一种高增益的RFID圆极化微带天线的制作方法

本实用新型属于微带天线技术领域，具体涉及一种高增益的RFID(Radio Frequency Identification)的圆极化微带天线。

背景技术：

RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种非接触式通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可以在物流，医疗器械管理，物资使用，图书管理，动物识别，生产装配等领域广泛的使用。RFID系统一般包括电子标签、读写器以及应用软件三部分组成。电子标签用来存储被标识物体的身份信息。读写器与电子标签进行无线通信，可以实现对标签中数据信息的写入和读取，应用软件把读写器收集的数据进行分析处理。目前国家相关法规规定了读写器的输出功率不能大于2W，所以在相同的读写器功率下，读写器天线的增益大小可以直接决定整个系统的读写距离。目前现有的RFID读写器天线，主要以微带天线为主。

然而现有技术的RFID微带天线，通常在一块方体的介质块两面分别设置上电极和下电极，为了提高微带天线的增益，一般选用介电常数较低的材料作为介质块，但是在现有材料中，几乎没有介电常数低于2的材料。因此，在一定体积下，现有技术微带天线的增益是存在上限瓶颈的，为实现高增益往往需要做天线阵列才能实现，但即便如此，在902MHz～928MHz频段做150mm*150mm*10mm尺寸大小，其增益只有在6.5dBi左右。

故，针对现有技术存在的缺陷，实有必要提供一种技术方案，以克服现有技术存在的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，确有必要提供一种一种高增益的RFID圆极化微带天线，使微带RFID天线在相同尺寸大小下达到更高的增益，从而能在不需要组阵增大天线尺寸的情况下实现现有设计不能达到的增益指标。

为了克服现有技术的缺陷，本实用新型的技术方案为：

一种高增益的RFID圆极化微带天线，包括一介质块(11)、设置所述介质块(11)上表面的上电极(14)、设置所述介质块(11)下方的介质框(12)、设置在所述介质框(12)下方用于封闭所述介质框(12)并使其间充满空气的介质板(13)，所述介质板(13)的一面设置金属反射面(15)，其另一面设置天线馈电网络；

在所述介质块(11)几何中心附近设置与上电极(14)电气连接的馈电针，所述馈电针延伸至介质板(13)表面并与天线馈电网络电气连接，所述馈电针与反射面(15)没有电气连接；

所述上电极(14)、介质块(11)、介质框(12)和反射面(15)之间形成谐振体，其中，所述上电极(14)为天线的谐振电极，所述反射面(15)为天线的地；通过调整上电极(14)的长宽和介质框(12)的高度实现调整天线的谐振频率。

优选地，所述金属反射面(15)直接封闭所述介质框(12)中间镂空，所述介质板(13)设置在金属反射面(15)下方，所述介质板(13)下面设置天线馈电网络。

优选地，所述馈电针包括第一馈电针(16-1)和第二馈电针(16-2)，所述第一馈电针(16-1)相对于所述第二馈电针(16-2)馈电相位相差90°从而实现天线圆极化。

优选地，所述的介质块(11)或所述介质框(12)采用介电常数为2～80的的微波介质材料。

优选地，所述介质框(12)的介电常数与所述介质块(11)的介电常数相近或者相等。

优选地，所述上电极(14)材料为导电金属。

优选地，所述上电极(14)的形状可以为任何正多变形或圆形。

优选地，所述介质框(12)中形成的镂空形状尺寸略大于所述上电极(14)的形状尺寸。

优选地，还包括第三馈电针和第四馈电针，所述第三馈电针和第四馈电针与所述第一馈电针(16-1)和所述第二馈电针(16-2)位置对称，其馈电相位依次相差90°。

优选地，所述金属反射面(15)设置在所述介质板(13)下方，馈电网络位于介质板(13)上表面。

采用本实用新型的技术方案，通过调整上电极(14)的长宽可以调整天线的谐振频率，通过调整介质框(12)的高度可以调整天线的谐振频率，来达到工作频段的频率以及阻抗和RFID系统的输入端的阻抗相匹配。

附图说明

图1为本实用新型高增益的RFID圆极化微带天线的结构图；

图2为现有技术的RFID天线与本实用新型RFID天线增益的实测对比图。

具体实施方式

参见图1，所示为本实用新型高增益的RFID圆极化微带天线的结构图，包括一块长方体的介质块(11)，在介质块(11)上表面设置上电极(14)，与现有技术不同的是，其下表面无电极，介质块(11)下方设置于介质块(11)介电常数相近或者相等的介质框(12)，介质框(12)为中间镂空，镂空形状与上电极(14)形状相适应，大小略大于上电极(14)的尺寸，在介质框(12)下方有金属反射面(15)，反射面(15)下方有介质板(13)，介质板(13)下面为天线馈电网络。当然，金属反射面(15)也可以设置在介质板(13)下方，馈电网络位于介质板(13)上表面，介质板(13)用于封闭介质框(12)并使其间充满空气的。

采用上述结构，上电极(14)、介质块(11)、介质框(12)和反射面(15)之间形成谐振体，其中，所述上电极(14)为天线的谐振电极，所述反射面(15)为天线的地；通过调整上电极(14)的长宽高进而调整天线的谐振频率，通过调整介质框(12)的高度可以调整天线的谐振频率。

在介质块(11)几何中心附近设有第一馈电针(16-1)和第二馈电针(16-2)，均与上电极(14)电气连接，馈电针延伸至介质板(13)并与天线馈电网络电气连接，但其与反射面(15)不电气连接。第一馈电针(16-1)与第二馈电针(16-2)馈电相位相差90°，实现天线圆极化。

上述技术方案中，上电极(14)的尺寸与天线的工作频段有关，设频段的谐振频率中心频点为f0，则长度：

其中上电极(14)的形状为任何正多边形或圆形，L为上电极的正多边形的边长或者圆形的直径，ε_r为介质块与下层镂空部分内空气(或介电常数低于介质块的其它材料)的等效介电常数。如果设介质块的厚度为h1,介电常数为ε₁，下层镂空部分厚度为h2，介电常数为ε₂，则等效介电常数

本实用新型的技术方案中，由于介质块(11)与下方有介质框(12)形成介质腔体，使得上电极(14)所在介质的实际介电常数小于介质块(11)，在微带天线中，较低的介电常数可以有效的减少天线的背向辐射，从而使得辐射方向的总能量提高，提升天线的增益。在较低的介电常数中，几乎没有有低于介电常数2的材料，而使用空气介质，天线的体积过大，所以在同体积的情况下，本实用新型的技术方案能够实现更高的增益。

根据微带天线的空腔模理论，一个形状规则的微带天线，在对称线上馈电，会产生两个幅度相等的正交极化简并模。馈电针(16-1)(16-2)分别激励TM₀₁和TM₁₀，两个模振幅相等，极化方向正交，相位相同。所以在馈电针(16-1)(16-2)需要增加馈电网络，使得馈电针(16-1)(16-2)的相位差为90°。从而使TM₀₁模延迟或者提前90°激励，产生圆极化。馈电网络可以使用分支线耦合器或者T形网络等实现。

在一种优选实施方式中，介质块(11)可以由介电常数为2～80的的微波介质材料制作，例如SiO₂-CaO-B₂O₃系列微波介质材料或者BaO-PbO-Nd₂O₃-TiO₂系列微波材料等。

为了便于实际工程安装，馈电针(16-1)(16-2)与上电极(14)相连接且露出到介质块(11)下表面并与反射面(15)不电气连接露出到介质板(13)下表面。

参见图2，所示为现有技术的RFID天线与本实用新型RFID天线增益的实测对比图，采用本实用新型的技术方案，在150mm*150mm*10mm尺寸大小时，在902MHz～928MHz频段阻抗带宽达到了40MHz，增益达到7.5dBi，而现有的技术方案在902MHz～928MHz频段阻抗带宽不到30MHz，增益不超过6.5dBi。因此，本实用新型的技术方案有效拓宽了带宽，增加了天线的增益，相对于现有技术，在不增加体积的情况下有效的增加的增益。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。