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一種近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線的設(shè)計(jì)方法

文檔序號(hào):6561256閱讀:467來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種用高性能的近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)
近年來(lái),自動(dòng)識(shí)別方法在許多服務(wù)領(lǐng)域、在貨物銷售與后勤分配方面、在商業(yè)部門、在生產(chǎn)企業(yè)和材料流通領(lǐng)域得到了快速的普及和推廣。
幾年前,條形碼——紙帶在識(shí)別系統(tǒng)領(lǐng)域引起了一場(chǎng)革命并得到了廣泛應(yīng)用。今天,這種條形碼——紙帶在越來(lái)越多的情況下已經(jīng)不能滿足人們的需求了。條形碼雖然很便宜,但它的不足之處是存儲(chǔ)能力小及不能改寫。
一種技術(shù)上最佳的解決方案是將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一塊硅芯片里。在日常生活中,具有觸點(diǎn)排的IC卡(電話IC卡、銀行卡等)是電子數(shù)據(jù)載體的最普遍的結(jié)構(gòu)。然而,對(duì)IC卡來(lái)說(shuō),在許多情況下,機(jī)械觸點(diǎn)的接通是不可靠的。數(shù)據(jù)載體與一個(gè)所屬的閱讀器之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行非接觸傳輸將靈活得多。根據(jù)使用的能量和數(shù)據(jù)傳輸方法,我們把非接觸的識(shí)別系統(tǒng)稱作射頻識(shí)別系統(tǒng)(RFID-Radio Frequency Identification)。因此,RFID是一種利用無(wú)線電波對(duì)紀(jì)錄媒體進(jìn)行讀寫,將射頻技術(shù)與IC卡技術(shù)相結(jié)合并可用于遠(yuǎn)距離、動(dòng)目標(biāo)、無(wú)線識(shí)別的技術(shù)。
RFID系統(tǒng)在具體的應(yīng)用過(guò)程中,根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境,系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同,但就其工作原理來(lái)看,系統(tǒng)一般都由應(yīng)答器、閱讀器和PC機(jī)組成。應(yīng)答器應(yīng)放置在要識(shí)別的物體上,可以發(fā)送和接收信息,可根據(jù)收到的操作命令作讀/寫等處理;閱讀器是采集應(yīng)答器信息并對(duì)應(yīng)答器發(fā)出操作命令的裝置,發(fā)出的命令包括讀/寫,選擇,取消選擇等命令。
天線作為一種接收和發(fā)射電磁波的設(shè)備,是無(wú)線通信和雷達(dá)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件,它是自由空間和傳輸線的接口,通常稱為“電子眼”或“電子耳”。天線在各種無(wú)線電技術(shù)設(shè)備中的作用基本上是相同的。任何無(wú)線電技術(shù)設(shè)備都是通過(guò)電磁波來(lái)傳送信號(hào)的,它必須有能輻射或接收電磁波的裝置,天線就是這種裝置,因此天線的作用首先就是輻射和接收電磁波。基于這樣的前提,自從無(wú)線通訊技術(shù)的產(chǎn)生,天線便隨之誕生了。
電子標(biāo)簽的天線一般分為工作在閱讀器天線的近場(chǎng)模式和遠(yuǎn)場(chǎng)模型兩種。近場(chǎng)模式是靠閱讀器天線的磁場(chǎng)來(lái)工作的,遠(yuǎn)場(chǎng)模式是靠閱讀器天線的電場(chǎng)來(lái)工作的。如今存超高頻的電子標(biāo)簽多數(shù)是工作在天線的遠(yuǎn)場(chǎng)模式,使其通信距離可以很遠(yuǎn)。而高頻和低頻往往采用近場(chǎng)工作模式。如圖1所示,近場(chǎng)工作模式的標(biāo)簽天線一般是金屬線圈11,其與標(biāo)簽的芯片10連接。閱讀器12的天線13發(fā)射磁場(chǎng),為標(biāo)簽提供工作必須的能量和信號(hào)14,同時(shí)接收標(biāo)簽返回的信息15。圖2表示片上天線的電子標(biāo)簽,其中天線21是緊密圍繞在芯片20之外的金屬線圈。其面積很小,因此其接收的閱讀器發(fā)射的能量也就有限。
近場(chǎng)工作模式的電子標(biāo)簽會(huì)在單品級(jí)的應(yīng)用中大量應(yīng)用。由于單品的應(yīng)用往往不需要很遠(yuǎn)的通信距離,因此片上天線的設(shè)計(jì)和使用成為可能。這里的近場(chǎng)工作模式可能是針對(duì)包括ISM和超高頻以及高頻等不同的頻段而言。近場(chǎng)工作模式的標(biāo)簽天線一般是線圈形式,而閱讀器也是線圈形式,兩個(gè)天線是通過(guò)磁場(chǎng)的相互耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)相互的能量和信息的傳遞。由于片上的天線面積很小,其和常規(guī)的相對(duì)較大的閱讀器天線之間耦合就較低。進(jìn)而需要降低通信距離或者需要增大閱讀器的發(fā)射功率。如果采用較小的閱讀器天線通信距離會(huì)有所增加,但是其讀取的范圍會(huì)大大降低,在不知道電子標(biāo)簽放的具體位置或者在多個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)存在的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)漏讀等顯現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域,設(shè)計(jì)高速切換的近場(chǎng)工作模式閱讀器天線陣列的設(shè)計(jì)方法。為了增大閱讀器天線和標(biāo)簽天線之間的耦合降低了閱讀器天線的面積。為了增大閱讀器的閱讀范圍而設(shè)計(jì)了陣列形式的閱讀器天線。收發(fā)天線是靠高速的切換完成的,每次只有一個(gè)天線工作。這樣既可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信也可以實(shí)現(xiàn)大面積的讀取。為了加強(qiáng)閱讀器天線的方向性還可以在閱讀器天線周面和內(nèi)部增加高磁導(dǎo)率的物質(zhì)。


圖1近場(chǎng)耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)框圖;圖2帶有片上天線的標(biāo)簽;圖3近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線陣列;圖4幾種變形的近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線陣列。
圖中標(biāo)號(hào)10是標(biāo)簽芯片;11標(biāo)簽的天線;12是閱讀器;13是閱讀器天線;14表示閱讀器天線向標(biāo)簽天線傳遞的能量和信號(hào);15表示標(biāo)簽向閱讀器傳遞的信息;20是標(biāo)簽芯片;21是標(biāo)簽芯片的片上天線;30是單個(gè)小面積的閱讀器天線;31是閱讀器天線的端口;32是高磁導(dǎo)率的物質(zhì)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖示例進(jìn)一步具體描述本本發(fā)明的天線設(shè)計(jì)方法。
圖3是近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線陣列。通過(guò)將天線30的面積縮小,增大閱讀器和標(biāo)簽天線之間的耦合,減少閱讀器天線距離的增大其磁場(chǎng)的降低速率。將多個(gè)這樣的小環(huán)根據(jù)實(shí)際工作需要的閱讀范圍并列擺放成陣列。每個(gè)天線的端口31和閱讀器的選擇開關(guān)連接,閱讀器開關(guān)循環(huán)開放這樣閱讀器的讀取防偽就大大增強(qiáng)。為了進(jìn)一步增大閱讀器的方向性和磁場(chǎng)強(qiáng)度,可以在閱讀器天線的周圍和內(nèi)部鋪設(shè)高磁導(dǎo)率的物質(zhì)33。這樣就解決了遠(yuǎn)距離和大讀取范圍的矛盾。
圖3中的天線是并列擺放的形式;而圖4的天線是并列和疊層擺放的結(jié)合。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是,以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.閱讀器天線為多個(gè)相鄰或者部分重疊的小環(huán)構(gòu)成。
2.通過(guò)快速切換裝置選擇每次工作的天線。
全文摘要
本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域,涉及設(shè)計(jì)一種近場(chǎng)工作模式的閱讀器天線。近場(chǎng)工作模式的主要感應(yīng)場(chǎng)是磁場(chǎng),標(biāo)簽天線和閱讀器天線是靠變壓器耦合方式工作的。系統(tǒng)的工作距離取決于閱讀器和標(biāo)簽天線之間的耦合以及閱讀器的發(fā)射功率。在相同的發(fā)射功率下系統(tǒng)的通信距離取決于兩個(gè)天線之間的耦合系數(shù)。對(duì)于片上天線等小面積的標(biāo)天線而言,耦合系數(shù)的增大需要降低閱讀器天線的面積。同時(shí)由于閱讀器天線的面積越大其軸線方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨著天線的直徑增大而急劇降低,因此降低閱讀器天線面積是增大片上天線等小面積標(biāo)簽天線的最優(yōu)方法。然而天線面積的降低會(huì)降低閱讀器的讀取范圍,因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了小面積的閱讀器天線陣列,高速的開關(guān)切換在保證讀取距離的同時(shí)增大了閱讀器的讀取面積。
文檔編號(hào)G06K19/07GK101060198SQ20061011894
公開日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者菅洪彥 申請(qǐng)人:上海坤銳電子科技有限公司
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