[发明专利]基于光子晶体的超高频近场RFID读写器天线

说明书

技术领域

   本发明属于天线设计技术领域，涉及超高频近场RFID读写器天线，尤其是利用PBG特性的超高频近场读写器天线。

背景技术

RFID ( Radio Frequency Identification，射频识别) 是利用射频信号通过空间耦合方式进行非接触双向数据通信，对目标进行识别并获取相关数据的一种自动识别技术。读写器天线在RFID系统中起着关键作用。读写器天线有低频（LF,135KHz以下)、高频（HF,13.56MHz）、超高频（UHF,860~960MHz）和微波频段（2.45GHz、5.8GHz）等。RFID读写器天线按作用距离来划分，可以分为近场天线和远场天线。两者分别利用近场耦合和基于电磁波反向散射两种工作方式。后者工作距离较长，但容易受周围介质环境的影响，导致其系统的功能受到极大限制。而近场耦合 RFID 系统利用磁场耦合，工作在近场区，在液体等恶劣环境下有较好的性能，因此，对它的研究得到越来越多的重视。工作于超高频的近场读写器天线非常适合于狭小空间工作。因为近场天线只有在近距离处才表现出很强的电磁场，距离稍远时，电磁场的强度急剧减弱，这种天线的远场增益很低，所以天线周围的大面积金属并不会对天线的性能产生影响。此外，超高频近场RFID读写器与（LF,135KHz以下)及高频（HF,13.56MHz）近场所读写器相比，其读写速率大大提高，特别适用于物品级RFID通信应用场合。由于超高频近场RFID读写器天线的上述特点而成为近期读写器天线研究的热点。Impinj公司提出了好几种基于耦合环的天线，Siemens公司提出了一种折合的环天线。这些天线的共同特点是采取某种方法使环上的电流保持同相位，这样感应出来的磁场最强，但是以上天线都属于谐振天线，相位补偿量和频率有关，因此带宽普遍比较窄。此外，天线的几何尺寸取决于所用基材及天线结构，天线的几何尺寸很难随应用场景而灵活调整。

发明内容

为了克服现有超高频近场读写器天线带宽较窄、天线的几何尺寸很难随应用场景而灵活调整的技术问题，本发明提供了一种天线几何尺寸（长度与宽度）可灵活调节的、宽频带超高频近场读写器天线。一基于PBG反射板的UHF近场RFID读写器天线。其技术方案如下：

一种基于PBG的近场RFID读写器天线，自上而下垂直排列有地板、介质基板、微带馈线和PBG结构，所述地板带有多对缝隙，所述微带馈线由匹配网络和多条弯折线组成。

进一步的，所述缝隙为四对。

进一步的，同一对缝隙之间的距离为3.5mm，相邻的两对缝隙之间的距离为90mm。

进一步的，所述弯折线为四条；每条弯折线上有三个弯折线单元。

进一步的，通过调节所述微带馈线使天线的输入阻抗50                                                。

进一步的，通过调节所述弯折线和缝隙之间的距离使缝隙处耦合的电场最强。

进一步的，所述PBG结构是由7x8的PBG阵列组成。

进一步的，所述单个PBG为花瓣状结构。

进一步的，所述花瓣状结构的边缘所在的圆半径为27mm，花瓣状的内部的圆柱半径为7mm，圆柱高为2mm，花瓣状的边沿空出部分是3mm。

本发明的有益效果如下：

利用阵列缝隙耦合达到近场效果和宽频带，然后利用PBG结构的带阻特性，实现天线的轻薄化。

因天线辐射单元由多组辐射缝隙及微带馈线组成，缝与缝之间的距离为天线工作波长的一半，通过调整微带馈线的长度可使各辐射缝隙相位相同。各辐射缝隙数（M）及微带馈线的段数（N）（M，N1），即天线的几何尺寸，可随天线应用的场所要求而灵活调整。

采用光子晶体（PBG）的反射板取代常规的金属反射板，实现了天线的小型化与轻薄化。缝隙天线阵中为了确保天线前向辐射与反射波的同相性，常规的金属反射板与天线辐射缝隙阵面的间距通常需要满足四分之一波长。因为电磁波在金属反射板处反射会引起180度的相差。而光子晶体（PBG）的反射板可看作理想磁导体，电磁波在光子晶体（PBG）的反射板的反射引起的相差为零。因此，光子晶体（PBG）的反射板与天线阵面的间距理论上可为0，采用光子晶体（PBG）的反射板取代常规的金属反射板从而可大大降低天线的厚度，实现天线的轻薄化。

附图说明

图1为基于PBG的近场RFID读写器天线的结构示意图；

图2为该基于PBG的近场RFID读写器天线的俯视图；

图3为微带馈线的结构示意图图；