專利名稱：一種近場射頻識別閱讀器天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及閱讀器天線技術，尤其涉及一種基于反向電流對原理的特高頻(UHF, Ultra High Frequency)近場射頻識別(RFID, Radio Frequency Identification)閱讀器天線。
背景技術：
現(xiàn)有的UHF RFID系統(tǒng)中，閱讀器與標簽之間的能量以電磁波的方式來回傳播。當標簽周圍存在復雜的介質(zhì)時，系統(tǒng)無法正常工作，這導致了傳統(tǒng)的UHF RFID系統(tǒng)不能被應用到物品級的貨物管理中，例如需求廣泛的醫(yī)藥產(chǎn)品、藥物管理、生物應用等領域。針對這種情況，近場UHF RFID系統(tǒng)因運而生，它將低頻(LF)/高頻(HF) RFID系統(tǒng)使用的磁場耦合的能量方式應用到UHF頻段，而不是采用電磁波的形式，因此，相比于LF/HF RFID系統(tǒng)，近場UHF RFID標簽的尺寸更小、結構更簡單、成本更低，利于推廣應用。近場UHF RFID系統(tǒng)的一個難點在于閱讀器天線的設計，近場UHF RFID系統(tǒng)中的需求是:閱讀器與標簽之間的能量傳輸通過磁場耦合來實現(xiàn)，近場UHF RFID系統(tǒng)中RFID閱讀器天線的設計的目標是在一定空間范圍內(nèi)產(chǎn)生一個強度和均勻性都能滿足要求的磁場。磁場的強度保證標簽天線能夠耦合到足夠大的驅(qū)動電壓，均勻性保證標簽清點的可靠性。所謂標簽清點指:閱讀器天線與標簽之間建立的通信聯(lián)系，用于讀取標簽。然而，現(xiàn)有的LF/HF RFID系統(tǒng)使用環(huán)圈天線，對于LF/HF RFID系統(tǒng)是適用的，相對于LF/HF頻段工作波長，天線的電尺寸(相對工作頻率的波長)很小，天線上的電流分布能夠保持同向，因此環(huán)中心處的磁場能夠滿足使用要求。當頻率上升到UHF頻段，如果仍然采用環(huán)圈天線則不適應于近場UHF RFID系統(tǒng)，由于近場UHF RFID系統(tǒng)工作波長較短，若簡單的減小天線的尺寸，導致的不良后果是有效清點范圍較小且距離只有不到1cm，天線的工作頻率位于阻抗的并聯(lián)諧振附近，天線的帶寬值隨著頻率的變化很快，很難通過匹配電路實現(xiàn)天線輸入阻抗的到50 Ω的轉(zhuǎn)換?？梢?現(xiàn)有的天線設計在UHF頻段的近場UHF RFID系統(tǒng)中不再適用，迫切需要一種改進的天線設計。
實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種近場射頻識別閱讀器天線，能滿足近場UHF RFID系統(tǒng)的需要。為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的:一種近場射頻識別閱讀器天線，所述天線為倒π形的線性天線，包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對。其中,所述兩個天線電流臂與饋電點一側(cè)的天線金屬帶條構成所述倒π形。其中，所述兩個天線電流臂的長度皆為1/2 λ，所述兩個天線電流臂之間的距離為1/2 λ ;所述λ為天線的工作波長。其中，所述天線的結構為:單層板結構的印刷電路板PCB。[0010]其中，所述天線還包括屏蔽盒，所述屏蔽盒包圍所述天線基板的四周及底面。其中，所述饋電點位于天線金屬帶條低端開口處，采用同軸線纜的饋電方式。本實用新型的天線為倒π形的線性天線，包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對。由于本實用新型采用倒π形的線性天線，在兩個天線電流臂間形成反向電流對，因此，能得到一個強度和均勻性都能滿足近場UHF RFID系統(tǒng)需要的磁場。
圖1為本實用新型天線結構的俯視圖；圖2為本實用新型天線結構的側(cè)視圖；圖3為本實用新型天線的參數(shù)(SI，I)頻率分布值的示意圖；圖4為本實用新型天線上的電流分布示意圖；圖5為本實用新型天線的豎直方向磁場分量幅值的示意圖。
具體實施方式
本實用新型的基本思想是:天線為倒π形的線性天線，包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對。
以下結合附圖對技術方案的實施作進一步的詳細描述。本實用新型使用反向電流對原理設計了一種倒π形的線性天線，即:折疊振子的形狀成倒η形。天線包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對，通過這種結構設計能達到反向電流對的作用機理。具體的，本實用新型的近場UHF RFID天線為線性天線，包括天線電流臂，如圖1所示，本實用新型的天線電流臂為兩個，且兩個天線電流臂與饋電點一側(cè)的天線金屬帶條構成倒η形。天線豎直方向的天線電流臂長度a約為1/2λ，兩個天線電流臂之間的距離a也約為1/2λ，λ為天線的工作波長，是相對于頻率的取值而言的。所述反向電流對原理指:平行放置的反向電流對中間區(qū)域，由于兩電流產(chǎn)生的磁場的相互疊加作用，得到總的垂直方向的磁場分布相對于單根偶極子天線產(chǎn)生的磁場而言，磁場強度更高，磁場均勻性更好，從而，采用本實用新型，產(chǎn)生的該磁場是一個強度和均勻性都能滿足近場UHF RFID系統(tǒng)需要的磁場，因此，這樣的空間磁場分布適合于用作近場UHF RFID系統(tǒng)閱讀器的清點區(qū)域，能保證標簽清點的可靠性。而且，采用本實用新型，提供的天線物理尺寸遠小于普通波導的波導傳輸線，并且其損耗低、寬通帶、結構簡單、制造方便，能克服現(xiàn)有普通波導傳輸線體積大，小型化成本高的缺陷。這里，本實用新型的近場UHF RFID天線，該天線采用單層板結構的印刷電路板(PCB, PrintedCircuitBoard)制成。天線基板是PCB板的介質(zhì)層,天線基板使用玻璃纖維板(FR-4)，厚度范圍在0.5-3_，天線基板尺寸大于天線金屬帶條的尺寸。圖1中的陰影填充部分為天線金屬帶條所在區(qū)域。這里，饋電點位于天線金屬帶條低端開口處，天線金屬帶條低端開口處使用特性阻抗50Ω的同軸線纜進行饋電。這里，本實用新型的近場UHF RFID天線還包括:屏蔽盒，如圖2所示，屏蔽盒由金屬板組成，屏蔽盒包圍天線基板的四周及底面。天線基板放置在屏蔽盒的口面上，印有天線金屬帶條的一面向上。采用屏蔽盒的有益效果為:用屏蔽盒使天線實現(xiàn)定向輻射。這里，同軸線纜的線芯與天線金屬帶條低端開口處饋電點一側(cè)的金屬線相連，同軸線纜經(jīng)屏蔽層與天線金屬帶條低端開口處饋電點另一側(cè)的金屬線相連。這里，本實用新型的近場UHF RFID天線工作時，天線諧振頻率為840MHz，工作帶寬為826-853MHZ，天線帶寬可以覆蓋中國UHF RFID使用標準(840_845MHz)。如圖3所述，圖3為天線的參數(shù)(SI，I)頻率分布值的示意圖。參數(shù)(SI，I)為回波損耗值。這里，天線上840MHz時的電流分布如圖4所示，根據(jù)電大結構上的電流分布原理，在距離饋電點1/4λ處，電流會衰減到零，接著改變方向。由此得到的天線兩電流臂上的電流分布，構成了一對平行放置的反向電流對。當饋源輸入功率為IW時，得到的天線上方H=50mm處的磁場分布如圖5所示。對于使用Gen2芯片的標簽，天線閱讀區(qū)域的磁場要達到-20dB A/m時，可以保證能夠使芯片獲得做夠的驅(qū)動能量，系統(tǒng)可以有效的工作。根據(jù)這個標準，天線上方50mm處的有效閱讀區(qū)域大于750cm2。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種近場射頻識別閱讀器天線，其特征在于，所述天線為倒H形的線性天線，包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對。
2.根據(jù)權利要求1所述的天線，其特征在于，所述兩個天線電流臂與饋電點一側(cè)的天線金屬帶條構成所述倒π形。
3.根據(jù)權利要求1所述的天線，其特征在于，所述兩個天線電流臂的長度皆為1/2λ，所述兩個天線電流臂之間的距離為1/2 λ ;所述λ為天線的工作波長。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的天線，其特征在于，所述天線的結構為:單層板結構的印刷電路板PCB。
5.根據(jù)權利要求2所述的天線，其特征在于，所述天線還包括屏蔽盒，所述屏蔽盒包圍所述天線基板的四周及底面。
6.根據(jù)權利要求2或5所述的天線,其特征在于,所述饋電點位于天線金屬帶條低端開口處，采用同軸線纜的饋電方式。
專利摘要本實用新型公開了一種近場射頻識別閱讀器天線，所述天線為倒π形的線性天線，包括天線基板上平行放置的兩個天線電流臂，且在兩個天線電流臂間形成反向電流對。采用本實用新型，能滿足近場UHF RFID系統(tǒng)的需要。
文檔編號H01Q1/38GK202917627SQ20122049354
公開日2013年5月1日 申請日期2012年9月25日 優(yōu)先權日2012年9月25日
發(fā)明者馮春楠, 張欣, 杜江, 王金龍, 馬濤, 吳群, 丁旭民 申請人:中興通訊股份有限公司