具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线制造技术

本发明专利技术公开了一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，天线结构包括设置在外围的第一环形天线以及设置于第一环形天线内部的耦合环形天线，所述第一环形天线和耦合环形天线包括多个交指结构，所述交指结构间通过传输线连接；所述第一环形天线的底端中部向耦合环形天线侧弯折，所述第一环形天线的底端设有馈电端口。一方面保证电大尺寸的识别区域，增加识别距离，另一方面在保证近场磁场强度和均匀性的情况下，降低识别区域外的磁场，避免标签的误读。

【技术实现步骤摘要】
具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线
本专利技术涉及超高频近场射频识别天线
，具体地涉及一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线。
技术介绍
射频识别(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一种非接触式自动识别技术，主要由阅读器、标签与阅读器天线构成。阅读器发出射频信号，利用空间耦合的方式，标签感应所产生的电流会激发标签内的芯片工作，最后阅读器会识别标签内发出射频信号，从而实现了对标签内信息的读写。在近场RFID系统中，阅读器天线与标签的耦合方式可以分为磁场耦合和电场耦合。如果采用电场耦合的方式，感应出的能量以电场的方式传递，电场的分布会受到天线周围较大介电常数和较大损耗的物体所影响。而在磁场耦合方式下，感应出的能量以磁场的方式传递，磁场仅会被具有较高磁导率的物体所影响。但是在自然界中，具有较高介电常数的物体非常常见，但是具有较高磁导率的物体却非常少，为使得天线可靠工作于复杂环境中，大多数专家和学者研究基于磁场耦合技术的近场RFID阅读器天线。对于传统的LF/HFRFID阅读器天线，一般采用电小尺寸（线圈的周长小于，λ是对应频率下自由空间中的波长）的线圈天线，线圈上的电流方向可以保持同向，这样可以在线圈中心产生强而均匀的磁场，然而对于超高频近场RFID阅读器天线的设计却有一个新的技术难题，那就是超高频段的电磁波波长较短，在设计电大尺寸（线圈的周长大于，λ是对应频率下自由空间中的波长）的近场射频识别阅读器天线时，电流在四分之一波长位置时会衰减为零并改变方向，这种现象会削弱天线区域内所产生的磁场强度，使得标签读取能力下降。因此如何克服电流反向问题，使得天线在电大尺寸的区域内产生强而均匀的磁场是近场UHF-RFID天线设计的关键。为了解决上述问题，近年来有很多学者提出了多款基于磁场耦合技术的近场UHF-RFID天线。文献[2]（QingX,GohCK,andChenZN.ABroadbandNear-fieldUHFRFIDantenna[J],IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2010,58(12):3829-3838.）采用分段耦合金属线之间引入电容的方式来改变线圈上电流的相位，从而实现线圈上的电流同向分布，识别区域为154×154mm2(0.47λ×0.47λ，λ是915MHz频率时自由空间中的波长)，100%标签识别率的最大距离可以达到24mm。文献[4]（ShiJ,QingX,andChenZN.ElectricallyLargeZero-Phase-shiftLineGrid-ArrayUHFnear-fieldRFIDReaderAntenna[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2014,62(4):2201-2208.）利用阵列形式扩大识别区域，识别区域可以达到308×150mm2(0.94λ×0.46λ)，100%标签识别率的最大距离是13.5mm。文献[6]（ShenLW,ZhuangW,TangWC,andMaJ.AchievingUniformPerpendicularMagneticFieldDistributionforNear-fieldUHFRFID[J].IETMicrowavesAntennasandPropagation,2016,10(2):215-222.）基于反向电流（ODCS，OppositeDirectedCurrents）的原理，利用“交指型”的两个反相电流单元和一个相位相差900的馈电网络，实现了在电大尺寸的识别区域（460×160mm2）内磁场均匀分布。文献[7]（PakkathillamJK,KanagasabaiM,VaradhanC,etal.ANovelFractalAntennaforUHFNear-FieldRFIDReaders[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetter,2013,12(5):1141-1144.）是利用分形结构设计了一款V形UHF近场RFID阅读器天线，该天线在V形金属板的边缘产生了两条方向相反的电流，因此在V形开口方向产生了较强的磁场，天线的标签读取面积较大，但由于该天线的电流无法形成闭合的环形，因此磁场的边界不明显。综上，以上文献都未提到关于识别区域外标签误读的问题，这也是近场UHF-RFID天线设计中不可忽视的问题。可见，现有的基于磁场耦合技术的近场天线UHF-RFID天线可以实现电大尺寸的识别区域，但是都存在识别区域外标签误读的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术目的是：提供一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，一方面保证电大尺寸的识别区域，增加识别距离，另一方面在保证近场磁场强度和均匀性的情况下，降低识别区域外的磁场，避免标签的误读。本专利技术的技术方案是：一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，天线结构包括设置在外围的第一环形天线以及设置于第一环形天线内部的耦合环形天线，所述第一环形天线和耦合环形天线包括多个交指结构，所述交指结构间通过传输线连接；所述第一环形天线的底端中部向耦合环形天线侧弯折，所述第一环形天线的底端设有馈电端口。优选的技术方案中，所述交指结构包括一上块和与之配合的下块，所述上块向下设置有至少一个凸部，所述凸部延伸至下块的凹部内，所述凸部与凹部有间隙。优选的技术方案中，所述交指结构形成的电容与连接的传输线的电感在中心频率处谐振。优选的技术方案中，所述耦合环形天线每条边上设置4个交指结构。优选的技术方案中，所述第一环形天线的上端设有7个交指结构，所述第一环形天线的底端设有10个交指结构，第一环形天线的两侧端分别设有8个交指结构。优选的技术方案中，所述第一环形天线的底端的弯折部的长度接近耦合环形天线的底端长度。优选的技术方案中，所述第一环形天线的底端的弯折部的每条边上设置于2个交指结构。与现有技术相比，本专利技术的优点是：一方面保证电大尺寸的识别区域，增加识别距离，另一方面在保证近场磁场强度和均匀性的情况下，降低识别区域外的磁场，避免标签的误读。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术天线结构示意图；图2为本专利技术交指结构示意图；图3为本专利技术天线表面电流分布示意图；图4为本专利技术天线仿真与实测回波损耗示意图；图5天线不同观察高度平面仿真磁场分布示意图；图6天线标签识别率随观察高度变化曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例：如图1所示，一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，该天线采用介电常数是4.4，损耗角正切是0.02，厚度是0.8mm的FR4板材。天线整体由两个环型结构组成：外环结构以及内部的寄生耦合环结构。两个环形结构都是由传输线和多个“交指结构”构成。外环底端是馈电部分，并向中心区域弯折。采用双面曲折微带线馈电结构。经过仿真优化，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，其特征在于，天线结构包括设置在外围的第一环形天线以及设置于第一环形天线内部的耦合环形天线，所述第一环形天线和耦合环形天线包括多个交指结构，所述交指结构间通过传输线连接；所述第一环形天线的底端中部向耦合环形天线侧弯折，所述第一环形天线的底端设有馈电端口。

【技术特征摘要】
1.一种具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，其特征在于，天线结构包括设置在外围的第一环形天线以及设置于第一环形天线内部的耦合环形天线，所述第一环形天线和耦合环形天线包括多个交指结构，所述交指结构间通过传输线连接；所述第一环形天线的底端中部向耦合环形天线侧弯折，所述第一环形天线的底端设有馈电端口。2.根据权利要求1所述的具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，其特征在于，所述交指结构包括一上块和与之配合的下块，所述上块向下设置有至少一个凸部，所述凸部延伸至下块的凹部内，所述凸部与凹部有间隙。3.根据权利要求2所述的具有电大尺寸识别区域的近场射频识别天线，其特征在于，所述交指结构形成的电容与连接的传输线的电感在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学观，吕洪辉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32