专利名称：超高频段智能货架rfid读写器天线的制作方法
技术领域：
本发明属于天线结构设计技术领域，涉及一种RFID读写器天线。
背景技术：
RFID (Radio Frequency Identif ication，射频识别)技术是一种非接触的自动识别技术。读写器天线在RFID系统中起着关键作用。读写器天线工作的频率可能有低频 (135kHz以下)、高频(13. 56MHz)、超高频(860-960MHz)和微波频段(2. 4GHz以上)等。读写器天线按照作用距离来划分，可以分为近场天线和远场天线。工作于超高频的近场读写器天线非常适合在狭小空间工作。因为近场天线只有在近距离处才有较强的电磁场，距离稍远一些电磁场的强度急剧减弱，这种天线的远场增益很低，所以天线周围的大面积金属并不会对天线的性能产生影响。由于超高频段近场RFID读写器天线有很多优良性能。但是当天线的尺寸超过一个波长后，其附近的磁场就变得不均勻。很多公司和个人已经做了不少的相关研究来增加天线的尺寸，并且有产品问世，比如基于耦合环的天线、折合的环天线、靠集总电容器补偿相位的环天线等。这些天线的尺寸仍然不够大，无法在一个大型货架上产生大面积均勻分布的电磁场。文献"RFID Smart Shelf with Confined Detection Volume at UHF, Carla R. Mederios, Jorge R. Costa, and Carlos A. Fernandes, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2008, Vol. 7，p773_776”公开了一种用微带线来实现的货架天线，该天线可以随意的改变长度，但是宽度不能变宽。文献"Near-Field Antenna for RFID Smart Shelf in UHF,Wonkyu Choi,Jeong-Seok Kim,Ji-Hoon Bae,Gilyoung Choi,and Jong-Suk Chae, Antennas and Propagation Society International Syposiuim, 2009, ρ 1-4" 7J^Jf 了另一种货架天线，是采用功分器将馈线分成很多根平行的微带线，然后通过地板上的很多根缝隙将电场能量耦合出去，这种方法由于有功分器，所以每根线上的电流会减小，因此减弱了天线的作用距离。
发明内容
为了克服现有技术采用功分器后导致每根线上的电流减小的不足，本发明提供一种超高频段智能货架RFID读写器天线，该天线可以产生大面积的均勻分布的磁场。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括PCB基板、同轴接头和金属导带，上层PCB基板和下层PCB基板通过若干个尼龙柱支撑形成空气间隙；上层PCB基板的上表面具有上表面金属导带，下层PCB基板的下表面具有下表面金属导带，下层PCB基板的上表面为整体覆铜；该整体覆铜和下层PCB基板、下表面金属导带一起形成微带线，该整体覆铜和空气间隙、上层PCB基板、上表面金属导带一起形成微带线；上表面金属导带和下表面金属导带均有多根，并通过导电柱交替相连上表面金属导带和下表面金属导带的末端，将所述的上表面金属导带和下表面金属导带串联，第一根上表面金属导带的一端和同轴接头相连，最后一根上表面金属导带的一端连接匹配负载；信号从同轴接头馈入，经过上表面金属导带和下表面金属导带交替传输，最后到达匹配负载；上表面金属导带的宽度按照信号传输的顺序逐渐增加，宽度增加的程度以流经各个上表面金属导带的电流值不变为准则， 所形成的微带线的特征阻抗从同轴接头连接处到匹配负载处逐渐减小，这样即使在有辐射损耗存在的情况下仍然可以保持上表面金属导电上的电流不变；上表面金属导带激励出切向的磁场，选择上表面金属导带和下表面金属导带的长度，使相邻单根上表面金属导带和单根下表面金属导带产生的相移量之和为波长的整数倍，这样相邻上表面金属导带激励出的切向磁场为同相，叠加在一起，形成大面积的切向磁场分布。本发明的有益效果是没有采用功分器，而是通过上表面金属导带和下表面金属导带交替连接，这样上表面金属导带上的电流较强；改变天线的长度和改变天线的宽度，即上表面金属导带和下表面金属导带的根数和长度，都对天线的性能改变不大，所以可以方便的设计出不同面积的天线；由于信号长距离传输会有衰减，而上表面金属导带的宽度逐渐增加，降低了微带线的特征阻抗，抵消了信号的衰减，使得在上表面金属导带上的电流分布并不降低，所以天线上部的磁场分布均勻。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明超高频段智能货架RFID读写器天线结构示意图。图2是图1的顶视图。图3是图1的侧视图。图中，1、同轴接头，2、上层PCB基板，3、下层PCB基板，4、上表面金属导带，5、下表面金属导带，6、导电柱，7、尼龙柱，8、空气间隙，9、匹配负载，10、整体覆铜。
具体实施例方式参照图1 3，本发明由同轴接头1、上层PCB基板2、下层PCB基板3、上表面金属导带4、下表面金属导带5、导电柱6、尼龙柱7、空气间隙8、匹配负载9和整体覆铜10组成。在本实施例中，上层PCB基板2和下层PCB基板3的宽度为350mm，长度为700mm， 厚度为2mm，材料为FR4。两块PCB基片通过四个角上高度为IOmm的尼龙柱6支撑，形成空气间隙8。第一条上表面金属导4带左边的宽度为52mm，右边的宽度为55毫米；第二条上表面金属导4带左边的宽度为55mm，右边的宽度为58毫米；第三条上表面金属导带4左边的宽度为58mm，右边的宽度为62毫米。这样由整体覆铜10、空气间隙8、上层PCB基板2和上表面金属导带4所组成的三条微带线的特征阻抗由50欧姆经过48欧姆和46欧姆过渡到最后的44欧姆。最后所连接的匹配负载9的阻抗为44欧姆，和微带线匹配。第一条下表面金属导带5的宽度为4. 2mm，特征阻抗为48欧姆，通过两个导电柱6 连接第一条和第二条上表面金属导带4。第二条下表面金属导带5的宽度为4. 5mm,特征阻抗为46欧姆，通过两个导电柱6连接第二条和第三条上表面金属导带4。如果上表面金属导带4和下表面金属导带5的宽度没有渐变，那么所形成的微带线的特征阻抗都是50欧姆。信号经过微带线的长距离传输后将会发生幅度的降低，这主要是由于上表面金属导带4和整体覆铜10的距离较远而产生的辐射损耗。上表面金属导带4上的电流逐渐降低，必然导致周围的磁场减弱，影响了天线的读取距离。因此在本发明中，上表面金属导带4的宽度逐渐增加，微带线的特征阻抗逐渐降低，这样保持了沿着上表面金属导带4的电流幅度不变，进而磁场强度稳定。在本实施例中，信号向右经过上表面金属导带4后通过导电柱6流入下表面金属导带5，到左端后又通过导电柱6流入下一根上表面金属导带4。单根上表面金属导带4和单根下表面金属导带5共产生的相移为六个波长，因此相邻上表面金属导带4上的电流都是同相的。这样上表面金属导带4在天线上方产生的切向磁场同向叠加。应当理解的是，以上所述仅为本发明的一种实施例而已。对本领域普通技术人员来说，可以方便的增加或减少上表面金属导带4和下表面金属导带5的根数，以改变天线的宽度；也可以增加或减少天线的长度，只要保证单根上表面金属导带4和单根下表面金属导带5产生的相移量为波长的整数倍；也可以了选用其它材料的上层PCB基板2和下层PCB 基板3 ；也可以选取不同的尼龙柱7的高度，以产生不同厚度的空气间隙8。
权利要求
1. 一种超高频段智能货架RFID读写器天线，包括PCB基板、同轴接头和金属导带，其特征在于上层PCB基板和下层PCB基板通过若干个尼龙柱支撑形成空气间隙；上层PCB基板的上表面具有上表面金属导带，下层PCB基板的下表面具有下表面金属导带，下层PCB基板的上表面为整体覆铜；上表面金属导带和下表面金属导带均有多根，并通过导电柱交替相连上表面金属导带和下表面金属导带的末端，将所述的上表面金属导带和下表面金属导带串联，第一根上表面金属导带的一端和同轴接头相连，最后一根上表面金属导带的一端连接匹配负载；上表面金属导带的宽度按照信号传输的顺序逐渐增加，增加的程度以流经各个上表面金属导带的电流值不变为准则，上表面金属导带和下表面金属导带的长度，使相邻单根上表面金属导带和单根下表面金属导带产生的相移量之和为波长的整数倍。
全文摘要
本发明公开了一种超高频段智能货架RFTD读写器天线，将上层PCB基板和下层PCB基板通过尼龙柱支撑；上层PCB基板的上表面具有多根上表面金属导带，下层PCB基板的下表面具有多根下表面金属导带，上表面为整体覆铜；通过导电柱将同轴街头、上表面金属导带、下表面金属导带和匹配负载串联，上表面金属导带的宽度按照信号传输的顺序逐渐增加，相邻单根上表面金属导带和单根下表面金属导带产生的相移量之和为波长的整数倍。本发明电流较强，可以方便的设计出不同面积的天线，天线上部的磁场分布均匀。
文档编号H01Q1/22GK102299413SQ20111014812
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者任安康, 吴昌英, 李建周, 王婷 申请人:西北工业大学