本實用新型屬于通信天線的技術(shù)領(lǐng)域。涉及一種RFID天線，特別的，涉及一種超高頻射頻識別的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的智能天線。

背景技術(shù)：

近年來,各個產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用射頻識別(Radio Frequency Identifi-cation,RFID)的事例越來越多,在物流、醫(yī)療、國防、交通、實時監(jiān)控等新型商業(yè)模式當(dāng)中的應(yīng)用不斷增加。智能建筑，智能醫(yī)療，智能農(nóng)業(yè)，智能校園，智能社區(qū)等等，這些新的概念不斷改變我們的生活，在生活便利的同時，也將物聯(lián)網(wǎng)的概念帶人生活。RFID技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)，愈演愈烈的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)及其推廣，是建立在RFID技術(shù)的大量應(yīng)用和RFID產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的基礎(chǔ)之上。

射頻識別是一種無線通信技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無線電的信號是通過無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽傳送出去，以自動辨識與追蹤物品。

射頻識別技術(shù)相對于傳統(tǒng)的識別技術(shù)，最重要的優(yōu)點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、涂料等，不需要人工干預(yù)，可以在惡劣環(huán)境下工作，操作簡單，閱讀速度極快，可以識別多個標(biāo)簽，使用壽命長，數(shù)據(jù)傳輸快。射頻識別技術(shù)由于其特有的優(yōu)勢，結(jié)合當(dāng)今時代信息技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)對全球供應(yīng)鏈產(chǎn)生了深遠的影響，甚至是一場革命。

RFID技術(shù)中最重要的部件之一，就是讀寫器天線，讀寫器天線直接影響RFID技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的成本，并且，讀寫器天線的性能、體積和成本三者之間的矛盾也是限制RFID技術(shù)爆發(fā)式增長的瓶頸，天線性能的優(yōu)劣決定系統(tǒng)能否正常工作或者功能是否順利運行，影響讀寫距離、魯棒性等系統(tǒng)性指標(biāo)。因此，設(shè)計實現(xiàn)適應(yīng)多種項目環(huán)境的智能天線對于RFID技術(shù)在各行業(yè)的推進，具有迫切的現(xiàn)實意義。

天線為輻射接收電磁波的設(shè)備，主要作用是使導(dǎo)行波與自由空間波之間的相互轉(zhuǎn)換，是RFID系統(tǒng)中重要的組成部分，RFID系統(tǒng)天線包括閱讀器天線和標(biāo)簽天線，它們是系統(tǒng)收發(fā)信號的工具，天線決定了閱讀器和電子標(biāo)簽之間信息傳輸?shù)姆绞胶蛡鬏數(shù)木嚯x。

由于對RFID技術(shù)的應(yīng)用需求不斷擴大，RFID系統(tǒng)中的天線設(shè)計業(yè)需要得到不斷發(fā)展，以設(shè)計出滿足各種應(yīng)用要求的高性能天線。RFID系統(tǒng)作為巨大應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿Φ囊环N識別系統(tǒng)，對天線的設(shè)計提出了前所未有的要求，涉及天線的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、體積重量、實現(xiàn)方式、帶寬特性、方向圖特性、極化特性、多天線間互耦和天線的電磁散射等因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決RFID在多種復(fù)雜的電磁環(huán)境中應(yīng)用，并能提高以及適應(yīng)在不同環(huán)境中的RFID識別效果。

本實用新型的目的是提供一種RFID天線，能夠廣泛適用于RFID技術(shù)的應(yīng)用，該天線可以通過機械轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多種陣列天線自動組合，并且根據(jù)所組成的天線陣列結(jié)構(gòu)，通過配置相應(yīng)的軟件程序，控制各個天線單元的信號相位，實現(xiàn)相控陣智能天線的功能。

根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種可變換陣列的RFID天線，包括：

天線單元，作為 RFID天線的輻射器件，用于輻射出電磁波信號；

陣列變換驅(qū)動機構(gòu)，用于變換至少一個天線單元相對其它天線單元的位置關(guān)系；

信號處理電路，用于對接入的信號進行處理，并將處理后信號輸出給天線單元，包括一個用于接入信號的信號輸入端，和與天線單元數(shù)量相等的輸出端，每個信號輸出端連接一個天線單元，信號處理電路根據(jù)指令變換向某一天線單元輸出的信號的相位。

在本實用新型中，陣列變換驅(qū)動機構(gòu)和信號處理電路及天線單元共同組成了天線波束成形器，通過控制輸入到各天線單元的信號相位，形成天線需要的輻射方向圖。

進一步地，所述天線還包括控制器，用于控制陣列變換驅(qū)動機構(gòu)中的動力裝置的工作狀態(tài)，以及控制信號處理電路中的可控元件的工作狀態(tài)，所述控制器的設(shè)置，實現(xiàn)天線陣列變換的智能化。

所述陣列變換驅(qū)動機構(gòu)，按可活動的天線單元的移動方式，可以分為主動式和被動式兩類。主動式是指為天線單元自身配置動力裝置和在動力裝置驅(qū)動下動作的行走機構(gòu)，例如：為每個活動的天線單元配置一個驅(qū)動電機，和由驅(qū)動電機驅(qū)動的齒輪，同時為天線單元配設(shè)滑動軌道，軌道內(nèi)設(shè)置與齒輪配合的齒條。驅(qū)動電機工作時，驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，齒輪與齒條相互作用帶動天線單元在滑動軌道內(nèi)移動。

被動式是指由動力裝置驅(qū)動動作機構(gòu)帶動天線單元移動。例如：以電機作為動力裝置，驅(qū)動一擺動部件擺動，活動天線單元裝配在擺動部件的擺動端，隨擺動部件的擺動做圓弧移動?；蛘咭噪姍C或電磁機構(gòu)作為動力裝置，驅(qū)動一移動部件直線移動，活動天線單元裝配在移動部件上，隨移動部件的直線移動而移動。

優(yōu)選地，所述陣列變換驅(qū)動機構(gòu)包括連接臂、驅(qū)動連接臂轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，連接臂的一端與活動天線單元連接，另一端與驅(qū)動裝置連接，驅(qū)動裝置相對于與活動天線單元相鄰的另一個天線單元固定。驅(qū)動裝置包括電機和由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動的連接臂控制板，連接臂另一端與連接臂控制板固定。

所述控制器控制電機工作。

進一步地，每個所述天線單元為一個圓形微帶天線，所有圓形微帶天線在同一平面內(nèi)，且朝向相同，連接臂安裝圓形微帶天線的底面?zhèn)龋B接臂的一端連接在活動天線單元的圓心處，連接臂的轉(zhuǎn)動以相鄰的另一個天線單元的圓心為中心。當(dāng)連接臂轉(zhuǎn)動時，活動天線單元繞相鄰的另一個天線單元轉(zhuǎn)動。

進一步地，活動天線單元和相鄰的另一個天線單元兩者中其中一者的圓周面上設(shè)有周向連續(xù)的凹槽，另一者的圓周面上設(shè)有與凹槽配合的周向連續(xù)的凸出部。

當(dāng)活動天線單元繞相鄰的另一個天線單元轉(zhuǎn)動時，在兩者圓周面的凸凹配合結(jié)構(gòu)作用下，確保天線單元平穩(wěn)的變換位置。

所述信號處理電路包括功分電路和移相電路 ，所述功分電路包括一個信號輸入端，和與天線單元數(shù)量相等的信號輸出端，功分電路的每個輸出端連接一個移相電路，每個移相電路對應(yīng)一個天線單元?？刂破骺刂埔葡嚯娐份敵鲂盘柕南辔蛔儞Q。

進一步地，所述信號處理電路還包括開關(guān)輪詢電路，開關(guān)輪詢電路的輸入端和所述功分電路的輸入端通過一雙路開關(guān)共同連接信號處理電路的信號輸入端。開關(guān)輪詢電路包括與天線單元數(shù)量相等的信號輸出端，開關(guān)輪詢電路的各輸出端分別與一個移相電路的輸出端通過雙路開關(guān)連接一天線單元?？刂破骺刂聘麟p路開關(guān)以及控制開關(guān)輪詢電路的線路選擇。

本實用新型的有益效果是： 本實用新型RFID天線將天線單元設(shè)計為可變結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的需要，變換天線單元之間的位置關(guān)系，組成不同的物理形態(tài)，并根據(jù)不同物理形態(tài)，通過調(diào)整各天線單元的信號相位，形成效果更好的天線波束。適于在多種復(fù)雜的電磁環(huán)境中應(yīng)用，并能提高以及適應(yīng)在不同環(huán)境中的RFID識別效果。

附圖說明

圖1顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的天線單元的示意圖。

圖2為圖1所示天線單元的饋電網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

圖3顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的相位控制器的示意圖。

圖4顯示了一種四單元可變換陣列的RFID智能天線結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4所示RFID智能天線由直線陣列變換成方形陣列的過程示意圖。

圖6為圖4所示RFID智能天線的直線陣天線方向示意圖以及對應(yīng)的相位值。

圖7為圖4所示RFID智能天線的方形陣天線方向示意圖以及對應(yīng)的相位值。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。

其中圖1，顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的天線單元，采用印刷電路板的微帶天線結(jié)構(gòu)，微帶天線是在帶有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基片上貼導(dǎo)體薄片而形成的天線，利用微帶線或同軸線進行饋電，在導(dǎo)體貼片與接地板之間激勵起電磁場，并通過貼片四周與接地板間的縫隙向外輻射。

圖1中所示101是圓形微帶天線單元貼片，直徑L，貼片天線的電場在兩條輻射邊之間呈余弦分布，兩條輻射邊在理論上間距為，但實際上由于邊緣的影響應(yīng)減去邊緣效應(yīng)帶來的尺寸增加，所以圓形微帶貼片的長度L

對于已知的介質(zhì)基片，圓形微帶天線尺寸按下列公式：

式中

其中，為相對介電常數(shù)，為微帶天線的工作頻率，為介質(zhì)厚度。

圖1中所示102是圓形微帶天線的介質(zhì)基，采用高介電常數(shù)，低介質(zhì)損耗的Rogers R4003介質(zhì)板，介電常數(shù)3.55，損耗角正切0.0027，厚度1.6mm，保證了本實用新型天線增益的最優(yōu)化。

圖1中所示103是圓形微帶天線的反射地，天線單元中心與反射地的中心保持通路，增強天線的抗干擾能力。

圖1中所示104是圓形微帶天線的饋電網(wǎng)絡(luò)，為了更好的適應(yīng)RFID的各種環(huán)境，微帶天線最終的極化方式是圓極化形式。

其中圖2，顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的饋電網(wǎng)絡(luò)，進入天線的信號，等效的一分二變成兩路信號，兩路信號的相位差90度，分別進入圓形天線單元的兩側(cè)。本實用新型中的圓極化微帶天線的關(guān)鍵是激勵兩個極化方向正交、幅度相等，相位相差90°的信號。采用阻抗變換的饋電方式，進行微帶線的阻抗匹配。

其中圖3，顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的信號處理電路，包括移相電路和時分電路，該部分是天線的輻射方向圖的核心控制部分。該圖以被控陣列天線包括四個天線單元為例。

圖3所示301是雙路開關(guān)，根據(jù)需求選擇一路輸出信號，兩路信號通過的是不同的饋電網(wǎng)絡(luò)，左側(cè)一路是四路開關(guān)輪詢的電路，右側(cè)一路是功分之后的移相電路。

圖3所示302是四路開關(guān)，通過開關(guān)輪詢切換，將輸入信號以時分的形式，輸入到天線單元，增加天線的覆蓋范圍，并進行波束成形。

圖3所示303是一分四的功分電路，將信號等效的分成四路，并且信號的大小和相位相同。

圖3所示304是移相電路，根據(jù)所需的天線輻射方向圖，將信號的相位分配不同的相位值。

圖3所示305是雙路開關(guān)，根據(jù)需要，選擇一路信號輸出，與301的雙路開關(guān)同步。

當(dāng)圖3中301的雙路開關(guān)選擇左邊一路時，一種可變換陣列的RFID智能天線的功能是將整個智能天線的每個天線單元獨立化，當(dāng)302開關(guān)輪詢工作時，即四個獨立的天線單元獨立工作，互不影響。

當(dāng)圖3中301的雙路開關(guān)選擇右邊一路時，一種可變換陣列的RFID智能天線的功能是將整個智能天線變成相控陣天線，隨著304上的相位控制，天線的波束也會隨之改變，從而適應(yīng)更復(fù)雜的RFID應(yīng)用環(huán)境，提高RFID識別效率。

基于圖3所示信號處理電路，不僅可以將天線單元進行陣列組合，從而控制相位達到波束形成，而且還可以將天線單元作為獨立的天線，獨立的天線通過各自的信號開關(guān)，來進行獨立天線的輪詢工作。

其中圖4，顯示了一種可變換陣列的RFID智能天線的陣列變化機械結(jié)構(gòu)，該智能天線由四個獨立的天線單元組成，每個天線單元是一個由圓形介質(zhì)基和印刷在介質(zhì)基上的圓形振子構(gòu)成的圓形天線，每個圓形天線的介質(zhì)基底面，除了反射金屬板之外，還設(shè)有用于一個輪盤，相鄰兩個圓形天線中其中一者的輪盤圓周面上沿周向一圈設(shè)有連續(xù)凹槽，另一者的輪盤的圓周面上沿周向一圈設(shè)有與凹槽互配的連續(xù)凸出邊。

圖4上半部分所示圖形是智能天線底面結(jié)構(gòu)，陣列天線由四個圓形天線單元401構(gòu)成，中間兩個天線單元固定，兩側(cè)的兩個天線單元可活動。

圖4所示402是相鄰圓形天線介質(zhì)基底面設(shè)置的連接臂，兩個連接臂分別連接左側(cè)的固定天線單元和活動天線單元，連接臂以固定天線單元的中心為軸轉(zhuǎn)動，通過連接臂的轉(zhuǎn)動，相鄰的天線底板可以跟隨連接臂沿弧線移動。

圖4所示403是驅(qū)動介質(zhì)基底面連接臂轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，包括電機，和由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動的連接臂控制板，連接壁一端固定于連接臂控制板。在軟件控制下，驅(qū)動裝置控制相應(yīng)的連接臂轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

圖4下半部分所示是整個智能天線的側(cè)視圖，圖中，輻射天線朝上，介質(zhì)基底面朝下，該視角可以看到，每個圓形天線的介質(zhì)基底面反射金屬板下方設(shè)一個輪盤404，兩側(cè)的兩個圓形天線的輪盤分別與中間的兩個圓形天線的輪盤通過圓周上相互配合的凸出邊405和凹槽406結(jié)構(gòu)咬合在一起，當(dāng)活動天線單元隨連接臂的轉(zhuǎn)動而移動時，輪盤的凸凹配合結(jié)構(gòu)構(gòu)成對活動天線單元垂直方向上的約束。

本例中，圓形天線底部結(jié)構(gòu)由特殊的相鄰配合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，將相鄰兩個天線單元底板通過輪盤上下咬合關(guān)聯(lián)起來，通過連接臂可以進行轉(zhuǎn)動。中間兩個天線單元底板相互固定，無法進行轉(zhuǎn)動，通過軟件控制電機工作驅(qū)動兩側(cè)天線單元分別繞中間兩個天線單元轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)變換天線陣列的物理結(jié)構(gòu)。圖5所示為圖4所示可變換陣列的RFID智能天線，直線陣變換成方陣的變換過程示意圖。

使用時，根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，需要變換陣列時，通過上位機程序控制電機啟動驅(qū)動，電機驅(qū)動連接臂控制板帶動連接臂轉(zhuǎn)動一定角度，圓形天線隨之移動一定距離，變換出目標(biāo)所需的天線陣列的物理結(jié)構(gòu)。再根據(jù)所需要的識別環(huán)境，通過軟件控制信號處理電路，匹配與物理結(jié)構(gòu)相對應(yīng)的電磁信號相位，最終信號通過饋電網(wǎng)絡(luò)，輸入到天線單元，向外輻射電磁波信號。

圖6顯示了圖4所示可變換陣列的RFID智能天線的直線陣的輻射方向圖。通過控制各個天線單元的相位，如圖右側(cè)的相位分布，可以控制3個輻射方向，如方向圖中的1、2、3。

圖7顯示了圖4所示可變換陣列的RFID智能天線的方形陣的輻射方向圖。通過控制各個天線單元的相位，如圖右側(cè)的相位分布，可以控制8個輻射方向，如方向圖中的1、2、3、4、5、6、7、8。

本實用新型所述RFID天線，具有更強大的擴展性，天線單元可以擴展到6個或者8個天線，從而達到更復(fù)雜的波束形成，提供更好的電磁輻射能力及方向性。

綜上所述，本實用新型提供了一種可變換陣列的RFID智能天線，其利用機械結(jié)構(gòu)變換陣列形式，根據(jù)所變換的陣列組合，分配各個天線單元的信號以及相位，通過相位的變化，組成一個智能相控陣天線。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本實用新型的上述具體實施方式僅僅用于示例性說明或解釋本實用新型的原理，而不構(gòu)成對本實用新型的限制。因此，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。此外，本實用新型所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。