專利名稱：超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻天線，特別是涉及一種超高頻多極化捷變射頻識別讀 寫器天線。
技術(shù)背景射頻識別是利用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)物體自動(dòng)識別。射頻識別系統(tǒng)主要包含有讀寫器和電子標(biāo)簽兩部分，其中電子標(biāo)簽附在物體上面并包含有唯一的一個(gè)ID號 和物品的信息；讀寫器用于讀取電子標(biāo)簽上的信息，從而實(shí)現(xiàn)物體的自動(dòng)識別。 射頻識別系統(tǒng)工作時(shí)，由讀寫器通過天線發(fā)出射頻信號，電子標(biāo)簽接收到讀寫 器發(fā)出的讀寫指令后，返回射頻信號進(jìn)行響應(yīng)，把ID號和物品信息傳遞給讀寫 器，從而實(shí)現(xiàn)物品自動(dòng)識別。對于射頻識別系統(tǒng)來講，讀寫器與標(biāo)簽天線之間的讀寫距離是重要指標(biāo)。 這個(gè)指標(biāo)與讀寫器天線輻射的電磁波所采用的極化方式、標(biāo)簽天線的極化方式 以及標(biāo)簽天線的擺放方向有關(guān)，為了使讀寫距離最遠(yuǎn)，要求讀寫器天線與標(biāo)簽 的極化方式剛好匹配。常用的極化方式有左旋圓極化、右旋圓極化、垂直線極 化、水平線極化等。受尺寸的限制，電子標(biāo)簽上的天線大都采用直線極化方式，在實(shí)際應(yīng)用中， 由于標(biāo)識的物體擺放的隨機(jī)性和電波傳輸路徑的多樣性，電子標(biāo)簽的極化方式 不確定，可能是水平極化的，也可能是垂直極化的，還有可能是左旋或右旋圓 極化的?，F(xiàn)有的讀寫器天線都采用單一極化的方式，這樣就會(huì)帶來讀寫的盲區(qū)， 使射頻識別系統(tǒng)工作的可靠性降低。為了提高系統(tǒng)工作的可靠性，需要讀寫器 天線能夠適應(yīng)電子標(biāo)簽各種極化方式和擺向。從資料和專利文獻(xiàn)上看，沒有發(fā)現(xiàn)有用于RFID讀寫器上的極化捷變天線。 在文獻(xiàn)(張巖，呂善偉，佟木林，IC卡讀寫器用的一種四元振子天線分析，宇 航計(jì)測技術(shù)，2003， (23) 5: 20-26)中提到-.種四元振子的IC卡讀寫器天線， 但是沒有提到多極化能力。專利號為200410090146的中國專利提到. -種用于R F I D系統(tǒng)中的環(huán)形線圈天線，但不具有多極化能力。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)由于電子標(biāo)簽極化方式和擺向的不確 定而帶來的射頻識別系統(tǒng)工作不可靠的缺點(diǎn)，提供一種超高頻多極化捷變射頻 識別讀寫器天線，在讀寫器天線上采用多極化快速切換方式，使讀寫器天線能 對多種極化方式和極化方向的電波進(jìn)行輻射和接收。
本實(shí)用新型的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線，包括雙極化天線和電控射頻分配 網(wǎng)絡(luò)，雙極化天線和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)通過端口一和端口二相連；所述電控射 頻分配網(wǎng)絡(luò)包括兩單刀雙擲射頻開關(guān)、單刀四擲射頻開關(guān)、3db分支線定向耦合 器和控制電路；所述單刀四擲射頻開關(guān)中的兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線與3db分支線定 向耦合器輸入相連，3db分支線定向耦合器的輸出用兩條等長饋線分別接到兩個(gè) 單刀雙擲開關(guān)，單刀四擲另外兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線也分別接到兩個(gè)單到雙擲；所 述控制電路分別與單刀雙擲射頻開關(guān)、單刀四擲射頻開關(guān)連接；電纜通過電容 與單刀四擲射頻開關(guān)連接，還通過電感和電容組成的濾波電路與控制電路連接。
所述雙極化天線采用串饋微帶天線陣列，包括微帶貼片、兩個(gè)饋電端口端 和分配電路，微帶貼片是印制在電路板上的圓形或矩形金屬，微帶貼片之間用 彎折線連接，組成天線陣列的，用于輻射或接收電磁波，分配電路把端口送來 的射頻信號分配到各微帶天線單元，如圖2所示，端口 4來的射頻信號經(jīng)過饋 線平分到微帶貼片32和微帶貼片33，然后通過微帶貼片31和微帶貼片32之間 的彎折線及微帶貼片33和微帶貼片34間的彎折線送到微帶貼片33和微帶貼片 34，端口 5來的射頻信號經(jīng)過饋線平分到微帶貼片33和微帶貼片34，然后通過 微帶貼片32和微帶貼片33之間的彎折線及微帶貼片31和微帶貼片34間的彎 折線送到微帶貼片31和微帶貼片32，組成雙極化串饋天線陣，微帶貼片之間的 連接線采用了彎折線以保證微帶貼片之間的間距滿足天線的增益和波瓣寬度的 要求。
實(shí)用新型原理為空間的電磁波的電場可以看成由垂直和水平兩個(gè)正交的分量合成產(chǎn)生，當(dāng)只有垂直分量時(shí)，電磁波為垂直極化；當(dāng)只有水平分量時(shí)， 電磁波為水平極化，當(dāng)兩個(gè)分量幅度相等，相位相差正或負(fù)90度時(shí)，電磁波為 左旋或右旋圓寂化，本實(shí)用新型專利設(shè)計(jì)一個(gè)雙極化天線陣列，該天線具有兩 個(gè)端口，分別輻射和接收電磁波的垂直和水平分量，再設(shè)計(jì)一個(gè)電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)，控制送到這兩個(gè)端口信號的幅度和相位，當(dāng)只使用垂直分量端口時(shí)，天 線輻射和接收垂直極化波，當(dāng)只使用水平分量端口時(shí)，天線為輻射和接收水平 計(jì)劃波，當(dāng)同時(shí)時(shí)用兩個(gè)端口，而且控制兩個(gè)端U信號的幅度相等、相位相差 正或負(fù)90度，則天線輻射和接收左旋或右旋圓極化波，從而保證天線可以在不 同極化方式和極化方向都能工作。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1) 本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)多種極化。其雙極化天線有兩個(gè)端口，兩個(gè)端口 分別對應(yīng)兩種極化方向正交的直線極化。送到這兩個(gè)端口的射頻信號關(guān)系不同， 雙極化天線的極化方式也不同，可以實(shí)現(xiàn)垂直直線極化、水平直線極化、左旋 圓極化和右旋圓極化。(2) 本實(shí)用新型根據(jù)從讀寫器送來的控制信號控制射頻切換開關(guān)，切換射 頻分配網(wǎng)絡(luò)，射頻分配網(wǎng)絡(luò)根據(jù)各射頻切換開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)不同，到雙極化天 線的兩個(gè)端口的相位關(guān)系不同，輻射和接收到的極化方式和指向不同，從而可 以讀取不同極化、不同指向的電子標(biāo)簽，保證電子標(biāo)簽在不同的極化和擺放狀 態(tài)下都能可靠地讀取，提高了射頻識別系統(tǒng)的可靠性。


圖1是超頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線原理示意圖。 圖2是雙極化天線正視圖。 圖3是雙極化天線右視圖。 圖4是控制電路的原理圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)-一 步地描述。如圖l、 2和圖3所示，本實(shí)用新型的超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天 線包含兩部分雙極化天線1和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)2。如圖1所示。雙極化天線 1和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)2通過端口一 4和端口二 5相連。雙極化天線1如圖2和圖3所示，雙極化天線1采用串饋微帶天線陣列， 包括微帶貼片31、 32、 33、 34、端口一4、端口二5和分配電路，微帶貼片31、 32、 33、 34是印制在電路板上的圓形或矩形金屬，微帶貼片之間用彎折線連接， 組成天線陣列的，用于輻射或接收電磁波，分配電路把端口送來的射頻信號分 配到各微帶天線單元，如圖2所示，端口 4來的射頻信號經(jīng)過饋線平分到微帶貼片32和微帶貼片33，然后通過微帶貼片31和微帶貼片32之間的彎折線及微 帶貼片33和微帶貼片34間的彎折線送到微帶貼片33和微帶貼片34，端口 5來 的射頻信號經(jīng)過饋線平分到微帶貼片33和微帶貼片34，然后通過微帶貼片32 和微帶貼片33之間的彎折線及微帶貼片31和微帶貼片34間的彎折線送到微帶 貼片31和微帶貼片32，組成雙極化串饋大線陣，微帶貼片之間的連接線采用了 彎折線以保證微帶貼片之間的間距滿足天線的增益和波瓣寬度的要求。如果信 號只從端口一4進(jìn)去，端口二5不輸入信號，可以實(shí)現(xiàn)水平極化；如果信號只 從端口二5進(jìn)去，端口一4不輸入信號，可以實(shí)現(xiàn)垂直極化；如果信號同時(shí)從 端口一4和端口二5，兩端口相位相差正或負(fù)90度，可以實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極 化。如圖1所示，電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)2主要由單刀雙擲射頻開關(guān)6、 7、單刀四 擲射頻開關(guān)8、 3db分支線定向耦合器9和控制電路18組成。單刀四擲射頻開 關(guān)8其中的兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線13、 14與3db分支線定向耦合器9輸入相連，3db 分支線定向耦合器9的輸出用兩條等長饋線16和17分別接到兩個(gè)單刀雙擲開 關(guān)6和7，單刀四擲另外兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線10和11也分別接到兩個(gè)單到雙擲6 和7?？刂齐娐?8分別與單刀雙擲射頻開關(guān)6、 7、單刀四擲射頻開關(guān)8連接； 電纜21通過電容22與單刀四擲射頻開關(guān)8連接，還通過電感20和電容19組 成的濾波電路與控制電路18連接。從讀寫器來的控制信號與射頻信號都通過電纜21送到天線，用電感20和 電容19組成的濾波電路把控制信號從電纜中分離出來，送控制電路產(chǎn)生控制信 號控制兩個(gè)單刀雙擲射頻開關(guān)和單刀四擲射頻開關(guān)。電容22把射頻信號從電纜 中分離出來送單刀四擲射頻開關(guān)8。如圖4所示，控制電路18由穩(wěn)壓電路41、 4個(gè)電壓比較器42、 43、 44、 45 和CPLD邏輯電路46組成。穩(wěn)壓電路41分別與4個(gè)電壓比較器42、 43、 44、 45和CPLD邏輯電路46連接，為其電路提供電源，四個(gè)電壓比較器42、 43、 44、 45還分別與電感20以及CPLD邏輯電路46連接，電壓比較器42、 43、 44、 45檢測電纜送來的電壓，結(jié)果送CPLD邏輯電路46譯碼產(chǎn)生4路控制射頻開關(guān) 的控制信號。當(dāng)電纜送來直流電平l時(shí)，CPLD邏輯電路46根據(jù)電壓比較器的 結(jié)果輸出信號控制單刀雙擲射頻開關(guān)7和單刀四擲射頻開關(guān)8都打到饋線10， 射頻信號送雙極化天線端口 4，端口5沒有信號，天線為水平極化，輻射和接收水平極化波。當(dāng)電纜送來直流電平2時(shí)，CPLD邏輯電路46根據(jù)電壓比較器的 結(jié)果輸出信號控制單刀雙擲射頻開關(guān)6和單刀四擲射頻開關(guān)8都打到饋線11， 射頻信號送雙極化天線端口 5，端口4沒有信號，天線為垂直極化，輻射和接收 垂直極化波。當(dāng)電纜送來直流電平3時(shí)，CPLD邏輯電路46根據(jù)電壓比較器的 結(jié)果輸出信號控制單刀雙擲射頻開關(guān)7打到饋線16，單刀雙擲射頻開關(guān)6打到 饋線17，單刀四擲射頻開關(guān)8打到饋線13，雙極化天線端U 4和端U 5由3db 分支線定向耦合器9饋電，射頻信號由3db分支線定向耦合器等幅分配到兩個(gè) 端口，而且相位差為正90度，天線為右旋極化，輻射和接收右旋圓極化波。、與 電纜送來直流電平4時(shí)，CPLD邏輯電路46根據(jù)電壓比較器的結(jié)果輸出信號控 制單刀雙擲射頻開關(guān)7打到饋線16，單刀雙擲射頻開關(guān)6打到饋線17，單刀四 擲射頻開關(guān)8打到饋線14，射頻信號由3db分支線定向耦合器等幅分配到兩個(gè) 端口，而兩端口相位差為負(fù)90度，天線為左旋極化，輻射和接收左旋圓極化波。 以上所述僅為本實(shí)用新型較佳的可行實(shí)施例，并非因此限定本實(shí)用新型的 保護(hù)范圍，故凡應(yīng)用本實(shí)用新型說明書或附圖內(nèi)容所進(jìn)行的等效結(jié)構(gòu)變化，均 包含于本實(shí)用新型保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線，包括雙極化天線(1)和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)(2)，雙極化天線(1)和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)(2)通過端口一(4)和端口二(5)相連；其特征在于所述電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)(2)包括單刀雙擲射頻開關(guān)(6、7)、單刀四擲射頻開關(guān)(8)、3db分支線定向耦合器(9)和控制電路(18)；所述單刀四擲射頻開關(guān)(8)中的兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線(13、14)與3db分支線定向耦合器(9)輸入相連，3db分支線定向耦合器(9)的輸出用兩條等長饋線(16、17)分別接到兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)(6、7)，單刀四擲另外兩個(gè)輸出經(jīng)過饋線(10、11)也分別接到兩個(gè)單到雙擲(6、7)；所述控制電路(18)分別與單刀雙擲射頻開關(guān)(6、7)、單刀四擲射頻開關(guān)(8)連接；電纜(21)通過電容(22)與單刀四擲射頻開關(guān)(8)連接，還通過電感(20)和電容(19)組成的濾波電路與控制電路(18)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線，其特征 在于所述雙極化大線U)采用串饋微帶天線陣列，包括微帶貼片(3)、端U —(4)、端口二 (5)和分配電路，微帶貼片(31， 32， 33， 34)是印制在電路板 上的圓形或矩形金屬，微帶貼片之間用彎折連接，組成天線陣列的，用于輻射 或接收電磁波，分配電路把端口送來的射頻信號分配到各微帶天線單元，端口4 來的射頻信號經(jīng)過饋線平分到微帶貼片(32、 33)，然后通過微帶貼片(31)和 微帶貼片(32)之間的彎折線及微帶貼片(33)和微帶貼片(34)間的彎折線 送到微帶貼片(33)和微帶貼片(34)，端口 (5)來的射頻信號經(jīng)過饋線平分 到微帶貼片(33)和微帶貼片(34)，然后通過微帶貼片(32)和微帶貼片(33) 之間的彎折線及微帶貼片(31)和微帶貼片(34)間的彎折線送到微帶貼片(31) 和微帶貼片(32)，組成雙極化串饋大線陣。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線，其特征 在于所述控制電路(18)由穩(wěn)壓電路(41)、 4個(gè)電壓比較器(42、 43、 44、 45) 和CPLD邏輯電路(46)組成，控制電路18由穩(wěn)壓電路(41)、 4個(gè)電壓比較器(42、 43、 44、 45)禾Q CPLD邏輯電路(46)組成；穩(wěn)壓電路(41)分別與4 個(gè)電壓比較器(42、 43、 44、 45)和CPLD邏輯電路(46)連接，為其電路提 供電源，四個(gè)電壓比較器(42、 43、 44、 45)還分別與電感(20)以及CPLD 邏輯電路(46)連接，電壓比較器(42、 43、 44、 45)檢測電纜送來的電壓， 結(jié)果送CPLD邏輯電路(46)譯碼產(chǎn)生4路控制射頻開關(guān)的控制信號。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種超高頻多極化捷變射頻識別讀寫器天線，包括雙極化天線(1)和電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)(2)，電控射頻分配網(wǎng)絡(luò)(2)包括單刀雙擲射頻開關(guān)(6、7)、單刀四擲射頻開關(guān)(8)、3db分支線定向耦合器(9)和控制電路(18)；控制電路(18)分別與單刀雙擲射頻開關(guān)(6、7)、單刀四擲射頻開關(guān)(8)連接；電纜(21)通過電容(22)與單刀四擲射頻開關(guān)(8)連接，還通過電感(20)和電容(19)組成的濾波電路與控制電路(18)連接。本實(shí)用新型專利實(shí)現(xiàn)的多極化捷變讀寫器天線，可以實(shí)現(xiàn)多種極化，保證電子標(biāo)簽在不同的極化和擺放狀態(tài)下都能可靠地讀取，從而提高射頻識別系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號H01Q13/08GK201017323SQ20062015440
公開日2008年2月6日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者謝澤明 申請人:華南理工大學(xué)