抗、增益及極化方式。
[0004]大多數現有的圓極化超高頻RFID閱讀器天線的工作頻段僅能滿足中國標準、美國標準及歐洲標準中的一種標準，無法同時覆蓋所有標準的工作頻段。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，包括FR4基底、環天線、高通濾波器、低通濾波器、威爾金森功分器和金屬地；其中，所述FR4基底為正方形，上部外圍邊緣設有環天線；所述環天線為方環結構，內側設有高通濾波器、低通濾波器和威爾金森功分器；所述威爾金森功分器的輸出端一路連接低通濾波器后通過第一饋線連接環天線一內壁的中點處，威爾金森功分器的輸出端另一路連接高通濾波器后通過第二饋線連接環天線另一相鄰內壁的中點處；威爾金森功分器的輸入端通過SMA接頭通孔外接射頻前端；在FR4基底的下部設有金屬地。
[0007]進一步地，所述威爾金森功分器包括覆銅開口環和貼片電阻，貼片電阻橋接于覆銅開口環的開口處。
[0008]進一步地，所述高通濾波器包括第一貼片電容、第二貼片電容、第一貼片電感、第一覆銅區、第二覆銅區、第四覆銅區和第五覆銅區；第四覆銅區的一端連接第二饋線，另一端通過第一貼片電感連接第五覆銅區的一端，第五覆銅區的另一端連接威爾金森功分器；在第四覆銅區上設有第一貼片電容，第一貼片電容連接第一覆銅區，通過接地通孔與金屬地相連；在第五覆銅區上設有第二貼片電容，第二貼片電容連接第二覆銅區，通過接地通孔與金屬地相連。
[0009]進一步地，所述低通濾波器包括第三貼片電容、第四貼片電容、第二貼片電感、第三覆銅區、第六覆銅區和第七覆銅區；第七覆銅區的一端連接威爾金森功分器，另一端通過第三貼片電容與第六覆銅區相連，第六覆銅區的另一端通過第四貼片電容與第一饋線相連；在第七覆銅區上設有第二貼片電感，第二貼片電感連接第三覆銅區，通過接地通孔與金屬地相連。
[0010]本發明的有益效果是:本發明的RFID天線尺寸僅為95mmX95mmXl.6mm，可集成于手持式閱讀器中。天線具有寬阻抗帶寬，其-1OdB阻抗帶寬為710-1150MHZ。天線具有寬軸比帶寬，其最大增益方向的3dB軸比帶寬為800-940MHZ，可以覆蓋中國、美國和歐洲標準的工作頻段。天線具有大圓極化主瓣寬度，其左旋圓極化方向圖的主瓣寬度為55°。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為天線的整體結構俯視圖；
[0012]圖2為天線的整體結構仰視圖；
[0013]圖3為天線的阻抗帶寬測試圖；
[0014]圖4為天線最大增益方向的軸比帶寬測試圖；
[0015]圖5為天線當工作在910MHz時垂直于基底方向的左旋圓極化方向圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0017]如圖1、2所示，本發明一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，包括FR4基底5、環天線1、高通濾波器、低通濾波器、威爾金森功分器和金屬地17 ;其中，所述FR4基底5為正方形，上部外圍邊緣設有環天線I ;所述環天線I為方環結構，內側設有高通濾波器、低通濾波器和威爾金森功分器；所述威爾金森功分器的輸出端一路連接低通濾波器后通過第一饋線2連接環天線I 一內壁的中點處，威爾金森功分器的輸出端另一路連接高通濾波器后通過第二饋線3連接環天線I另一相鄰內壁的中點處；威爾金森功分器的輸入端通過SMA接頭通孔16外接射頻前端；在FR4基底5的下部設有金屬地17。
[0018]所述威爾金森功分器包括覆銅開口環4和貼片電阻12，貼片電阻12橋接于覆銅開口環4的開口處。
[0019]所述高通濾波器包括第一貼片電容6、第二貼片電容7、第一貼片電感8、第一覆銅區13、第二覆銅區14、第四覆銅區18和第五覆銅區19 ;第四覆銅區18的一端連接第二饋線3，另一端通過第一貼片電感8連接第五覆銅區19的一端，第五覆銅區19的另一端連接威爾金森功分器；在第四覆銅區18上設有第一貼片電容6，第一貼片電容6連接第一覆銅區13，通過接地通孔與金屬地17相連；在第五覆銅區19上設有第二貼片電容7，第二貼片電容7連接第二覆銅區14，通過接地通孔與金屬地17相連。
[0020]所述低通濾波器包括第三貼片電容9、第四貼片電容10、第二貼片電感11、第三覆銅區15、第六覆銅區20和第七覆銅區21 ;第七覆銅區21的一端連接威爾金森功分器，另一端通過第三貼片電容9與第六覆銅區20相連，第六覆銅區20的另一端通過第四貼片電容10與第一饋線2相連；在第七覆銅區21上設有第二貼片電感11，第二貼片電感11連接第三覆銅區15，通過接地通孔與金屬地17相連。
[0021]其中，FR4基底5的尺寸為95mmX95mmXL6mm，采用FR4材料，介電常數為4.4 ;貼片電阻12采用型號為1206的100 Ω貼片電阻；第一貼片電容6和第二貼片電容7均為
1.4pF，第三貼片電容9和第四貼片電容10均為8.5pF ;第一貼片電感8為6.2nH，第二貼片電感11為12nH ;第一貼片電容6、第二貼片電容7、第三貼片電容9、第四貼片電容10、第一貼片電感8和第二貼片電感11均采用型號為0603的貼片元件；第一饋線2和第二饋線3的寬度為3mm、長度相同；覆銅開口環4的內徑為13.7mm、外徑為15.3mm ;金屬地17的材料為銅，邊長為64mm ;環天線I的外邊長為95mm、內邊長為76mm。
[0022]該天線的測試輸入阻抗如圖3所示，所測得阻抗在710-1150MHZ均與50 Ω阻抗傳輸線匹配良好。天線在最大增益方向的軸比帶寬測試結果如圖4所示，在800-940MHZ時，軸比均小于3dB。天線在910MHz垂直于基底的左旋圓極化方向圖如圖5所示，最大增益可達1.3dBic，3dB功率波束寬度可達55°。
[0023]本發明的工作過程如下:射頻信號經由SM接頭通孔16饋送至威爾金森功分器，經過威爾金森功分器平均分配功率后，一路經由高通濾波器和第二饋線3饋送至環天線1，另一路經由低通濾波器和第一饋線2饋送至環天線1，兩路信號產生寬帶90°相移，從而將環天線I激發出工作在800-940MHZ的圓極化信號，用于寬帶圓極化RFID手持閱讀器。
[0024]本發明的RFID閱讀器天線的優點包括:
[0025](I)成本低且尺寸相對較小。天線只采用FR4、銅兩種天線加工最基礎的材料和常用的貼片元件。且整個天線尺寸只有95mmX95mmX 1.6mm,與其他圓極化天線相比尺寸較小。
[0026](2)工作頻段能夠同時滿足超高頻頻段RFID的中國標準、美國標準和歐洲標準。
[0027](3)800_940MHz頻段工作良好。反射系數均小于_10dB、最大增益方向的軸比帶寬均小于3dB，在910MHz的增益可以達到1.3dBic。
[0028](4)圓極化方向圖的主瓣寬度寬，當工作頻率為910MHz時，左手圓極化3dB功率波束寬度可達55°。
[0029]上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現或使用本發明的，本領域普通技術人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本發明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特征的最大范圍。
【權利要求】
1.一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，其特征在于，包括FR4基底(5 )、環天線(I)、高通濾波器、低通濾波器、威爾金森功分器和金屬地(17);其中，所述FR4基底(5)為正方形，上部外圍邊緣設有環天線(I);所述環天線(I)為方環結構，內側設有高通濾波器、低通濾波器和威爾金森功分器；所述威爾金森功分器的輸出端一路連接低通濾波器后通過第一饋線(2)連接環天線(I) 一內壁的中點處，威爾金森功分器的輸出端另一路連接高通濾波器后通過第二饋線(3)連接環天線(I)另一相鄰內壁的中點處；威爾金森功分器的輸入端通過SMA接頭通孔(16)外接射頻前端；在FR4基底(5)的下部設有金屬地(17)。
2.根據權利要求1所述一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，其特征在于，所述威爾金森功分器包括覆銅開口環(4)和貼片電阻(12)，貼片電阻(12)橋接于覆銅開口環(4)的開口處。
3.根據權利要求1所述一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，其特征在于，所述高通濾波器包括第一貼片電容(6)、第二貼片電容(7)、第一貼片電感(8)、第一覆銅區(13)、第二覆銅區(14)、第四覆銅區(18)和第五覆銅區(19);第四覆銅區(18)的一端連接第二饋線(3)，另一端通過第一貼片電感(8)連接第五覆銅區(19)的一端，第五覆銅區(19)的另一端連接威爾金森功分器；在第四覆銅區(18)上設有第一貼片電容(6)，第一貼片電容(6)連接第一覆銅區(13)，通過接地通孔與金屬地(17)相連；在第五覆銅區(19)上設有第二貼片電容(7)，第二貼片電容(7)連接第二覆銅區(14)，通過接地通孔與金屬地(17)相連。
4.根據權利要求1所述一種寬帶圓極化RFID手持閱讀器天線，其特征在于，所述低通濾波器包括第三貼片電容(9)、第四貼片電容(10)、第二貼片電感(11)、第三覆銅區(15)、第六覆銅區(20)和第七覆銅區(21);第七覆銅區(21)的一端連接威爾金森功分器，另一端通過第三貼片電容(9)與第六覆銅區(20)相連，第六覆銅區(20)的另一端通過第四貼片電容(10)與第一饋線(2)相連；在第七覆銅區(21)上設有第二貼片電感(11)，第二貼片電感(11)連接第三覆銅區(15)，通過接地通孔與金屬地(17)相連。
【文檔編號】H01Q7/00GK104183913SQ201410407283
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】徐博, 何賽靈 申請人:浙江大學