環(huán)形uhf近場rfid讀寫器天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，該天線為平面結(jié)構(gòu)，包括饋電端口、環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和介質(zhì)基板；環(huán)形結(jié)構(gòu)由第一弧形貼片、第二弧形貼片和匹配電阻組成；第一弧形貼片的一端連接饋電端口，另一端與匹配電阻相連；匹配電阻另一端與第二弧形貼片的一端相連；第二弧形貼片的另一端與饋電端口相連；寄生弧形貼片位于環(huán)形結(jié)構(gòu)外部，其內(nèi)邊緣到環(huán)形結(jié)構(gòu)外邊緣的距離處處相等；環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和饋電端口均在介質(zhì)基板的同一表面上；天線整體關(guān)于天線中軸線對稱。本發(fā)明具有近場磁場強(qiáng)度高、遠(yuǎn)場增益低、體積小、加工制作方便、成本低等特點(diǎn)，適用于各種超高頻近場RFID系統(tǒng)，特別適用于超低功耗手持設(shè)備。
【專利說明】環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種近場射頻識別(RFID)讀寫器天線，具體是涉及一種環(huán)形超高頻(UHF)近場RFID讀寫器天線。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識別(RFID)技術(shù)，是一種通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸式的雙向數(shù)據(jù)通信，對目標(biāo)加以識別并獲取相關(guān)信息的自動識別技術(shù)。射頻識別的工作頻率包括低頻(135KHz)、高頻(13.56MHz)、超高頻(860-960MHZ)及微波頻段(2.4GHz以上)，其中高頻和超高頻的應(yīng)用最為廣泛。讀寫器天線在射頻識別系統(tǒng)中起著不可替代的作用。近年來隨著單品級RFID應(yīng)用的提出，利用近場耦合的超高頻RFID系統(tǒng)得到越來越多的重視。超高頻近場RFID系統(tǒng)更多的應(yīng)用于零售業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、貴重物品追蹤等領(lǐng)域。超高頻近場RFID讀寫器天線成為近場RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接影響讀取范圍和讀取距離。
[0003]近年來超高頻近場RFID讀寫器天線得到了很多研究，設(shè)計出了各種基于分段耦合環(huán)形天線、左手材料加載環(huán)形天線、集總電容加載相位補(bǔ)償?shù)沫h(huán)形天線等等。這些天線共同特點(diǎn)是采用某種方法使得環(huán)上的電流保持同相，這樣就可以在環(huán)形區(qū)域內(nèi)感應(yīng)出較強(qiáng)的較均勻的磁場。但現(xiàn)在的這些天線基本都是電大天線，天線體積較大，磁場強(qiáng)度不高，很難用于低功耗移動便攜手持設(shè)備中。因此可用于移動手持設(shè)備的小型化UHF近場RFID讀寫器天線具有很大的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服電大近場天線因體積較大無法用于移動便攜設(shè)備的不足，適應(yīng)手持設(shè)備低功耗的特點(diǎn)，而提出來一種環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線。該天線近場磁場強(qiáng)度高、遠(yuǎn)場增益小、體積小、成本低、加工方便。
[0005]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，所述天線為平面結(jié)構(gòu)，包括饋電端口、環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和介質(zhì)基板；環(huán)形結(jié)構(gòu)由第一弧形貼片、第二弧形貼片和匹配電阻組成；第一弧形貼片的一端連接饋電端口，另一端與匹配電阻的一端相連；匹配電阻另一端與第二弧形貼片的一端相連。第二弧形貼片的另一端與饋電端口相連；寄生弧形貼片位于環(huán)形結(jié)構(gòu)外部，其內(nèi)邊緣到環(huán)形結(jié)構(gòu)外邊緣的距離處處相等；環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和饋電端口均在介質(zhì)基板的同一表面上；天線整體關(guān)于天線中軸線對稱；
所述的環(huán)形結(jié)構(gòu)可以為圓環(huán)、方環(huán)、橢圓環(huán)、菱形環(huán)及其它環(huán)形。
[0006]所述的第一弧形貼片、第二弧形貼片、饋電端口和寄生弧形貼片的材質(zhì)可以為銅、銀、導(dǎo)電油墨及其它具有較好導(dǎo)電性能的材料。
[0007]所述的介質(zhì)基板為陶瓷材料、環(huán)氧樹脂玻璃纖維板和紙質(zhì)材料及其它PCB介質(zhì)基板。
[0008]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn): (I)天線為平面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。
[0009](2)天線尺寸小，具有小型化的特點(diǎn)，可以用于各種UHF近場RFID系統(tǒng)中，特別適合用于便攜手持的系統(tǒng)中。
[0010](3)天線近場區(qū)域內(nèi)磁場強(qiáng)度強(qiáng)，利用較低的功率也可得到較大的讀取距離，可用于各種低功耗的UHF近場RFID系統(tǒng)中。
[0011](4)天線遠(yuǎn)場增益低，可以減少對其它遠(yuǎn)場標(biāo)簽的誤讀，同時可以減少對其他系統(tǒng)的干擾。
[0012](5)本發(fā)明可應(yīng)用在UHF頻段，即:860MHz?960MHz頻段內(nèi)，是一款具有較強(qiáng)近場磁場強(qiáng)度和較低遠(yuǎn)場增益的近場RFID讀寫器天線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是實施例中天線的反射系數(shù)曲線圖；
圖3是實施例中天線的增益曲線圖；
圖4是實施例中仿真得到的天線表面上沿X軸和Y軸變化的磁場強(qiáng)度Hz曲線。
具體實施方案
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施過程作詳細(xì)說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于下例表述的范圍。
[0015]參照圖1，本發(fā)明的環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線由饋電端口 1、環(huán)形結(jié)構(gòu)2、寄生弧形貼片3和介質(zhì)基板4組成；環(huán)形結(jié)構(gòu)由第一弧形貼片5、第二弧形貼片6和匹配電阻7組成；第一弧形貼片5的一端連接饋電端口 I，另一端與匹配電阻7的一端相連；匹配電阻7另一端與第二弧形貼片6的一端相連。第二弧形貼片6的另一端與饋電端口I相連；寄生弧形貼片3位于環(huán)形結(jié)構(gòu)外部，其內(nèi)邊緣到環(huán)形結(jié)構(gòu)外邊緣的距離處處相等；饋電端口 1、環(huán)形結(jié)構(gòu)2和寄生弧形貼片3均印制在介質(zhì)基板4的同一表面上；天線整體關(guān)于天線中軸線對稱；
在本實施例中環(huán)形結(jié)構(gòu)2采用的是圓環(huán)結(jié)構(gòu)，第一弧形貼片5、第二弧形貼片6和寄生弧形貼片3均為圓弧。在介質(zhì)基板確定的情況下，圓環(huán)結(jié)構(gòu)2的半徑、寄生弧形貼片3的弧長以及寄生弧形貼片3與圓環(huán)結(jié)構(gòu)2之間的間距共同影響天線的諧振頻率。圓環(huán)結(jié)構(gòu)2的半徑越大其周長越長，電流流過的路徑越長，天線諧振頻率越低。寄生弧形貼片3相當(dāng)于對環(huán)形結(jié)構(gòu)2進(jìn)行電感、電容加載。寄生弧形貼片3的弧長增大，同時增大了加載電感和加載電容，從而使天線諧振頻率越小。減小寄生弧形貼片3與環(huán)形結(jié)構(gòu)2之間的間距，使得加載電容增大，從而使得天線諧振頻率減小。匹配電阻7是用來對天線進(jìn)行匹配的，選取合適大小的匹配電阻7，可以使得天線得到較好的匹配。由于匹配電阻7消耗一定的能量，使得天線的遠(yuǎn)場增益很低。由于環(huán)形結(jié)構(gòu)2的周長小于天線工作頻率波長的一半，電流在環(huán)形結(jié)構(gòu)2和寄生弧形貼片3上保持同相，這樣就使得在環(huán)形結(jié)構(gòu)2內(nèi)部產(chǎn)生了較強(qiáng)的磁場。相對于電大近場天線而言，由于天線尺寸較小，相同輸入功率下環(huán)形結(jié)構(gòu)2內(nèi)部產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度遠(yuǎn)大于電大近場天線產(chǎn)生的磁場，這樣在小功率輸入的情況下，本發(fā)明天線仍然具有較強(qiáng)的磁場。[0016]本實例的天線整體尺寸為30mmX 30mmX Imm,環(huán)形結(jié)構(gòu)2的半徑為13mm,寄生弧形貼片3與環(huán)形結(jié)構(gòu)間的間距為0.5mm。從圖2結(jié)果可以看出在UHF RFID所在的頻段(860-960MHz)內(nèi)，天線反射系數(shù)均小于-10dB。從圖3可以看出天線遠(yuǎn)場增益在整個頻帶內(nèi)均小于-13.5dBi。從圖4可以看出，在天線表面上沿X軸和Y軸的磁場強(qiáng)度大于16 CA/m, dB)，遠(yuǎn)大于其它形式的UHF近場RFID讀寫器天線所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。此實施例中天線只是對天線結(jié)構(gòu)尺寸的舉例，并不代表此結(jié)構(gòu)能做到的最小值。
[0017]本發(fā)明環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線為平面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于加工，成本低，能產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場，可用于各種UHF近場RFID系統(tǒng)中，特別適用于低功耗的手持設(shè)備。此天線遠(yuǎn)場增益低，可以減少對其它遠(yuǎn)場標(biāo)簽的誤讀，同時可以減少對其他系統(tǒng)的干擾。
【權(quán)利要求】
1.環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，其特征在于:天線為平面結(jié)構(gòu)，包括饋電端口、環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和介質(zhì)基板；其中環(huán)形結(jié)構(gòu)由第一弧形貼片、第二弧形貼片和匹配電阻組成；第一弧形貼片的一端連接饋電端口，另一端與匹配電阻的一端相連，匹配電阻的另一端與第二弧形貼片的一端相連；第二弧形貼片的另一端與饋電端口相連；寄生弧形貼片位于環(huán)形結(jié)構(gòu)外部，其內(nèi)邊緣到環(huán)形結(jié)構(gòu)外邊緣的距離處處相等；環(huán)形結(jié)構(gòu)、寄生弧形貼片和饋電端口均在介質(zhì)基板的同一表面上；天線整體關(guān)于天線中軸線對稱。
2.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，其特征在于:所述的環(huán)形結(jié)構(gòu)為圓環(huán)、方環(huán)、橢圓環(huán)或菱形環(huán)。
3.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，其特征在于:所述的第一弧形貼片、第二弧形貼片、饋電端口和寄生弧形貼片的材質(zhì)為銅、銀或?qū)щ娪湍?br> 4.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，其特征在于:所述的介質(zhì)基板為陶瓷材料、環(huán)氧樹脂玻璃纖維板或紙質(zhì)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的環(huán)形UHF近場RFID讀寫器天線，其特征在于:環(huán)形結(jié)構(gòu)的周長小于天線工作頻率波長的一半。
【文檔編號】H01Q1/38GK103715499SQ201310691617
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】胡斌杰, 騰潢龍, 魏曉東 申請人:華南理工大學(xué)