一种近场射频识别阅读器天线制造技术

本发明专利技术公开了一种近场射频识别阅读器天线，天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；所述功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；所述四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流。采用本发明专利技术，能满足近场UHF RFID系统的需要。

【技术实现步骤摘要】
一种近场射频识别阅读器天线
本专利技术涉及阅读器天线技术，尤其涉及一种基于多层板结构地板开槽的特高频(UHF，UltraHighFrequency)近场射频识别(RFID，RadioFrequencyIdentification)阅读器天线。
技术介绍
近场UHFRFID的工作方式可以是电场耦合方式或者磁场耦合方式。在电场耦合方式下，能量主要以电场的方式传递，电场的分布会被高介电常数的物体所影响；在磁场耦合方式下，能量主要以磁场的方式传递，磁场的分布只会被高磁导率的物体所影响，而日常生活中高磁导率的物体并不多。从而，近场UHFRFID系统在磁场耦合方式下，可以有效的在复杂介质环境下可靠工作，采用的近场UHFRFID技术可以弥补现有UHFRFID系统在标签放置在高介电常数附近不能可靠工作的缺陷。而且，近场UHFRFID系统相比于同样使用磁场耦合的低频(LF)/高频(HF)RFID系统，近场UHFRFID标签的尺寸更小、结构更简单、成本更低。现有的LF/HFRFID系统，采用磁场耦合方式时，对应的阅读器天线是一个电小尺寸(相对工作频率的电长度小于该频率波长)的线圈天线，可以称为小环天线，该线圈上的电流方向一致，这样可以在线圈的中心区域得到较强的且稳定的磁场，但是，小环天线的磁场随着离天线的距离的增加而衰减的很快，读取距离大约为小环天线的直径大小。同时，小环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50Ohm的转换。当频率上升到UHF频段，如果仍然采用小环天线则不适应于近场UHFRFID系统，由于近场UHFRFID系统工作波长较短，则原来的LF/HFRFID系统的阅读器天线，相对于UHF频段的工作波长为电大尺寸(相对工作频率的电长度大于该频率波长)结构，此时，电大尺寸结构的线圈天线，可以称为大环天线。大环天线上电流的幅度和相位不能再视为常数，当大环天线的直径超过λ/π时，大环天线上电流将在距离馈电端口四分之一波长处减弱为零，并在与馈电端口相对的另一半圆环上产生方向相反的电流，从而导致的不良后果是在轴向的磁场相互抵消，读取距离降低。由于读取距离约为环天线直径大小，若简单的减小天线的尺寸也不适用于近场UHFRFID系统。可见：现有的天线设计在UHF频段的近场UHFRFID系统中不再适用，迫切需要一种改进的天线设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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UHFRFID系统的需要。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种近场射频识别阅读器天线，所述天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；所述功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；所述四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流。其中，所述四个辐射单元在天线基板上沿正方形的四边摆放，所述电流分布等效为周长2λ同向电流分布的电大尺寸环圈天线的电流，所述λ为天线的工作波长。其中，所述天线的结构为：多层板结构的印刷电路板PCB，所述多层板结构具体为两层介质三层金属的结构。其中，所述四个辐射单元进一步为两对按1∶4等幅同相馈电的印刷偶极子天线，每一对印刷偶极子天线分两层印刷，分别位于所述PCB的第一个金属层和第二个金属层。其中，所述功分馈电单元包括功分馈电网络地板、功分馈电网络；所述功分馈电网络地板位于所述PCB的第二个金属层，所述功分馈电网络位于所述PCB的第三个金属层。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，所述功分馈电网络地板为带有开槽的地板结构，开槽的位置与所述金属过孔的位置相对应。本专利技术的天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流。采用本专利技术，功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上进行馈电，且四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，能得到电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流，避免采用现有技术产生方向相反的电流导致的磁场相互抵消和读取距离降低的不良后果，从而能得到一个强度和均匀性都能满足近场UHFRFID系统需要的磁场。附图说明图1为本专利技术由辐射单元和功分馈电单元构成的天线结构的俯视图；图2为本专利技术天线结构的等效环圈天线原理示意图；图3为本专利技术天线多层板结构的侧视图；图4为本专利技术功分馈电单元的示意图；图5为图4的S参数幅值示意图；图6为图4的S参数相位值示意图；图7为本专利技术天线回波损耗示意图；图8为本专利技术天线电流分布示意图；图9为本专利技术天线高度为20mm的磁场幅值分布的示意图；图10为本专利技术天线高度为30mm的磁场幅值分布的示意图。具体实施方式本专利技术的基本思想是：天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流。下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。本专利技术的近场射频识别阅读器天线，如图1所示，由4个辐射单元和1个功分馈电单元通过组成，该4个辐射单元在天线基板上沿正方形的四边摆放，1个功分馈电单元通过4个金属过孔连接到4个辐射单元上进行馈电，使4个辐射单元按1∶4等幅同相馈电。这里，4个辐射单元按1∶4等幅同相馈电，则本专利技术的近场射频识别阅读器天线上的电流分布等效为一个具有同向电流分布的电大尺寸环圈天线，具体的，4个辐射单元可以具体为四个按1∶4等幅同相馈电的印刷偶极子天线，四个印刷偶极子天线如图2中所示的位置摆放，等效于一个周长2λ的电大尺寸结构的，具有同向电流分布的环圈天线。图2中有4个传输线(feed)，当前电流分布(CurrentDistribution)如图2中粗实线箭头所示。所述λ为天线的工作波长，是相对于频率的取值而言的。这里，针对四个按1∶4等幅同相馈电的印刷偶极子天线而言，印刷偶极子天线分布在多层板结构PCB板金属层的最上层和第二层。每一对印刷偶极子天线分两层印刷，馈电点处上下两层有一段金属线重合。印刷偶极子天线的结构尺寸如图1所示，其中金属线宽m值约为4mm左右，印刷偶极子天线上层金属线向中心伸出长度为y的金属线，与馈电点过孔相接。印刷偶极子天线单个电流臂长度x的值为1/4λ，本结构中选择适当x值，使天线谐振与842MHz。这里，本专利技术的近场射频识别阅读器天线，该天线采用多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)。这里，采用本专利技术的有益效果为：1∶4等幅同相馈电，等效为具有同向电流分布的环圈天线，由于等效为环圈天线，该线圈上的电流方向一致，这样可以在线圈的中心区域得到较强的且稳定的磁场，以满足近场UHFRFID系统需要的磁场。天线使用多层板结构的PCB制成，具有低剖面、易于集成、小型化的特点。使用的FR-4多层PCB板成本较低，结构简单，易于加工。相比较现有的天线设计，本专利技术的天线在满足带宽要求的前提下(覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近场射频识别阅读器天线，其特征在于，所述天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；所述功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；所述四个辐射单元采取1∶4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流。

【技术特征摘要】
1.一种近场射频识别阅读器天线，其特征在于，所述天线包括四个辐射单元和一个功分馈电单元；所述功分馈电单元通过金属过孔连接到所述辐射单元上；所述四个辐射单元采取1:4等幅同相馈电的馈电方式，电流分布等效为同向电流分布的电大尺寸环圈天线上的电流；其中：所述天线的结构为多层板结构的印刷电路板PCB，所述四个辐射单元在天线基板上沿正方形的四边摆放，所述电流分布等效为周长2λ同向电流分布的电大尺寸环圈天线的电流，所述λ为天线的工作波长，所述四个辐射单元为两对按1:4等幅同相馈电的印刷偶极子天线，每一对印刷偶极子天线分两层印刷，分别位于所述PCB的第一个金属层和第二个金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯春楠，张欣，杜江，王金龙，马涛，吴群，丁旭民，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44