圆极化超高频的天线单元及RFID读写器阵列天线的制作方法

本发明涉及圆极化超高频的天线单元及rfid读写器阵列天线，属于射频天线。

背景技术：

1、读写器天线作为rfid系统中必不可少的重要组件之一，其性能对于整个rfid系统的收发质量起到了决定性的作用。随着rfid的技术发展，越来越多的行业开始使用这项技术进行资产管理，因此更加多样的应用场景，更加复杂的功能需求被一一提出，为了满足这些需求，读写器天线的设计也在不断推陈出新。

2、rfid天线可划分为：远场读写器天线，远、近场读写器天线和近场读写器天线。其中，远场读写器天线能够实现较远的探测距离和较宽的覆盖面积，因而在远距离识别探测、货物盘点等场景里应用广泛。远场读写器天线需要解决的关键问题之一是如何提高标签读写覆盖。目前主要通过两个方式，一是设计圆极化或者多极化读写器天线单元，提高极化覆盖能力，减少因标签类型或摆放方向导致的漏读情况；二是设计具有多个天线单元的阵列，通过提升增益和增加波束扫描功能，获得更大面积的读写覆盖。

3、圆极化天线对电磁极化不敏感，可以均匀接收和发射同一平面内不同角度的线极化波，这样就能避免由于极化失配导致的电磁波极化损失。圆极化波还具有旋转正交性，能够抗多径干扰。圆极化天线的实现方式主要有三种：一是单点馈电，通过引入微扰，激励起正交的两种模式，从而形成圆极化；二是双馈点法，在对称位置同时馈入信号，利用移相网络使得馈入信号满足等幅90°相差；三是顺序旋转，利用将辐射单元结构依次旋转90°，同时保证单元激励相差为90°。

4、就目前常用的馈电方式而言，直接馈电带宽较窄，且阻抗匹配实现难度较大，通常需要另外的匹配元件或匹配支路；缝隙耦合馈电，虽然能拓展带宽，但地板开槽会导致有向后的能量辐射，使天线峰值增益降低。

5、现有采用双馈电的圆极化天线虽然具有较宽的轴比，但是馈电电路复杂，需要占据较大空间，同时馈电电路也会引入额外的损耗；顺序旋转天线阵虽然可以实现更纯净的圆极化效果，但其单元数目较多结构尺寸较大，多用在单元数较多的面阵中，而读写器天线阵大多是结构紧凑的小型阵列。

6、就目前常用的阵列单元而言，贴片天线虽然具有较高的结构稳定性，但带宽较窄，难以完全覆盖目前超高频rfid常用的902-928mhz频段；电磁偶极子单元虽然具有宽带特性，但其长度一般在半波长，当天线单元排布间距较小时相邻单元互耦影响很大，这会导致天线阵列性能严重恶化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供圆极化超高频的天线单元，应用耦合馈电，结合以空间交叠方式引入的叠层电容，实现了天线单元的小型化。

2、本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了圆极化超高频的天线单元，包括金属地板、第一层pcb板、第二层pcb板、十字导电贴片、板载导电贴片、以及四个匹配导电贴片、四个导电柱；其中，十字导电贴片贴设于第一层pcb板的其中一表面上，四个匹配导电贴片贴设于第一层pcb板的另一表面上，各匹配导电贴片分别与十字导电贴片上的各端部彼此间一一对应，十字导电贴片上的各端部分别与其对应匹配导电贴片之间形成叠层电容；

3、板载导电贴片贴设于第二层pcb板的其中一表面上，板载导电贴片表面设置条形槽、以及馈电点，同轴电缆的一端连接馈电点，同轴电缆的另一端穿过金属地板对接rfid读写器；第二层pcb板以其表面平行第一层pcb板表面的姿态，置于第一层pcb板的下方，且沿垂直于第一层pcb板表面的投影方向，十字导电贴片的中心位置投影位于板载导电贴片的投影内；金属地板以其表面平行第二层pcb板表面的姿态，置于第二层pcb板的下方；第一层pcb板、第二层pcb板、金属地板三者相邻板之间分别保持预设距离间距；

4、四个导电柱分别与各匹配导电贴片彼此间一一对应，各导电柱上其中一端分别与对应匹配导电贴片相连接，且各导电柱上的该端不与十字导电贴片接触，各导电柱上另一端分别穿过第二层pcb板上非板载导电贴片贴设区域、并对接金属地板，各导电柱分别与其对应第二层pcb板上的穿过位置相连接。

5、作为本发明的一种优选技术方案：十字导电贴片由两相同长度直线形导电贴片彼此间以中点位置相互正交构成，且两直线形导电贴片分别所在面相共面，十字导电贴片贴设于第一层pcb板的其中一表面上，且沿垂直于第一层pcb板表面的投影方向，十字导电贴片的投影位于第一层pcb板的投影内；四个匹配导电贴片贴设于第一层pcb板的另一表面上，各匹配导电贴片分别与十字导电贴片上的各端部彼此间一一对应，且沿垂直于第一层pcb板表面的投影方向，各匹配导电贴片的投影分别与十字导电贴片上对应端部的投影彼此间存在重叠，以及十字导电贴片其中一直线形导电贴片两端部与对应匹配导电贴片之间的投影重叠区域面积、和另一直线形导电贴片两端部与对应匹配导电贴片之间的投影重叠区域面积彼此不同，十字导电贴片上的各端部分别与其对应匹配导电贴片之间形成叠层电容。

6、作为本发明的一种优选技术方案：第一层pcb板表面形状为正方形，各匹配导电贴片为扇形，各匹配导电贴片分别位于第一层pcb板上其所设面的四个顶角位置，且各匹配导电贴片扇形的两直边分别与其所设顶角位置的两直角边相平齐。

7、作为本发明的一种优选技术方案：若板载导电贴片表面为多边形，则板载导电贴片上至少一个顶角位置设置切角；若板载导电贴片表面为圆形或椭圆形，则板载导电贴片上至少一个弧形位置设置切边。

8、作为本发明的一种优选技术方案：板载导电贴片表面为矩形，则板载导电贴片上对象线上的两个顶角位置分别设置切角。

9、作为本发明的一种优选技术方案：基于沿垂直于第一层pcb板表面投影方向，板载导电贴片表面馈电点的投影位于十字导电贴片中夹角角平分线所在直线的投影上。

10、作为本发明的一种优选技术方案：板载导电贴片表面条形槽位于板载导电贴片的中心位置。

11、与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种基于圆极化超高频的rfid天线单元的rfid读写器阵列天线，设计阵列排布方式，实现天线信号的大角度扫描。

12、本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于圆极化超高频的rfid天线单元的rfid读写器阵列天线，包括至少两个rfid天线单元，各rfid天线单元阵列排布设置，且相邻rfid天线单元之间间距满足预设距离，且相邻rfid天线单元的金属地板彼此之间相对边缘相互对接。

13、作为本发明的一种优选技术方案：阵列排布的各rfid天线单元结构中，各十字导电贴片中各夹角角平分线所在直线分别与阵列排布结构的行、列相平行。

14、本发明所述圆极化超高频的天线单元，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

15、（1）本发明所设计圆极化超高频的天线单元，以金属地板为基础，加入第一层pcb板与第二层pcb板，通过第一层pcb板上下面设置的十字导电贴片和匹配导电贴片，构成刚刚叠层电容，并通过各匹配导电贴片与十字导电贴片之间重叠面积的不同，引入微扰，激励起正交的两个模式，共同产生了圆极化辐射效果，同时联系第二层pcb板表面所设置的板载导电贴片，通过空间耦合激励天线圆极化辐射，提升天线单元带宽；本发明还进一步以阵列排布方式设计rfid读写器阵列天线，实现了天线信号的大角度扫描；

16、（2）本发明所设计圆极化超高频的天线单元，利用上下层贴片的区域性重合引入了叠层电容加载，实现了天线尺寸的缩小，天线长宽仅为0.24λ。满足小型化单元的需求；板载导电贴片利用切角贴片空间耦合激励起圆极化辐射，不仅实现较好的阻抗匹配（| s 11|<-10db），并且拓展了天线带宽；以pcb基板的基础设计，加工较为方便，且误差较小。