天线及射频识别设备的制作方法

本发明涉及射频识别领域，尤其涉及一种天线及射频识别设备。

背景技术：

频率为13.56MHz的射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)简称为13.56MHz RFID，是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，该技术广泛应用于物联网、金融、门禁等领域。由于13.56MHz RFID通讯是通过磁场耦合实现，所以射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。13.56MHz RFID非接触传输的特性，为可穿戴设备插上便携、低成本的翅膀，创造人与物联的新应用。

智能穿戴设备是应用穿戴技术对日常穿戴进行智能化设备，开发出可以穿戴的设备的总称，现在市面上的智能穿戴设备包括智能眼镜、智能手环、手套、手表、服饰及鞋等。

广义上的智能穿戴设备主要是指功能完整全面、尺寸没有限制、能够不必依附智能手机实现完整全面的功能的可穿戴设备，市面上的产品类型有智能手表、智能眼镜等。另外还有支持某种单一的应用功能，需要和其它的智能设备配合使用，这类产品主要有各类进行体征监测的智能手环、智能首饰等。随着科技进步及时代发展，智能穿戴设备形态和应用也在不断的变化、升级。

现有的13.56MHz RFID设备中使用的RFID天线为传统的RFID平面天线，存在射频兼容性较差的问题。

技术实现要素：

本发明实施例解决的问题是改善现有RFID设备的射频兼容性。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种天线，包括：所述天线匝数为多匝，螺旋缠绕，形成立体线圈。

可选的，所述天线为漆包线线圈。

可选的，所述天线的匝数为N，且4≤N≤10。

可选的，所述天线中金属线的直径为16微米至1毫米。

可选的，所述天线为铜线圈。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种射频识别设备，包括：上述任一种所述的天线、核心硬件以及金属外壳，其中：

所述核心硬件容置在所述金属外壳内；

所述天线螺旋缠绕在所述金属外壳的表面，形成立体线圈。

可选的，所述射频识别设备还包括：磁屏蔽层，所述磁屏蔽层内表面贴合在所述金属外壳表面，所述天线螺旋缠绕在所述磁屏蔽层外表面。

可选的，所述磁屏蔽层的材质为金属层屏蔽材料，适于屏蔽频率为13.56MHz的电信号所对应的磁场。

可选的，所述磁屏蔽层的厚度为0.1毫米至2毫米。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

天线的匝数为多匝，螺旋缠绕，形成立体线圈。立体线圈每一匝的面积近似相等，产生的电感量以及损耗也近似相等，从而避免平面天线中，内层线圈电感量较小却损耗较大的问题。因此，采用立体线圈可以减少电感损耗，从而可以提高天线的Q值，从而可以有效地解决小尺寸天线射频兼容性较差的问题。

进一步，在天线与金属外壳之间设置磁屏蔽层，通过磁屏蔽层将天线产生的磁场与金属外壳隔离，从而避免在天线通电产生磁场时，金属外壳表面产生涡流吸收磁场，而导致天线的损耗增加的问题，从而可以进一步提高天线的Q值，改善现有RFID设备的射频兼容性。

此外，磁屏蔽层具有一定的厚度，因此，天线与金属外壳之间存在一定的距离，因而可以提高天线的Q值，改善现有RFID设备的射频兼容性。

附图说明

图1是现有的一种RFID平面天线的示意图；

图2是本发明实施例中的一种射频识别设备的侧视图；

图3是本发明实施例中的一种射频识别设备的俯视图；

图4是本发明实施例中的另一种射频识别设备的俯视图；

图5是本发明实施例中的一种射频识别设备的结构示意图。

具体实施方式

现有的13.56MHz RFID设备中使用的RFID天线为传统的RFID平面天线，存在射频兼容性较差。

在本发明实施例中，天线的匝数为多匝，螺旋缠绕在容置核心硬件的金属外壳表面，形成立体线圈。立体线圈每一匝的面积近似相等，产生的电感量以及损耗也近似相等，从而避免平面天线中，内层线圈电感量较小却损耗较大的问题。因此，采用立体线圈可以减少电感损耗，从而可以提高天线的Q值，从而可以有效地解决小尺寸天线射频兼容性较差的问题。

在对本发明实施例进行详细说明之前，先对电感的品质因数进行说明。电感的品质因数Q来表示电感损耗的大小，是衡量电感器件的主要参数。电感的品质因数Q是指：电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。电感器件的Q值越大，其损耗越小，效率越高，电感器件组成的电路或网络的选择性愈佳。

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种天线，天线可以为多匝天线，螺旋缠绕形成立体状的线圈。

在具体实施中，天线的线圈匝数的取值范围可以处于4～10之间。在本发明一实施例中，天线的线圈匝数为4匝。在本发明另一实施例中，天线的线圈匝数为8匝。

可以理解的是，在实际应用中，天线的匝数与其具体应用场景的工作频率相关，可以根据实际的应用场景选择对应的匝数，天线的匝数并不局限于 本发明实施例中提供的数值范围。

在实际应用中，天线中的导线的直径也可以根据实际的应用场景进行选取。本发明实施例提供的天线在应用于设备尺寸较小的场合时，天线中的金属导线的直径相应的应选取较小值。

本发明实施例提供的天线可以应用在可穿戴设备中，鉴于可穿戴射频识别设备的小型化乃至微型化，天线中的金属导线的直径的取值范围可以为16微米～1毫米。例如，天线中的金属导线的直径为20微米。又如，金属线的直径为1毫米。

可以理解的是，天线中的金属导线的直径并不仅限于本发明上述实施例中提供的数值，还可以存在其他的数值，可以根据实际的应用场景选择对应直径的金属导线，此处不做赘述。

在本发明实施例中，金属导线的材质可以为铜线，也可以为其他材质的金属导线，例如铝线等。

在实际应用中，例如，智能手表或智能手环等穿戴设备，其产品的使用场景限制了产品的大小，意味着小尺寸的智能产品的天线的面积也受到相应的限制。传统的平面天线的结构和尺寸太大，已经无法满足智能穿戴设备的射频兼容性的需求，导致智能穿戴设备的性能大打折扣。

参照图1，给出了现有技术中的一种传统的RFID平面天线。从图1中可以得知，现有的RFID平面天线中，内层线圈的面积小于外层线圈的面积，最内层线圈的面积最小，最外层线圈的面积最大，即平面天线结构由外到内面积逐渐减小。

由于内层线圈面积较小，其产生的电感量占平面天线总电感量的比例较小。但是，由于电阻特性、电容特性以及磁耦合效应的存在，内层线圈引起的损耗占平面天线总损耗的比例大于电感量占平面天线总电感量的比例。即：内层线圈产生的电感量小，损耗大。换句话说，传统的RFID天线的Q值较低。

而采用本发明上述实施例中提供的天线，天线的匝数为多匝，螺旋缠绕形成立体线圈。立体线圈每一匝的面积近似相等，产生的电感量以及损耗也 近似相等，从而避免平面天线中，内层线圈电感量较小却损耗较大的问题。因此，采用立体线圈可以减少电感损耗，从而可以提高天线的Q值，增强天线的电感，降低了天线的损耗电阻值，从而可以有效地解决小尺寸天线射频兼容性较差的问题。

本发明实施例提供了一种射频识别设备，参照图2及图3，分别给出了本发明实施例中的一种射频识别设备的侧视图及俯视图。所述射频识别设备包括：核心硬件101、金属外壳102以及天线103，其中：

核心硬件101可以容置在金属外壳102内，金属外壳102存在一定的厚度，可以起到保护核心硬件101中的核心器件的作用，以及屏蔽外界信号对核心硬件101中的核心器件的干扰。在具体实施中，核心硬件101的外表层覆盖有一定厚度的金属涂层也可以作为所述金属外壳102。

在具体实施中，核心硬件101可以包括可穿戴射频识别设备的一些核心器件，例如中央处理器、传感器、图形处理器等装置，将上述核心器件集成在同一块电路板上，该电路板即可称之为核心硬件。可以理解的是，针对不同的可穿戴射频识别设备，核心硬件101中所包含的核心器件的种类及数量均可以不同。

在本发明实施例中，天线103可以为多匝立体线圈，螺旋缠绕在金属外壳102的外表面。在实际应用中，天线103可以等间距螺旋缠绕在金属外壳102的表面，也可以非等间距螺旋缠绕在金属外壳102的表面。

在本发明实施例中，天线103可以是由漆包线螺旋缠绕所构成的线圈。在本发明其他实施例中，天线103也可以由其他的导线螺旋缠绕组成。

在实际应用中，在天线103接通导电时，可以将电能转化成磁能，即天线103内存在磁场。在天线103直接螺旋缠绕在金属外壳表面，且天线103导电时，金属外壳在磁场的作用下，表面形成涡流，从而吸收磁场的能量，导致天线103内部磁场的磁通量减少，进而导致天线的Q值降低。

在本发明实施例中，为避免上述问题的出现，可以在天线103与金属外壳之间设置磁屏蔽层，将天线103所产生的磁场与金属外壳隔离，使得金属外壳接收不到天线103所产生的磁场，从而可以避免金属外壳表面形成涡流， 而导致天线的Q值下降的问题。

参照图2及图4，图4给出了本发明实施例中的一种射频识别设备的俯视图。在金属外壳102与天线103之间，贴合有磁屏蔽层104。其中，磁屏蔽层104的内表面贴合在金属外壳102的外表面，磁屏蔽层104的外表面有螺旋缠绕的天线103。

在天线103通电产生磁场后，由于天线103与金属外壳102之间设置有磁屏蔽层104，因此金属外壳102接收到的磁通量几乎为0，可以忽略不计，因此天线103所产生的磁通量几乎没有发生变化，不会导致天线103的Q值下降的问题。

磁屏蔽层104的材料可以为金属层屏蔽材料，在本发明一实施例中，金属层屏蔽材料为适于屏蔽13.56MHz的电信号所产生的磁场。可以理解的是，磁屏蔽层还可以为其他材质的屏蔽材料。

在实际应用中，鉴于可穿戴射频识别设备的小型化乃至微型化，磁屏蔽层的厚度也存在一定的限制。在本发明实施例中，磁屏蔽层的厚度可以处于0.1毫米～2毫米之间。例如，磁屏蔽层的厚度为0.2毫米。又如，磁屏蔽层的厚度为2毫米。

在实际应用中，磁屏蔽层的厚度也可以为其他值，并不仅限于本发明上述实施例所提供的厚度值，可以根据实际的应用场景自行选择合适的厚度值。

在本发明实施例中，磁屏蔽层具有一定的厚度，因此，天线与金属外壳之间存在一定的距离，提高天线的Q值，改善现有RFID设备的射频兼容性。

参照图5，给出了本发明实施例中的一种射频识别设备的结构示意图。

图5中，包括：核心硬件101，容置所述核心硬件101的金属外壳102。在金属外壳102与天线103之间，贴合有磁屏蔽层104，其中，磁屏蔽层104的内表面贴合在金属外壳102的外表面，磁屏蔽层104的外表面有螺旋缠绕的天线103。

射频识别设备对应的读写装置的天线线圈105，天线103的电流的方向为a方向，读写装置的天线线圈105磁场感应磁力线方向为b方向。天线线圈 105的磁场穿过天线103的横截面以及线圈周围的空间，使得天线103在交变磁场中产生感应电压，从而实现通信。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。