Rfid閱讀器波束切換型陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻識別技術(shù)與天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及閱讀器波束切換型陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]RFID(射頻識別)技術(shù)利用射頻信號進行非接觸式雙向通信，自動識別目標對象并獲取相關(guān)信息數(shù)據(jù)已成功應(yīng)用于生產(chǎn)制造、物流倉儲、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全等各個領(lǐng)域。它利用射頻信號的空間耦合實現(xiàn)無接觸式數(shù)據(jù)傳遞，并通過信息的相互傳遞達到識別對象的目的。
[0003]常用的閱讀器最大識別距離在10米左右，總的識別區(qū)域有限，還不能滿足大多數(shù)用戶的需求，從而限制了其大規(guī)模應(yīng)用。天線作為閱讀器重要組成部分，是實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵因素，天線參數(shù)(增益，輻射方向圖等)直接影響閱讀器的識別距離、識別區(qū)域和標簽的定位等，從而影響閱讀器的性能。傳統(tǒng)的閱讀器天線具有低增益、寬波束的輻射方向圖，因而使得識別距離、識別區(qū)域受到限制，標簽定位誤差較大。
[0004]智能天線能夠利用多個天線陣元的組合進行信號處理，自動調(diào)整發(fā)射和接收方向圖，以針對不同的信號環(huán)境達到性能最優(yōu)。把智能天線技術(shù)應(yīng)用到RFID系統(tǒng)中，可以提高現(xiàn)有閱讀器的最大識別距離、覆蓋區(qū)域、定位和抗干擾等性能。近年來智能天線應(yīng)用到RFID閱讀器中得到了很大的重視。
[0005]智能天線按工作原理的不同可分為固定多波束天線、波束切換型智能天線和自適應(yīng)智能天線。其中波束切換型智能天線具有結(jié)構(gòu)簡單、無須判別用戶信號到達方向以及響應(yīng)速度快等優(yōu)點，更重要的是上行鏈路的同一波束也可用于下行鏈路，從而在下行鏈路上也能提供增益，其潛在的應(yīng)用價值得到了國內(nèi)外越來越多的重視。
[0006]在標簽天線接收功率不變的情況下，增加識別距離就要增加發(fā)射功率或者增加閱讀器天線增益，單波束或固定多波束天線增益的增加降低了波束寬度，減小了閱讀器的覆蓋范圍。波束切換型陣列天線增大了天線的增益，波束變窄，由于波束在多個方向上掃描，所以總的識別區(qū)域擴展了，如圖1所示，波束1、2、3、4的覆蓋面積之和大于單個低增益固定波束的覆蓋面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種閱讀器波束切換型陣列天線，能夠達到擴展閱讀器識別區(qū)域的目的。
[0008]為了實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案:
[0009]RFID閱讀器波束切換型陣列天線，包括天線輻射單元、電控移相器、功率分配器、衰減器，其特征在于:所述天線輻射單元采用微帶天線形式，使用同軸線饋電方式，所述電控移相器可以通過主芯片對給出信號進行相位控制，所述功率分配器為微帶線構(gòu)成的四等分功分器，所述衰減器對信號電流幅度衰減。
[0010]本發(fā)明提供的天線輻射單元，輻射貼片使用純銅板，地平面使用在單面覆銅的FR4板，介質(zhì)層使用空氣層。輻射貼片，即純銅板上開槽處理，輻射貼片開槽尺寸分別為67mmX8mm、25mmX4mm，減小天線尺寸，實現(xiàn)小型化；接地板開槽，尺寸為30mmX3mm，減小天線的后瓣電平，增強主波束增益。天線單元間距λ/2，饋電通過同軸線采用底饋形式，采用微帶線構(gòu)成的四等分功分器，單獨設(shè)計，由同軸線與陣列天線相連接。移相器位于陣列天線與功分器之間，用以對每路信號移相。由于每路信號相位差相同，均以第一路信號為基準，因此，可以使用三個移相器對信號進行實時相位移動。衰減器用以對信號幅度衰減，以滿足激勵信號幅值要求。
【附圖說明】
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[0011]為了更清楚的說明發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一個實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造勞動性的前提下，還可以根據(jù)附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1是閱讀器波束切換型天線掃描示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3是本發(fā)明閱讀器陣列天線陣元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4是本發(fā)明陣列天線陣元饋電探針結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本發(fā)明陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖6是本發(fā)明四路功率分配器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
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[0018]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步詳細描述。
[0019]本發(fā)明的主旨是提出一種波束切換型陣列天線來實現(xiàn)閱讀器對標簽的有效識別，擴大閱讀器的識別區(qū)域。所提天線陣對于閱讀器識別距離短，識別區(qū)域小，價格昂貴等缺點具有重要的指導(dǎo)意義。
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0021]圖1是閱讀器波束切換型天線掃描示意圖，在標簽天線接收功率不變的情況下，增加識別距離就要增加發(fā)射功率或者增加閱讀器天線增益，單波束或固定多波束天線增益的增加降低了波束寬度，減小了閱讀器的覆蓋范圍。波束切換型陣列天線增大了天線的增益，波束變窄，由于波束在多個方向上掃描，所以總的識別區(qū)域擴展了，如圖1所示，波束1、
2、3、4的覆蓋面積之和大于單個低增益固定波束的覆蓋面積。A、B、C三點為波束的半功率點，作為每個波束的交叉點可以有效的識別整個區(qū)域的標簽，對天線陣的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。
[0022]圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明閱讀器陣列天線陣元結(jié)構(gòu)示意圖，陣元選用微帶貼片天線形式，輻射貼片使用純銅板，地平面使用在單面覆銅的FR4板，介質(zhì)層使用空氣層。輻射貼片，即純銅板上開槽處理，輻射貼片開槽尺寸分別為67mmX8mm、25mmX4mm，減小天線尺寸，實現(xiàn)小型化；接地板開槽，尺寸為30mmX 3mm，減小天線的后瓣電平，增強主波束增益。本天線陣元激勵方式使用同軸饋電，同軸線連接方式是將同軸線的外皮與下層的鋪銅接地面焊接，同軸線的芯線穿過通孔與上層的輻射貼片焊接，圖4是本發(fā)明陣列天線陣元饋電探針結(jié)構(gòu)示意圖，由于SMA接頭不滿足天線饋電探針的需求，將天線探針銅棒通過錐形結(jié)構(gòu)與SMA接頭相連。
[0023]圖5是本發(fā)明陣列天線結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明采用4天線直線排列組成線天線陣，饋電點間距λ/2。連接天線陣元與移相器、衰減器，本發(fā)明天線陣列采用切比雪夫函數(shù)激勵，由于激勵振幅不同，使用衰減器可以調(diào)節(jié)電流幅度的比例，為了達到波束切換的目的，在天線接口添加電控移相器，實現(xiàn)信號相位的實時變化，以得到需求的波束。
[0024]圖6是本發(fā)明四路功率分配器結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)Wilkinson功分器原理制作微帶線四等分功分器，可以在頻率860MHz?960MHz內(nèi)正常工作，實現(xiàn)功率等分的功能。
[0025]綜上所述，本發(fā)明涉及了一種RFID閱讀器波束切換型陣列天線，該發(fā)明將在射頻識別領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。
[0026]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.RFID閱讀器波束切換型陣列天線，包括天線輻射單元、電控移相器、功率分配器，衰減器，其特征在于:所述天線輻射單元采用微帶天線形式，使用同軸線饋電方式，所述電控移相器可以通過主芯片對給出信號進行相位控制，所述功率分配器為微帶線構(gòu)成的四等分功分器，所述衰減器可以對信號振幅衰減。2.根據(jù)權(quán)利1要求，所述陣列天線包括4個微帶貼片天線，其特征在于:4個微帶貼片天線相同，采用同軸饋電方式，4天線直線排列組成線天線陣，饋電點間距λ/2。3.根據(jù)權(quán)利2要求，所述微帶貼片天線結(jié)構(gòu)簡單，其特征在于:輻射貼片使用純銅板，地平面使用在單面覆銅的FR4板，介質(zhì)層使用空氣層。4.根據(jù)權(quán)利2要求，所述微帶天線，其特征在于:輻射貼片，即純銅板上開槽處理，減小天線尺寸，實現(xiàn)小型化，接地板開槽減小天線的后瓣電平，增強主波束增益。5.根據(jù)權(quán)利4要求，所述微帶天線，其特征在于:福射貼片尺寸為136mmX100mm，地平面尺寸為168mmX 268mm。6.根據(jù)權(quán)利2要求，所述微帶天線饋電方式，其特征在于:饋電通過同軸線采用底饋形式，同軸線連接方式是將同軸線的外皮與下層的鋪銅接地面焊接，同軸線的芯線穿過通孔與上層的輻射貼片焊接。7.根據(jù)權(quán)利1要求，所述陣列天線饋電方式特征在于:使用切比雪夫函數(shù)激勵，使其陣列具有低等副瓣電平。8.根據(jù)權(quán)利1要求，所述電控移相器特征在于:能根據(jù)控制信號對載波信號進行實時移向，以滿足天線饋電的需求。9.根據(jù)權(quán)利1要求，所述功率分配器特征在于:采用微帶線構(gòu)成的四等分功分器，單獨設(shè)計，由同軸線與陣列天線相連接。
【專利摘要】本發(fā)明涉及了一種RFID閱讀器波束切換型陣列天線，屬于射頻識別技術(shù)和天線技術(shù)領(lǐng)域。所述天線陣列包括4個天線輻射單元、電控移相器、功率分配器、衰減器；所述天線輻射單元采用微帶天線形式，為實現(xiàn)閱讀器天線小型化，在輻射貼片上開槽處理，介質(zhì)層為空氣層，接地面為平板敷銅，使用同軸線饋電方式；所述電控移相器可以通過主芯片對給出信號進行相位控制，以實現(xiàn)波束切換的功能；所述功率分配器為微帶線構(gòu)成的四等分功分器，功分器單獨設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單且安裝方便易調(diào)試；所述衰減器對信號電流幅度衰減，滿足激勵振幅比例。本發(fā)明可以使閱讀器對標簽進行區(qū)域掃描，擴大了閱讀器的識別區(qū)域，對RFID系統(tǒng)具有指導(dǎo)意義。
【IPC分類】H01Q23/00, H01Q1/22
【公開號】CN105305018
【申請?zhí)枴緾N201510632287
【發(fā)明人】李建雄, 陳明省, 閆必行, 宋山林, 蔣昊林
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年9月29日