一種超高頻段近場rfid讀寫器天線的製作方法
2023-08-01 21:13:31 1
專利名稱：一種超高頻段近場rfid讀寫器天線的製作方法
技術領域：
本發明屬於天線結構設計技術領域，涉及一種RFID讀寫器天線。
背景技術：
RFID (Radio Frequency Identif ication，射頻識別)技術是一種非接觸的自動 識別技術。讀寫器天線在RFID系統中起著關鍵作用。讀寫器天線工作的頻率可能有低頻 (135kHz以下)、高頻(13. 56MHz)、超高頻(860-960MHz)和微波頻段(2. 4GHz以上)等。讀 寫器天線按照作用距離來劃分，可以分為近場天線和遠場天線。工作於超高頻的近場讀寫 器天線非常適合在狹小空間工作。因為近場天線只有在近距離處才有較強的電磁場，距離 稍遠一些電磁場的強度急劇減弱，這種天線的遠場增益很低，所以天線周圍的大面積金屬 並不會對天線的性能產生影響。由於超高頻段近場RFID讀寫器天線有很多優良性能，很多公司和個人已經做了 不少的相關研究，並且有產品問世。Impinj公司提出了很多基於耦合環的天線；Siemens 公司提出了一種折合的環天線；Daniel Μ. Dobkin等人提出了一種靠集總電容器補償相位 的環天線；這些天線的共同特點是採取某種方法使環上的電流保持同相位，這樣感應出的 磁場最強，但是上述這些天線都屬於諧振天線，相位補償量和頻率有關，因此帶寬普遍比較 窄。
發明內容
為了克服現有技術帶寬較窄的不足，本發明提供了一種超高頻段近場RFID讀寫 器天線。該天線是一種行波天線，頻帶比較寬，磁場較強。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是包括同軸接頭、PCB基板、共面波 導、巴倫和共面帶線，同軸接頭和PCB基板上的共面波導的一端相連，共面波導的另一端通 過巴倫連接到共面帶線的一端上，共面帶線的另一端接有電阻，PCB基板和金屬地板之間通 過位於PCB基板四個角上的尼龍柱支撐，在PCB基板和金屬地板之間形成一空氣層。選擇導 帶寬度、導帶間的縫隙寬度、PCB基板的介電常數、空氣層厚度、巴倫阻抗和電阻值的參數， 使共面波導、巴倫、共面帶線和電阻之間阻抗匹配。金屬地板上有反向的鏡像電流，空氣層 越厚，反向的鏡像電流越遠，近場越強。但是空氣層越厚，天線的尺寸越大。本發明的有益效果是本發明所述的天線是一種行波結構，頻帶比較寬；PCB基板 和金屬地板之間有一空氣層，既降低了對PCB基板介電常數精度的要求，又減弱了金屬地 板反向鏡像電流的影響，所以磁場較強；該天線是一種行波結構，改變天線的長度對性能改 變不大，所以可以根據不同場合應用的需要，方便的設計出不同長度的天線。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是本發明超高頻段近場RFID讀寫器天線結構示意圖。
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圖2是圖1的頂視圖。圖3是圖1的A-A剖視圖。圖中，1、同軸接頭，2、共面波導，3、巴倫，4、共面帶線，5、PCB基板，6、電阻，7、空氣 層，8、金屬地板，9、尼龍柱。
具體實施例方式參照圖1 3，本發明由同軸接頭1、共面波導2、巴倫3、共面帶線4、PCB基板5、 電阻6、空氣層7、金屬地板8和尼龍柱9組成。共面波導2和共面帶線4採用蝕刻等工藝方式設置在PCB基板5的上表面。同軸 接頭1緊貼PCB基板5的一側焊接在共面波導2上。巴倫3焊接在共面波導2和共面帶線 4之間。電阻6焊接在共面帶線4的另一側頂端。PCB基板5和金屬地板8之間通過四個 角上的尼龍柱9支撐，在中間形成一空氣層7。實施例一PCB基板5和金屬地板8的長度和寬度的尺寸均分別為IlOmm和50mm ；PCB基板5 採用厚度為1. 5mm、相對介電常數為4. 4的FR4介質板；空氣層7的厚度為5mm。選擇共面波導2的中心導帶寬度和縫隙寬度，使其特徵阻抗為50 Ω，以便和同軸 接頭1匹配。採用1 4阻抗比的巴倫。巴倫3在共面波導2—側的埠阻抗為50 Ω，在 共面帶線4 一側的埠阻抗為200 Ω。選擇共面帶線4的導帶寬度為5mm和導帶之間的距 離為10mm，使其特徵阻抗為200 Ω。電阻6的阻抗為200 Ω，和共面帶線4的特徵阻抗匹配。從同軸接頭1，經過共面波導2、巴倫3、共面帶線4，一直到電阻6，阻抗都是匹配 的。因此是一種行波結構，頻帶比較寬。共面帶線4的兩個導帶上的電流相反。兩個導帶上方向相反的電流可以在兩個導 帶之間形成同向的垂直於PCB基板5的磁場。空氣層7增加了 PCB基板5和金屬地板8之間的距離。這樣做既降低了對PCB基 板介電常數精度的要求，而且減弱了金屬地板反向鏡像電流的影響，磁場較強。該天線在輸 入功率IW的情況下，作用距離為2cm。由於該天線是一行波天線，共面帶線4為均勻傳輸線，所以可以根據不同場合應 用的需要，改變共面帶線4的長度，其它參數不變，方便的設計出不同長度的天線，以獲得 不同的天線作用區域。巴倫3也可以採用其它阻抗比。共面帶線4也可以改為槽線或平行雙線等平衡傳 輸線。PCB基板5也可以採用其它介質。實施例二共面帶線4特徵阻抗的降低和空氣層7厚度的增加都會增加磁場強度，進一步擴 展天線的作用距離。PCB基板5和金屬地板8的長度和寬度的尺寸均分別為IlOmm和80mm ；PCB基板5 採用厚度為1. 5mm、相對介電常數為4. 4的FR4介質板；空氣層7的厚度為10mm。選擇共面波導2的中心導帶寬度和縫隙寬度，使其特徵阻抗為50 Ω，以便和同軸 接頭1匹配。採用1 2阻抗比的巴倫。巴倫3在共面波導2—側的埠阻抗為50 Ω，在 共面帶線4 一側的埠阻抗為100 Ω。選擇共面帶線4的導帶寬度為35mm和導帶之間的距離為10mm，使其特徵阻抗為100 Ω。電阻6的阻抗為100 Ω，和共面帶線4的特徵阻抗匹 配。從同軸接頭1，經過共面波導2、巴倫3、共面帶線4，一直到電阻6，阻抗都是匹配的。
和實施例一相比，在本實施例中，將巴倫3、共面帶線4和電阻6的阻抗都從200Ω 降為100Ω。由於阻抗降低，則共面帶線4上的電流增大，因此磁場增強。和實施例一相比， 在本實施例中，將空氣層7的厚度從5mm增加到10mm，金屬地板8上反向鏡像電流的距離增 加了 10mm，因此磁場增強。該天線在輸入功率IW的情況下，作用距離為5cm。和實施例一 相比，本實施例的天線尺寸有些增大。該實施例中，天線的工作原理和實施例一相同，這裡 不再贅述。
權利要求
一種超高頻段近場RFID讀寫器天線，包括同軸接頭、PCB基板、共面波導、巴倫和共面帶線，其特徵在於同軸接頭和PCB基板上的共面波導的一端相連，共面波導的另一端通過巴倫連接到共面帶線的一端上，共面帶線的另一端接有電阻，PCB基板和金屬地板之間通過位於PCB基板四個角上的尼龍柱支撐，在PCB基板和金屬地板之間形成一空氣層；導帶寬度、導帶間的縫隙寬度、PCB基板的介電常數、空氣層厚度、巴倫阻抗和電阻值的參數以使共面波導、巴倫、共面帶線和電阻之間阻抗匹配為準。
全文摘要
本發明公開了一種超高頻段近場RFID讀寫器天線，同軸接頭和PCB基板上的共面波導的一端相連，共面波導的另一端通過巴倫連接到共面帶線的一端上，共面帶線的另一端接有電阻，PCB基板和金屬地板之間通過位於PCB基板四個角上的尼龍柱支撐，在PCB基板和金屬地板之間形成一空氣層；導帶寬度、導帶間的縫隙寬度、PCB基板的介電常數、空氣層厚度、巴倫阻抗和電阻值的參數以使共面波導、巴倫、共面帶線和電阻之間阻抗匹配為準。本發明頻帶比較寬，磁場較強，可以根據不同場合應用的需要，方便的設計出不同長度的天線。
文檔編號H01Q1/14GK101916907SQ20101022119
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月8日 優先權日2010年7月8日
發明者任安康, 吳昌英, 王婷, 鄭奎松 申請人:西北工業大學