专利名称：一种近场射频识别阅读器天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及阅读器天线技术，尤其涉及一种基于反向电流对原理的特高频(UHF, Ultra High Frequency)近场射频识别(RFID, Radio Frequency Identification)阅读器天线。
背景技术：
现有的UHF RFID系统中，阅读器与标签之间的能量以电磁波的方式来回传播。当标签周围存在复杂的介质时，系统无法正常工作，这导致了传统的UHF RFID系统不能被应用到物品级的货物管理中，例如需求广泛的医药产品、药物管理、生物应用等领域。针对这种情况，近场UHF RFID系统因运而生，它将低频(LF)/高频(HF) RFID系统使用的磁场耦合的能量方式应用到UHF频段，而不是采用电磁波的形式，因此，相比于LF/HF RFID系统，近场UHF RFID标签的尺寸更小、结构更简单、成本更低，利于推广应用。近场UHF RFID系统的一个难点在于阅读器天线的设计，近场UHF RFID系统中的需求是:阅读器与标签之间的能量传输通过磁场耦合来实现，近场UHF RFID系统中RFID阅读器天线的设计的目标是在一定空间范围内产生一个强度和均匀性都能满足要求的磁场。磁场的强度保证标签天线能够耦合到足够大的驱动电压，均匀性保证标签清点的可靠性。所谓标签清点指:阅读器天线与标签之间建立的通信联系，用于读取标签。然而，现有的LF/HF RFID系统使用环圈天线，对于LF/HF RFID系统是适用的，相对于LF/HF频段工作波长，天线的电尺寸(相对工作频率的波长)很小，天线上的电流分布能够保持同向，因此环中心处的磁场能够满足使用要求。当频率上升到UHF频段，如果仍然采用环圈天线则不适应于近场UHF RFID系统，由于近场UHF RFID系统工作波长较短，若简单的减小天线的尺寸，导致的不良后果是有效清点范围较小且距离只有不到1cm，天线的工作频率位于阻抗的并联谐振附近，天线的带宽值随着频率的变化很快，很难通过匹配电路实现天线输入阻抗的到50 Ω的转换。可见:现有的天线设计在UHF频段的近场UHF RFID系统中不再适用，迫切需要一种改进的天线设计。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种近场射频识别阅读器天线，能满足近场UHF RFID系统的需要。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:一种近场射频识别阅读器天线，所述天线为倒π形的线性天线，包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对。其中,所述两个天线电流臂与馈电点一侧的天线金属带条构成所述倒π形。其中，所述两个天线电流臂的长度皆为1/2 λ，所述两个天线电流臂之间的距离为1/2 λ ;所述λ为天线的工作波长。其中，所述天线的结构为:单层板结构的印刷电路板PCB。[0010]其中，所述天线还包括屏蔽盒，所述屏蔽盒包围所述天线基板的四周及底面。其中，所述馈电点位于天线金属带条低端开口处，采用同轴线缆的馈电方式。本实用新型的天线为倒π形的线性天线，包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对。由于本实用新型采用倒π形的线性天线，在两个天线电流臂间形成反向电流对，因此，能得到一个强度和均匀性都能满足近场UHF RFID系统需要的磁场。
图1为本实用新型天线结构的俯视图；图2为本实用新型天线结构的侧视图；图3为本实用新型天线的参数(SI，I)频率分布值的示意图；图4为本实用新型天线上的电流分布示意图；图5为本实用新型天线的竖直方向磁场分量幅值的示意图。
具体实施方式
本实用新型的基本思想是:天线为倒π形的线性天线，包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对。
以下结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。本实用新型使用反向电流对原理设计了一种倒π形的线性天线，即:折叠振子的形状成倒η形。天线包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对，通过这种结构设计能达到反向电流对的作用机理。具体的，本实用新型的近场UHF RFID天线为线性天线，包括天线电流臂，如图1所示，本实用新型的天线电流臂为两个，且两个天线电流臂与馈电点一侧的天线金属带条构成倒η形。天线竖直方向的天线电流臂长度a约为1/2λ，两个天线电流臂之间的距离a也约为1/2λ，λ为天线的工作波长，是相对于频率的取值而言的。所述反向电流对原理指:平行放置的反向电流对中间区域，由于两电流产生的磁场的相互叠加作用，得到总的垂直方向的磁场分布相对于单根偶极子天线产生的磁场而言，磁场强度更高，磁场均匀性更好，从而，采用本实用新型，产生的该磁场是一个强度和均匀性都能满足近场UHF RFID系统需要的磁场，因此，这样的空间磁场分布适合于用作近场UHF RFID系统阅读器的清点区域，能保证标签清点的可靠性。而且，采用本实用新型，提供的天线物理尺寸远小于普通波导的波导传输线，并且其损耗低、宽通带、结构简单、制造方便，能克服现有普通波导传输线体积大，小型化成本高的缺陷。这里，本实用新型的近场UHF RFID天线，该天线采用单层板结构的印刷电路板(PCB, PrintedCircuitBoard)制成。天线基板是PCB板的介质层,天线基板使用玻璃纤维板(FR-4)，厚度范围在0.5-3_，天线基板尺寸大于天线金属带条的尺寸。图1中的阴影填充部分为天线金属带条所在区域。这里，馈电点位于天线金属带条低端开口处，天线金属带条低端开口处使用特性阻抗50Ω的同轴线缆进行馈电。这里，本实用新型的近场UHF RFID天线还包括:屏蔽盒，如图2所示，屏蔽盒由金属板组成，屏蔽盒包围天线基板的四周及底面。天线基板放置在屏蔽盒的口面上，印有天线金属带条的一面向上。采用屏蔽盒的有益效果为:用屏蔽盒使天线实现定向辐射。这里，同轴线缆的线芯与天线金属带条低端开口处馈电点一侧的金属线相连，同轴线缆经屏蔽层与天线金属带条低端开口处馈电点另一侧的金属线相连。这里，本实用新型的近场UHF RFID天线工作时，天线谐振频率为840MHz，工作带宽为826-853MHZ，天线带宽可以覆盖中国UHF RFID使用标准(840_845MHz)。如图3所述，图3为天线的参数(SI，I)频率分布值的示意图。参数(SI，I)为回波损耗值。这里，天线上840MHz时的电流分布如图4所示，根据电大结构上的电流分布原理，在距离馈电点1/4λ处，电流会衰减到零，接着改变方向。由此得到的天线两电流臂上的电流分布，构成了一对平行放置的反向电流对。当馈源输入功率为IW时，得到的天线上方H=50mm处的磁场分布如图5所示。对于使用Gen2芯片的标签，天线阅读区域的磁场要达到-20dB A/m时，可以保证能够使芯片获得做够的驱动能量，系统可以有效的工作。根据这个标准，天线上方50mm处的有效阅读区域大于750cm2。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种近场射频识别阅读器天线，其特征在于，所述天线为倒H形的线性天线，包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述两个天线电流臂与馈电点一侧的天线金属带条构成所述倒π形。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述两个天线电流臂的长度皆为1/2λ，所述两个天线电流臂之间的距离为1/2 λ ;所述λ为天线的工作波长。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，所述天线的结构为:单层板结构的印刷电路板PCB。
5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述天线还包括屏蔽盒，所述屏蔽盒包围所述天线基板的四周及底面。
6.根据权利要求2或5所述的天线,其特征在于,所述馈电点位于天线金属带条低端开口处，采用同轴线缆的馈电方式。
专利摘要本实用新型公开了一种近场射频识别阅读器天线，所述天线为倒π形的线性天线，包括天线基板上平行放置的两个天线电流臂，且在两个天线电流臂间形成反向电流对。采用本实用新型，能满足近场UHF RFID系统的需要。
文档编号H01Q1/38GK202917627SQ20122049354
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者冯春楠, 张欣, 杜江, 王金龙, 马涛, 吴群, 丁旭民 申请人:中兴通讯股份有限公司