Антенна для радиочастотной идентификации (варианты)
Владельцы патента RU 2408115:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)" (RU)
Изобретение относится к антенной и микрополосковой технике и может быть использовано для идентификации радиочастотных меток, нанесенных на различные объекты. Антенна для радиочастотной идентификации содержит подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в кольцо периодической микрополосковой линии с внешним диаметром, равным λ/π, где λ - рабочая длина волны. Отличительной особенностью антенны является возможность использования в ее конструкции импедансных проводников, выполненных в виде кольцевых резонансных отрезков типа зигзаг или меандр. Техническим результатом является обеспечение возможности получения осевого излучения с круговой поляризацией для микрополосковой структуры, обладающей габаритными размерами, значительно меньшими резонансной длины волны, что позволяет создать антенну для идентификации радиочастотных меток диапазона 866-915 МГц. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к антенной и микрополосковой технике и может быть использовано для идентификации радиочастотных меток (RFID - RadioFrequency IDentification), нанесенных на различные объекты.
Известны микрополосковые и полосковые антенны, различающиеся по конфигурации излучающего элемента - прямоугольные, дисковые, кольцевые, эллиптические, треугольные и др., выполненные на диэлектрических изолированных, экранированных, подвешенных и многослойных подложках [Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь, 1986; Электродинамический расчет характеристик полосковых антенн. / Б.А.Панченко, С.Т.Князев и др. М.: Радио и связь, 2002]. К недостаткам таких антенн и излучателей относится примерное равенство их габаритных размеров и рабочей длины волны, что определятся резонансным режимом работы.
Наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются микрополосковые спиральные антенны, выполненные на базе одиночных или связанных радиальных круговых или прямоугольных резонаторных структур, с арифметической, логарифмической или эллиптической намоткой [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002; Lee Y. Antenna Circuit Design for RFID Applications // Microchip Technology Inc., USA, 2003, AN710, p.1-50]. Такие спиральные антенны и излучатели обладают осевым излучением с вращающейся круговой или эллиптической поляризацией, которая в дальней зоне излучения вырождается в линейную, что ухудшает кросс-поляризационные свойства таких структур и затрудняет возможности их применения для радиочастотной идентификации в диапазоне 866-915 МГц.
Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание малогабаритной микрополосковой антенны с осевым излучением и круговой поляризацией для идентификации радиочастотных меток в диапазоне 866-915 МГц, обладающей габаритными размерами, значительно меньшими резонансной длины волны.
Поставленная техническая задача решается тем, что в антенне для радиочастотной идентификации по первому варианту выполнения, содержащей диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в кольцо периодической микрополосковой линии с внешним диаметром, равным λ/π, где λ - рабочая длина волны, согласно преложенному изобретению импедансный проводник выполнен в виде резонансного отрезка кольцевой меандр-линии.
Поставленная техническая задача решается также тем, что в антенне для радиочастотной идентификации по второму варианту выполнения, содержащей диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в кольцо периодической микрополосковой линии с внешним диаметром, равным λ/π, где λ - рабочая длина волны, согласно преложенному изобретению, импедансный проводник выполнен в виде резонансного отрезка кольцевой зигзаг-линии.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении всей совокупности заявляемых существенных признаков по первому или второму варианту выполнения, является получение осевого излучения с круговой поляризацией для микрополосковой антенны радиочастотной идентификации диапазона 866-915 МГц, обладающей габаритными размерами, значительно меньшими резонансной длины волны.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, где на
фиг.1а, б показаны варианты топологии антенны на основе круговой меандр-линии с различной периодичностью структуры,
на фиг.2 представлена модель антенны в программной среде MMANA-GAL v.1.2.0.20. Антенны выполнены на подложках с относительной диэлектрической проницаемостью 5, 6 и имеют внешний диаметр 110 мм, внутренний - 83 мм, при ширине микрополоскового проводника 4,5 мм.
на фиг.3 представлены суммарные диаграммы направленности варианта антенны по фиг.1б для резонансных частот 866 и 915 МГц.
на фиг.4 показан трехмерный вид диаграммы направленности варианта антенны по фиг.1б на частоте 866 МГц.
Работа антенны для радиочастотной идентификации основана на использовании в ее конструкции отрезка периодической замедляющей структуры в виде меандр- или зигзаг-линии. Экспериментально полученные дисперсионные характеристики для зигзаг-линии показали достаточно равномерное изменение коэффициента замедления в рабочем диапазоне частот антенны от 2 до 4, а для меандр-линии - от 4 до 6. Это позволяет прямо пропорционально величине коэффициента замедления уменьшать геометрические размеры таких структур при сохранении их прежней электрической длины [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002. - С.57-79]. При этом максимальная длина волны антенны будет определяться ее максимальной электрической длиной, а минимальная - точностью изготовления структуры вблизи точки питания.
Как известно, при возбуждении периодической структуры возможно два режима работы: в первом - электромагнитная волна сосредотачивается вблизи структуры без излучения, а во втором - наблюдается излучение электромагнитных волн в окружающее пространство [Елизаров А.А., Пчельников Ю.Н. Радиоволновые элементы технологических приборов и устройств с использованием электродинамических замедляющих систем. М., Радио и связь, 2002. - С.90-96]. Режим работы периодической структуры определяется соотношением между коэффициентом фазы питающей волны, распространяющейся вдоль структуры, и периодом структуры. При малом периоде по сравнению с длиной волны излучение отсутствует, а при их совпадении происходит интенсивное резонансное излучение. В последнем случае энергия питающей волны в структуре практически полностью преобразуется в энергию излученных электромагнитных волн, а возбуждение структуры за областью излучения резко уменьшается, что не нарушает режим работы антенны. Период структуры у предложенных вариантов антенн является постоянным, что позволяет объяснить отсутствие отсечки тока в периодической системе реализацией режима резонансного излучения.
Возможность достижения поставленной цели подтверждается результатами численного эксперимента, полученными с помощью программных средств MMANA-GAL v.1.2.0.20. Анализ диаграмм направленности (фиг.3 и 4), рассчитанных для варианта антенны на основе круговой меандр-линии, подтверждает наличие у данной структуры осевого излучения с круговой поляризацией, ортогонального плоскости подложки. При этом на рабочей частоте антенны 866 МГц достигается наиболее равномерная диаграмма направленности. С увеличением частоты до 915 МГц появляется изрезанность, что объясняется ростом потерь на излучение. Проведенное моделирование аналогичных микрополосковых антенн на базе круговых меандр- и зигзаг-линий с меньшим числом периодов (фиг.1а) также показало увеличение изрезанности диаграмм направленности, что связано с уменьшением коэффициентов замедления таких структур.
Достоинством предложенного изобретения является возможность получения осевого излучения с круговой поляризацией для микрополосковой структуры, обладающей габаритными размерами, значительно меньшими резонансной длины волны, что позволяет создать антенну для идентификации радиочастотных меток диапазона 866-915 МГц.
1. Антенна для радиочастотной идентификации, содержащая диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в кольцо периодической микрополосковой линии с внешним диаметром, равным λ/π, где λ - рабочая длина волны, отличающаяся тем, что импедансный проводник выполнен в виде резонансного отрезка кольцевой меандр-линии.
2. Антенна для радиочастотной идентификации, содержащая диэлектрическую подложку с расположенным на ней импедансным проводником, выполненным в виде вписанной в кольцо периодической микрополосковой линии с внешним диаметром, равным λ/π, где λ - рабочая длина волны, отличающаяся тем, что импедансный проводник выполнен в виде резонансного отрезка кольцевой зигзаг-линии.
