[发明专利]一种近场/远场可重构RFID读写天线

说明书

本发明提供了一种近场/远场可重构RFID读写天线，属于微波技术与天线领域。由上至下结构依次为馈电臂与非馈电臂不等宽的折合振子、上基板、八根竖直的馈电铜柱、带有PIN二极管的馈电网络、下基板、金属地板。所述的八根馈电铜柱一端连接于馈电网络，另一端通过上基板上八个相同的通孔给折合振子馈电臂馈电；所述的馈电网络由耦合线功分器和延迟线移相器和PIN二极管组成；所述的PIN二极管通过在其两端加载正向和反向电压控制其导通和截止，从而重构折合振子上的电流分布，实现近场和远场读写工作状态灵活切换。天线具有近/远场可重构功能，近场模式下磁场分布均匀、读写范围大，远场辐射增益很低；远场模式下，辐射圆极化波束的轴比较小、增益较大，标签读写准确率高的优点。

技术领域

本发明涉及微波技术与天线领域，特别是涉及一种近场/远场可重构RFID读写天线。

背景技术

射频识别技术以其非接触式自动识别的优点在通信领域得到快速发展。广泛应用于非接触式支付、物流管理、门禁系统等，相比于条形码、光学字符识别、生物识别等自动识别技术，RFID可同时处理多个电子标签、识别距离由近场的几个毫米至远场的几米甚至几十米，并且具有储存信息量大、可在较为恶劣的条件下工作等优点。随着RFID技术的发展，对于近场具有较强且均匀的磁场分布和远场具有较远的读写范围的需求越来越迫切。需求的多元化使得既能工作在近场模式也能工作在远场模式的RFID读写天线具有广泛的市场应用价值。

读写天线是RFID系统不可或缺的部件，对RFID系统的性能至关重要；近年来，为了同时实现RFID读写天线近场和远场读写功能，常将近场分段环技术和贴片天线相结合，分段线、开槽和半波长内电流方向不变性质用于近远场天线设计。但是近/远场RFID读写天线仍存在一些不容忽视的缺点：当天线工作于近场时，由于远场增益较高，很容易对远距离标签产生误读；大部分现有结构设计工作于远场时会影响天线近场下的磁场分布均匀性；而且远场辐射波大多为线极化，标签的灵活性小。而对于近场/远场可重构RFID读写天线，目前还未见报道。

针对以上的应用需求，有必要提供一种天线，当其工作于近场时，得到较强的均匀磁场，较大的读写范围和较低的远场增益，从而解决标签误读的问题；当远场工作时，实现较高增益的圆极化辐射，从而可准确读取以任意方位摆放的标签。

发明内容

本发明专利针对现有近场、远场可同时工作的RFID读写天线，在近场工作时容易对远距离标签误读，远场工作时影响天线近区磁场均匀分布，标签可配置方位灵活性小等缺点，提供了一种近场/远场可重构RFID读写天线。

为了实现上述目的，本发明提供了一种近场/远场可重构RFID读写天线。由上至下结构依次为馈电臂与非馈电臂不等宽的折合振子、上基板、八根馈电铜柱、带有PIN二极管的馈电网络、下基板、金属地板。八根馈电铜柱一端连接于馈电网络，另一端通过上基板上八个相同的通孔给折合振子馈电臂馈电；馈电网络由6个相同的耦合线功分器、5个电长度为180°延迟线移相器、2个电长度为90°延迟线移相器，同时加载12个PIN二极管组成；通过在PIN二极管两端加载正向和反向电压，从而控制PIN二极管的导通和截止，进而配置折合振子上的电流分布，最终实现近场和远场的切换。

折合振子是关于上基板中心旋转对称的四个相同振子，其馈电臂与非馈电臂不等宽，且每个折合振子的总长度为λ/2，λ为导波波长。

上基板和下基板均为电子器件基板；上基板和下基板的厚度均为1mm，上基板底面至下基板顶面间的距离为30mm；基板间的八根铜柱直径均为0.5mm。

馈电网络由6个相同的耦合线功分器、5个电长度为180°延迟线移相器、2个电长度为90°延迟线移相器，同时加载12个PIN二极管组成。

本发明通过控制馈电网络中PIN二极管的导通和截止，实现天线的近场和远场工作模式切换。工作于近场时，磁场分布均匀、读写范围大且远场增益低，从而解决误读位于远距离范围标签的问题；工作于远场时，产生圆极化辐射，且在UHF频段内的最大增益为6.9dBic，可读取按任意方位摆放的标签。