一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵的制作方法

本发明涉及RFID标签天线，尤其涉及一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵。

背景技术：

RFID(Radio Frequency Identification)——射频识别技术，是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，它包括电子标签、读写器两个主要部分，附有编码的标签和读写器通过天线进行无接触数据传输，以完成一定距离的自动识别过程。作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和消息标准化的基础，已经被世界公认为本世纪十大重要技术之一。为了在较长的工作距离上快速读取标签上的信息，高频段的系统正备受关注，而RFID标签天线是RFID系统中最易变的部分，如何通过减小天线的厚度来实现天线的信号增益以及设计上的小型化，共形化、低成本、低损耗的实际要求都是现有技术中的难点，所以优化设计RFID标签天线在整个RFID系统中占有重要地位。

为解决上述存在的问题，本发明使用将微电线进行弯折的馈电方式来使天线小型化，使用圆形贴片的贴片形式来增强其辐射能力，最后结合基片的性质实现对天线阵的增益，从整体上增强了天线的隐蔽性和稳定性，同时天线厚度大大减小，实现了超薄高增益天线阵。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵。

为解决上述一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵设计上的高增益、小型化、低成本和低损耗的技术问题。

本发明采用了以下技术措施：

一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵，天线主体为PCB板；所述PCB板包括天线系统、基片和附着在基片下层作为天线接地板的铜片箔；所述天线系统包括相互连接的馈电线部分、接地板和若干个微带贴片天线，所述馈电线部分包括功分器和与之连接的微带线，所述微带线与微带贴片天线连接形成两个输入端；所述馈电线线路部分至少含有两级功分结构，与第一级功分结构相连接的微带线呈弯折分布，最后一级功分结构中形成所述两个输入端的微带线呈90°垂直分布且微带线的馈电长度分布使两个输入端的相位差为90°。

作为进一步改进，所述馈电线含有三级功分结构，所述的天线通过一个总端口输入能量，所述三级功分结构最终将输入能量八等分。

作为进一步改进，所述功分器为微带线功分器，所述每个功分器通过功率等分端口将能量二等分，所述每个功率等分端口通过微带线与下一级功分器的输入端相连接。

作为进一步改进，定义每级所述功分结构微带线的垂直长度为d，其中d为15mm～25mm，定义所述第一级功分结构中的输出微带线水平延伸部分总长度为L1，其中L₁的长度为自由空间的半波长，定义所述第二级功分器结构中的输出微带线水平延伸部分总长度为L2，其中L₂的长度为自由空间的四分之一波长。

作为进一步改进，所述功分器的左输出端口的微带线向左水平延伸后垂直向上弯折形成所述圆形贴片左端口的信号输入，所述功分器的右输出端口的微带线水平向右延伸后垂直向上弯折再水平向左延伸进而形成所述圆形贴片右端口的信号输入，调整右端口第一次水平延伸的长度使两个输入端的相位差为90°。

作为进一步改进，所述的每个功分器中附带隔离电阻，其电阻值为100欧。

作为进一步改进，所述的基片介电常数为4.3，损耗正切角为0.0035，厚度为3.05mm，材料为铜。

作为进一步改进，：所述的微带贴片天线为圆形贴片，所述圆形贴片将输入的电流转化为电磁波，定义圆形贴片的半径为r，其中r的范围为45mm～48mm，所述圆形贴片工作模式是TM11模式。

作为进一步改进，所述微带线可分为第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的特性阻抗为50Ω，定义所述第一微带线的宽度为w₁，其中w₁的范围为5.8mm～6.3mm；所述第二微带线的特性阻抗为70.71Ω，其中w₂的范围为2.8mm～3.4mm。与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1、馈电方式上微带线采用适度向下弯折的方式使天线的馈电部分结构紧凑，保证了天线整体结构的小型化。

2、采用的微带贴片天线其辐射特性依赖于缝隙，故采用圆形贴片可以提高辐射效率，增加带宽，同时又可以增加辐射能力。

3、选用的基片其具有较高的介电常数，同时具有低损耗的特性，以此作为天线的制成是的导波信号波长缩减达50％以上。

附图说明

附图1是本发明用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵的整体示意图；

附图2是本发明用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵的天线示意图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵，天线主体为PCB板；所述PCB板包括天线系统10、基片20和附着在基片下层作为天线接地板的铜片箔30；所述天线系统10包括相互连接的馈电线部分12、接地板30和若干个微带贴片天线11，所述馈电线部分包括功分器和与之连接的微带线121，所述微带线121与微带贴片天线11连接形成两个输入端；所述馈电线12至少含有两级功分结构，与第一级功分结构相连接的微带线呈弯折分布，最后一级功分结构中形成所述两个输入端的微带线呈90°垂直分布且输入微带线的馈电长度分布使两个输入端的相位差为90°。

一种用于RFID系统的超薄高增益读写器天线阵，包括天线10、基片20以及接地板30，所述天线10和接地板30与基片20的上下表面固定连接，所述天线10包括馈电线12和若干个微带贴片天线11，所述馈电线12包括功分器和与之连接的微带线121，所述微带线121与微带贴片天线11连接形成两个输入端；所述馈电线12至少含有两级功分结构，第一级功分结构的微带线呈弯折分布，最后一级功分结构中形成所述两个输入端的微带线121呈90°分布且微带线121的分布使两个输入端的相位差为90°。

请参考图1和图2，实施例中，所述馈电线12含有三级功分结构，所述的天线10通过一个总端口输入能量，所述三级功分结构最终将输入能量八等分。所述功分器为微带线功分器，所述每个功分器通过功率等分端口将能量二等分，所述每个功率等分端口通过微带线121与下一级功分器的输入端相连接。所述的功分器中附带隔离电阻，所述隔离电阻的阻值为100欧，所述的功分器对称分布。实施例中，工作频率的范围为902～928MHz，优选的，工作频率选用915MHz，当工作频率为915MHz时，定义每级所述功分结构微带线121的垂直长度为d，其中d为15mm～25mm，优选的，d为20mm。定义所述第一级功分结构40中的功分器41的输出微带线121水平延伸部分总长度为L₁，其中L₁为160mm～165mm，优选的，L₁为164mm，其长度约为自由空间波长的二分之一，定义所述第二级功分器结构50中的功分器51的输出微带线121水平延伸部分总长度为L₂，其中L₂为80mm～85mm，优选的，L₂为82mm，其长度约为自由空间波长的四分之一。所述第一级功分结构40中的微带线121部分向输入端方向弯折，所述第二级功分结构50中的微带线121部分只包括单个水平部分和单个垂直部分。通过功分器的能量等分实现天线辐射的增益，加入隔离电阻能够有效阻碍分支端口反射信号对其他端口的影响，提高了功分器的稳定性，并且合理的微带线分布和长度设置也保证了天线整体结构的小型化使馈电线结构更加紧凑。

请参考图1和图2，实施例中，所述功分器61的左输出端口的微带线121向左水平延伸后垂直向上弯折延伸形成所述圆形贴片左端口的信号输入，所述功分器61的右输出端口的微带线121水平向右延伸后垂直向上弯折延伸再水平向左延伸进而形成所述圆形贴片11右端口的信号输入，左右端口的微带线121环绕部分形成“正方形”的部分形状，调整右端的微带线121路程与左端的微带线121路程之差为右端口第一次水平延伸长度的两倍来使两个端口的相位差为90°进而形成圆极化辐射，定义右端口第一次水平延伸的长度为S，结合频率进行微调最后得出当S＝13.7mm时左右端口的相位差为90°，此时S的两倍即27.4mm等于相对于介质中波长的四分之一长度。通过与第三级功分器结构后的微带线长度和形状结合频率的数值来进行调试来保证天线左右端口信号的相位差的稳定。

请参考图1，实施例中，所述的基片20介电常数较高，介电常数为4.3，损耗正切角为0.0035，厚度为3.05mm，材料为铜，所述基片厚度极薄，以此作为天线的支撑使得导波信号波长缩减达50％以上，并且损耗较小。

请参考图1和图2，实施例中，所述的微带贴片天线11为圆形贴片或者方形贴片，优选的，选用圆形贴片，所述圆形贴片11将输入的电流转化为电磁波，定义圆形贴片11的半径为r，其中r的范围为45mm～48mm，优选的，r为45.5mm，所述圆形贴片11工作于TM11模式，其辐射效率约为94％，增益约为7.1dB，带宽大于1％。所述微带线可分为第一微带线和第二微带线，所述第一微带线的特性阻抗为50Ω，定义所述第一微带线的宽度为w₁，其中w₁的范围为5.8mm～6.3mm，优选的，w₁为6.2mm；所述第二微带线的特性阻抗为70.71Ω，所述第二微带线用于连接功分器部分。采用圆形贴片的形式相对于其他形式的微带天线有更大的表面积似的缝隙的周长更大，大大提升了辐射能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。