本发明涉及一种小型化双极化超高频rfid读写器，属于射频天线。
背景技术：
1、读写器天线作为rfid系统中必不可少的重要组件之一，其性能对于整个rfid系统的收发质量起到了决定性的作用。随着rfid的技术发展，越来越多的行业开始使用这项技术进行资产管理，因此更加多样的应用场景、更加复杂的功能需求被一一提出，为了满足这些需求，读写器天线的设计也在不断推陈出新。
2、rfid读写器天线可划分为：远场读写器天线，远、近场读写器天线和近场读写器天线。其中，远场读写器天线能够实现较远的探测距离和较宽的覆盖面积，因而在远距离识别探测、货物盘点等场景里应用广泛，但是远场读写器天线需要解决的关键问题之一是如何提高标签读写覆盖，目前主要通过两个方式，一是设计圆极化或者多极化读写器天线单元，提高极化覆盖能力，减少因标签类型或摆放方向导致的漏读情况；二是设计具有多个天线单元的阵列，通过提升增益和增加波束扫描功能，获得更大面积的读写覆盖。
3、双极化天线具有多种优势：1）频谱效率提高：双极化天线可以同时传输和接收垂直和水平极化的信号，这使得在同一频带宽度内传输的数据量加倍，从而提高了频谱效率；2）抗干扰能力强：双极化天线能够接收两个不同极化的信号，这样可以在一定程度上减少由于信号反射或者其他非理想环境条件引起的干扰，因为这些干扰通常只影响一种极化方式；3）增加信道容量：在使用双极化天线的通信系统中，由于可以同时使用两个极化信道，因此相比只能使用单一极化的天线，信道容量得到了增加；4）提高链路可靠性：在复杂的传播环境中，通过使用双极化天线，即使其中一个极化方向的信号受到严重衰减或干扰，另一个极化方向的信号可能仍然保持较好的接收质量，这种方式可以提高整个通信链路的可靠性。
4、就目前常用的小型化方式而言，利用高介电常数材料可以有效减小天线尺寸，因为天线尺寸与其工作波长成反比，工作波长与介电常数的平方根成反比。但是高介电常数基板成本较高，不适合大批量生产。利用电磁带隙(ebg)结构，通过在天线附近放置ebg结构来抑制表面波，减少能量损耗，有助于天线小型化的同时保持一定的性能，但当地板较小时，能够加载的ebg结构周期数目较小，受边界条件的影响，其工作效果将恶化。采用分形几何设计，通过复杂的自相似结构来增加电流路径长度，从而在较小的空间内实现多频带或宽带宽的天线设计，但是分形天线增加电流路径会导致损耗增加，降低天线效率。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是提供一种小型化双极化超高频rfid读写器，利用金属柱以及电感加载、以及利用介质基板上闭环槽引入电容加载，实现了射频天线的小型化，并通过谐振支节提升了射频天线的定向辐射能力。
2、本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种小型化双极化超高频rfid读写器，包括介质基板、金属板、金属层、两根同轴电缆、以及预设偶数个谐振支节，其中，金属层设置于介质基板其中一表面上包含表面中心位置的区域，且沿垂直于介质基板表面的投影方向，金属层的投影位于介质基板表面内，金属层边缘一周与介质基板边缘一周之间的距离大于0，定义金属层所设介质基板表面上对应金属层边缘一周与介质基板边缘一周之间的区域为外周区域，各个谐振支节的形状、尺寸彼此相同，各个谐振支节分布设置于外周区域一周表面，且各谐振支节分别与金属层连通，全部谐振支节相对介质基板表面中心位置呈中心对称分布；
3、金属板以平行于金属层的姿态、通过正交导电连接方式置于金属层背向介质基板的一侧，金属板与金属层之间保持预设大于0的间距a；金属层表面设置两个分别贯穿金属层、介质基板的馈电端口，两根同轴电缆分别与两个馈电端口一一对应，各馈电端口分别经过对应同轴电缆连接rfid读写器，实现垂直极化和水平极化的分别馈电。
4、作为本发明的一种优选技术方案：还包括四根长度均等于a的金属柱，四根金属柱上的其中一端分别以垂直于介质基板表面的姿态、连接于介质基板上的金属层表面，且四根金属柱分别与金属层表面的连接位置相对介质基板表面中心位置呈中心对称，以及两组分别位置相对的两连接位置的连线彼此正交，四根金属柱上的另一端分别连接金属板的其中一表面，金属板与金属层相平行分布。
5、作为本发明的一种优选技术方案：所述金属层表面分别对应各根金属柱与金属层表面连接位置的外周、分别设置贯穿金属层至介质基板表面且包围连接位置的闭环槽，各闭环槽的形状、尺寸彼此相同，各闭环槽相对介质基板表面中心位置呈中心对称分布。
6、作为本发明的一种优选技术方案：基于金属层表面相邻闭环槽相连所围成的闭环区域，四根金属柱分别与介质基板上金属层表面的连接位置位于闭环区域中。
7、作为本发明的一种优选技术方案：所述各闭环槽均为矩形。
8、作为本发明的一种优选技术方案：所述介质基板基于正方形进行四角切角处理所构成，所述金属层的形状与介质基板的形状相同，且金属层的中心位置与金属层的中心位置相重叠。
9、作为本发明的一种优选技术方案：所述各个谐振支节分布设置于外周区域对应介质基板正方形四个切角的位置。
10、作为本发明的一种优选技术方案：所述各谐振支节分别均为轴对称结构，包括由金属走线构成的对称轴，以及由金属走线构成分别连接对称轴两侧、且彼此呈轴对称分布的两个侧结构，基于各谐振支节在外周区域的设置，各谐振支节中对称轴端部分别指向、并连通金属层。
11、作为本发明的一种优选技术方案：所述各谐振支节的结构中，两个侧结构均为折线，两根折线上其中一相同位置端部均连接对应对称轴的其中一端部，且两根折线上该端部所在局部段的所在直线彼此共线，两根折线相对对称轴呈轴对称分布，基于各谐振支节在外周区域的设置，各谐振支节中对称轴的另一端部分别指向、并连通金属层。
12、作为本发明的一种优选技术方案：两根同轴电缆位于介质基板背向金属板的一侧，各根同轴电缆上其中一端的外层分别连接介质基板上背向金属板的表面上对应馈电端口旁的位置，且各根同轴电缆上该端的内芯分别穿过对应馈电端口连接介质基板上金属板表面相应位置。
13、本发明所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
14、本发明所设计一种小型化双极化超高频rfid读写器，基于介质基板表面设置金属层，减小介质损耗的同时，降低生产成本，并在金属层上环绕布设呈中心对称分布的各个谐振支节，提升射频天线的定向辐射能力，再基于金属层应用金属柱通过正交导电连接方式支撑金属板，由金属柱实现电感加载，并针对金属柱与金属层的连接位置设计闭环槽，由闭环槽实现电容加载，通过电容与电感的加载，降低了射频天线的谐振频率，进而实现所设计射频天线的小型化，并且所设计射频天线实际应用性能优秀，其峰值增益可达4.6dbi；
15、本发明所设计一种小型化双极化超高频rfid读写器中，利用小型化天线结构，不仅实现较好的阻抗匹配（|s11|&|s22|<-10db），而且具备双极化工作能力；两个馈电端口的设计，分别激励水平极化、和垂直极化，可以得到双极化读写器天线，且该天线极化隔离度优于20db；具体折线加对称轴的谐振支节结构设计，进一步提升了射频天线定向辐射性能，并在介质基板较小的情况下，仍能实现前后比大于9db。
1.一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：包括介质基板（1）、金属板（2）、金属层（4）、两根同轴电缆（7）、以及预设偶数个谐振支节（5），其中，金属层（4）设置于介质基板（1）其中一表面上包含表面中心位置的区域，且沿垂直于介质基板（1）表面的投影方向，金属层（4）的投影位于介质基板（1）表面内，金属层（4）边缘一周与介质基板（1）边缘一周之间的距离大于0，定义金属层（4）所设介质基板（1）表面上对应金属层（4）边缘一周与介质基板（1）边缘一周之间的区域为外周区域，各个谐振支节（5）的形状、尺寸彼此相同，各个谐振支节（5）分布设置于外周区域一周表面，且各谐振支节（5）分别与金属层（4）连通，全部谐振支节（5）相对介质基板（1）表面中心位置呈中心对称分布；
2.根据权利要求1所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：还包括四根长度均等于a的金属柱（3），四根金属柱（3）上的其中一端分别以垂直于介质基板（1）表面的姿态、连接于介质基板（1）上的金属层（4）表面，且四根金属柱（3）分别与金属层（4）表面的连接位置相对介质基板（1）表面中心位置呈中心对称，以及两组分别位置相对的两连接位置的连线彼此正交，四根金属柱（3）上的另一端分别连接金属板（2）的其中一表面，金属板（2）与金属层（4）相平行分布。
3.根据权利要求2所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述金属层（4）表面分别对应各根金属柱（3）与金属层（4）表面连接位置的外周、分别设置贯穿金属层（4）至介质基板（1）表面且包围连接位置的闭环槽（6），各闭环槽（6）的形状、尺寸彼此相同，各闭环槽（6）相对介质基板（1）表面中心位置呈中心对称分布。
4.根据权利要求3所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：基于金属层（4）表面相邻闭环槽（6）相连所围成的闭环区域，四根金属柱（3）分别与介质基板（1）上金属层（4）表面的连接位置位于闭环区域中。
5.根据权利要求3或4所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述各闭环槽（6）均为矩形。
6.根据权利要求1所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述介质基板（1）基于正方形进行四角切角处理所构成，所述金属层（4）的形状与介质基板（1）的形状相同，且金属层（4）的中心位置与金属层（4）的中心位置相重叠。
7.根据权利要求6所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述各个谐振支节（5）分布设置于外周区域对应介质基板（1）正方形四个切角的位置。
8.根据权利要求1、6、7中任意一项所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述各谐振支节（5）分别均为轴对称结构，包括由金属走线构成的对称轴，以及由金属走线构成分别连接对称轴两侧、且彼此呈轴对称分布的两个侧结构，基于各谐振支节（5）在外周区域的设置，各谐振支节（5）中对称轴端部分别指向、并连通金属层（4）。
9.根据权利要求8所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：所述各谐振支节（5）的结构中，两个侧结构均为折线，两根折线上其中一相同位置端部均连接对应对称轴的其中一端部，且两根折线上该端部所在局部段的所在直线彼此共线，两根折线相对对称轴呈轴对称分布，基于各谐振支节（5）在外周区域的设置，各谐振支节（5）中对称轴的另一端部分别指向、并连通金属层（4）。
10.根据权利要求1所述一种小型化双极化超高频rfid读写器，其特征在于：两根同轴电缆（7）位于介质基板（1）背向金属板（2）的一侧，各根同轴电缆（7）上其中一端的外层分别连接介质基板（1）上背向金属板（2）的表面上对应馈电端口（8）旁的位置，且各根同轴电缆（7）上该端的内芯分别穿过对应馈电端口（8）连接介质基板（1）上金属板（2）表面相应位置。
