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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

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