双频圆极化RFID读写器天线的研究文献综述

 2022-03-15 08:03

国内外研究文献综述

1.国外研究现状

文献[1]和[2]针对 UHF 频段的近场进行了研究,文献[3]和[4]则针对 UHF 频段的近远场通用问题展开了研究。在 UHF 频段远场的研究方面,一些文献针对 UHF 的部分国家频段进行了研究[5][6],也有些文献对全球 UHF 系统的频段通用和圆极化特性的需求这两个方面展开了研究[7]-[14],该研究大大提高了读写器的利用率和工作效率。UHF 频段的阵列天线方面也开展有一些研究。Daniele Inserra等人[15]提出了一种基于RFID 电子收费系统的天线阵列,该天线阵列为一个 4times;4 平面天线阵列,工作的频率范围能够覆盖中国 UHF 频段中的 920.5~924.5 MHz。Riccardo Colella 等人[16]提出了一款结构紧凑、低剖面以及高性价比的圆极化阵列天线,可以应用于 UHF RFID 手持式读写器。该阵列天线是由四个倒 F 单极子阵元组成,通过微带馈电网络以 90°的相位差顺次激励各阵元来实现整个天线阵列的圆极化特性,天线的整体尺寸为 60times;60times;7.5 mm3,实测的反射系数值小于-10dB 线的频率范围以及轴比值低于 3 dB 的频率范围均能覆盖欧洲 UHF 频段(865~868 MHz)。Anil Kumar Gautam 等人[17]提出了一种用于 2.45 GHz 频段的小型平面圆极化RFID 读写器天线,通过截去左右对角线的角来实现圆极化特性,通过合并位于四个方向上的两个缝隙以及位于方形辐射体的中心的一个缝隙,以实现小型化特性。天线的整体尺寸为 30times;30times;1.6 mm3,可以实现约 80 MHz(2.42~2.5 GHz)的阻抗带宽和 21 MHz(2.447~2.468 GHz)的轴比带宽。JIADE YUAN等人[18]提出了一种基于对数周期偶极子阵列(LPDA)、且工作于 5.8 GHz 频段的 RFID读写器天线,天线整体尺寸为 30times;45times;1.6 mm3,工作频点为 5.8 GHz 时的反射系数值为-28dB,相对带宽达到 3.4%,增益为 6.2 dBi,前后比达到 21.5 dB。

在双频的研究方面,有一些文献涉及到超高频与微波 2.45GHz 双频频段共用的研究[19][20],也有些文献开展了微波 2.45GHz 和 5.8GHz 双频频段共用的研究[21][22],还有些文献进行了超高频频段与其他通信系统所用频段共用的研究,譬如 WaleedAbdelrahim 等人[23]提出了一种应用于通用 UHF RFID 手持读写器和 GPS 的紧凑型宽带双频圆极化天线。Jun Zhang 等人[24]提出了一种双频圆极化共孔径 UHF / UWB RFID 读写器天线。

在三频及三频以上的研究方面,文献[25]和[26]针对超高频与微波 2.45GHz 和5.8GHz 三频频段共用进行了研究,其中文献[27]不仅能够支持上面三频频段,还可以支持 LTE 4G、电视广播以及 5G 的频段,但两者的设计均未兼顾到圆极化特性的需求。

2.国内研究现状

郑景明等人[27]提出了一款基于多电容加载的超高频近场长天线,解决了近场长天线的电流相位分布空间跨度大这一难点。傅世强等人[28]提出了一款用于超高频射频识别手持读写器的小型宽带高定向平面印刷天线,采用 Moxon 和蝶形偶极子复合结构,利用平行双线馈电,引入微带渐变巴伦实现馈电平衡,该天线工作频率为865~1054MHz。南敬昌等人[29]提出了一款应用于超高频RFID 读写器的圆极化单层结构微带天线,介质板采用价格低廉的 FR4 板材,辐射贴片采用开槽的结构以实现小型化特性,接地板采用开槽结构以提高天线的增益。该天线的工作频率为 910~935 MHz,轴比小于 3 dB 的频率范围为 914~935 MHz。

文献[30]-[34]针对全球 UHF 频段通用和圆极化的需求进行了研究,其中文献[34]具有更广的有效识别范围,3 dB 波瓣宽度为 104°。钟亚君等人[35]提出了一款用于 UHF 频段的 RFID 波束扫描阵列天线,采用空气层结构设计出增益值为 6dBi 的圆极化天线阵元,并且以此组成 2times;2 平面天线阵。使用开关线型移相器与威尔金森( Wilkinson) 功分器设计出天线馈电网络,并结合使用现场可编程门阵列( FPGA) 模块控制阵元间相位变化,实现了波束 30°偏转,以扩大射频识别系统阅读范围和提高识别效率。罗韦等人[36]提出了一款中心频率工作于 2.45GHz 的左旋圆极化 RFID 读写器天线,该天线在矩形贴片天线的基础上进行改进,切掉矩形贴片的四个边角,以实现圆极化特性。陈文翰等人[37]提出了一款应用于微波 5.8GHz频段、且具有互补开口谐振环(CSRR)缺陷地结构的 RFID 读写器天线,该天线在传统微带天线的基础上,采用互补开口谐振环(CSRR)缺陷地结构以实现小型化,反射系数值小于-10dB 线的阻抗带宽为 62MHz,回波损耗最低值为-23.57dB。天线的整体尺寸为 15.5times;11.5times;0.8 mm3。在双频的研究方面,文献[38]和[39]针对 UHF 频段和微波 2.45GHz 频段进行了研究;王远洋等人[40]则针对微波 2.45GHz和 5.8GHz 频段进行了研究,提出了一种用于手持式 RFID 阅读器的小型双频微带天线设计。该天线采用矩形贴片和 E 形贴片结构,利用空腔模型理论中短路加载和耦合谐振技术,实现了微带天线的小型化和双频性能。工作频带则覆盖 RFID 技术常用微波段 2.45 GHz( 2.4~2.484 GHz)和 5.8 GHz( 5.725~5.825 GHz) 频段。天线整体尺寸为30times;30times;1.6 mm3。

参考文献

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