專利名稱：用于uhf頻段的近場rfid讀寫器平面開口雙環(huán)天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及近場RFID (射頻識別)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種平面開口雙環(huán)結(jié)構(gòu)的射頻識別讀寫器天線。
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identification,簡稱RFID)技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號通過反向散射或電磁場耦合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識別和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的提出和發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的重要組成部分，RFID技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。而近期中國移動(dòng)400億入股浦發(fā)銀行及中國銀聯(lián)宣布新一代手機(jī)支付業(yè)務(wù)將進(jìn)入大規(guī)模試點(diǎn)階段，都表明了 RFID技術(shù)與移動(dòng)終端融合的商業(yè)模式正在走向成熟。RFID系統(tǒng)與手機(jī)等移動(dòng)終端
的集成，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)支付、物品防偽與追蹤等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，具有較高的商業(yè)價(jià)值。移動(dòng)終端設(shè)備上RFID應(yīng)用的實(shí)際環(huán)境對于RFID讀寫器天線提出了近場化和小型化的要求。一方面，UHF和微波RFID系統(tǒng)是基于讀寫器與標(biāo)簽之間的電磁波傳播和反向散射的遠(yuǎn)場工作原理，容易受鄰近介質(zhì)物體的影響，無法穿透含水物質(zhì)等限制，在藥物、零售業(yè)、物流等領(lǐng)域應(yīng)用受很大限制。所以，近年來近場耦合的UHF和微波RFID系統(tǒng)研究得到越來越多的重視。近場RFID系統(tǒng)使用磁場耦合，在天線近場區(qū)工作，在液體和環(huán)境下有較好的性能，適合用于單品級標(biāo)簽識別，與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)場RFID系統(tǒng)形成互補(bǔ)。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，手機(jī)和貼有標(biāo)簽的商品之間的距離不會太長，RFID標(biāo)簽都工作在手機(jī)RFID讀寫器天線的近場區(qū)，甚至要求必須唯一讀取到近場區(qū)的目標(biāo)物標(biāo)簽，排除遠(yuǎn)場區(qū)中的非目標(biāo)物標(biāo)簽的干擾。因此，近場讀寫器天線的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)手機(jī)RFID系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。另一方面，移動(dòng)終端設(shè)備要求輕便靈活，因此，作為移動(dòng)終端上的RFID讀寫器天線必須具有小型化的設(shè)計(jì)需求。傳統(tǒng)的基于遠(yuǎn)場散射原理的UHF頻段RFID讀寫器天線遠(yuǎn)不能滿足手機(jī)RFID讀卡器天線的設(shè)計(jì)要求，必須基于近場工作原理，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端設(shè)備的RFID讀寫器天線小型化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有的UHF頻段RFID讀寫器天線結(jié)構(gòu)尺寸過大，不便于集成到移動(dòng)終端的缺點(diǎn)，提供用于UHF頻段的近場RFID讀寫器平面開口雙環(huán)天線，具體技術(shù)方案如下。用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線，所述天線為平面結(jié)構(gòu)，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板和匹配貼片；所述天線輻射單元附著在介質(zhì)基板的一面，是所述天線的輻射主體；所述匹配貼片附著在介質(zhì)基板的另一面，是所述天線的接地端。上述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線中，所述天線輻射單元是包括第一正方形金屬環(huán)帶和第二正方形金屬環(huán)帶，兩個(gè)正方形金屬環(huán)帶的幾何中心重合，第二正方形金屬環(huán)帶平行嵌套在第一正方形金屬環(huán)帶的內(nèi)側(cè)，第一正方形金屬環(huán)帶的右上角處斷開形成開口且開口位于上邊，第二正方形金屬環(huán)帶的左下角處斷開形成開口且開口位于下邊；所述的匹配貼片位于第二正方形金屬環(huán)帶開口對應(yīng)的介質(zhì)基板背面，匹配貼片下端與介質(zhì)基板的下端對齊。上述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線中，所述天線的激勵(lì)是傳輸線激勵(lì)或者同軸線激勵(lì)；在傳輸線激勵(lì)下，一個(gè)激勵(lì)端子在天線輻射單元上，且位于第二正方形金屬環(huán)帶開口所在邊相鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上；另一個(gè)激勵(lì)端子在匹配貼片上，且位于前述激勵(lì)端子位置的正下方；在同軸線激勵(lì)下，同軸線內(nèi)導(dǎo)體位于靠近第二正方形金屬環(huán)帶開口所在邊，且與之相鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上，同軸線外導(dǎo)體在匹配貼片上，其位置位于同軸線內(nèi)導(dǎo)體位置的介質(zhì)基板正下方。上述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線中，所述天線的介質(zhì)基板為紙質(zhì)材料、塑料基材、陶瓷基材或環(huán)氧樹脂玻璃纖維板。上述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線中，所述天線的輻射單元和匹配貼片可由銅箔刻蝕工藝或?qū)щ娪湍∷⒐に囆纬伞?本實(shí)用新型的原理為對于左手開口諧振環(huán)的研究表明，在其諧振頻率附近，能激發(fā)極強(qiáng)的感應(yīng)磁場，因此能很好的應(yīng)用于基于電感耦合的RFID近場通信系統(tǒng)中。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果(I)天線是平面結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、小型化、尺寸緊湊，易于實(shí)現(xiàn)；輻射單元的最大邊長和諧振頻率波長之間比值約為D/ λ ^O. 08,容易集成到移動(dòng)通訊終端中。(2)天線工作在近場模式中，能量主要以交變感應(yīng)電磁場的形式存儲在天線的近場區(qū)，輻射損耗小，不易受到周圍環(huán)境和遠(yuǎn)場區(qū)標(biāo)簽的干擾。(3)天線可以通過調(diào)節(jié)天線結(jié)構(gòu)的參數(shù)及其組合，有規(guī)律的調(diào)整所述天線的諧振頻率的頻點(diǎn)和帶寬，滿足不同國家規(guī)定的RFID系統(tǒng)無線電頻譜。(4)天線的基片材料可根據(jù)應(yīng)用環(huán)境選用普通的紙質(zhì)材料、塑料材料、陶瓷材料或環(huán)氧樹脂板，可選擇范圍較大，成本低廉，有利環(huán)保。(5)天線的制作工藝流程簡易、環(huán)保，可以采用導(dǎo)電油墨印刷或銅箔刻蝕的方法制造，質(zhì)量穩(wěn)定，制作成本低，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。

圖I為實(shí)施方式中的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線的結(jié)構(gòu)正視圖；圖2為圖I所示天線的結(jié)構(gòu)背視圖；圖3為圖I和圖2所示天線的縱向截面?zhèn)纫晥D；圖4為天線的仿真和測試的Sll曲線圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。如圖I、圖2、圖3所示，用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線，為平面結(jié)構(gòu)，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板和匹配貼片；所述天線輻射單元附著在介質(zhì)基板的一面，是所述天線的輻射主體；所述匹配貼片附著在介質(zhì)基板的另一面，是所述天線的接地端。所述天線輻射單元是由兩個(gè)具有開口的第一正方形金屬環(huán)帶I和第二正方形金屬環(huán)帶2組成。第一正方形金屬環(huán)帶I和第二正方形金屬環(huán)帶2的幾何中心重合,第一正方形金屬環(huán)帶I嵌套第二正方形金屬環(huán)帶2，兩環(huán)帶之間具有間隙9。第一正方形金屬環(huán)帶I的右上角處斷開一個(gè)開口 5，第二正方形金屬環(huán)帶的左下角處斷開一個(gè)開口 6。所述的匹配貼片4是從靠近第二正方形金屬環(huán)帶開口 5位置的介質(zhì)基板3背面邊緣延伸至第二正方形金屬環(huán)帶開口 5所在邊位置的介質(zhì)基板3背面。所述天線的激勵(lì)可以是傳輸線激勵(lì)或者同軸線激勵(lì)。一個(gè)激勵(lì)端子(或者同軸線內(nèi)導(dǎo)體)7在天線輻射單元上，且位于第二正方形金屬環(huán)帶開口 6所在邊相鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上；另一個(gè)(或者同軸線外導(dǎo)體)8在匹配貼片上，且位于前述激勵(lì)端子位置的正下方；在同軸線模式下，同軸線內(nèi)導(dǎo)體位于靠近第二正方形金屬環(huán)帶開口所在邊，且與之相 鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上，同軸線外導(dǎo)體在匹配貼片上，其位置位于同軸線內(nèi)導(dǎo)體位置的介質(zhì)基板正下方。通過調(diào)節(jié)天線輻射單元的第一正方形金屬環(huán)帶I邊長，第一正方形金屬環(huán)帶I和第二正方形金屬環(huán)帶2的間距9，第一正方形金屬環(huán)帶I的開口 5的寬度和所在的位置，第二正方形金屬環(huán)帶2的開口 6的寬度和所在的位置，可以在較寬的無線電頻譜內(nèi)調(diào)整所述天線諧振頻率的頻點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)所述天線福射單元的第一正方形金屬環(huán)帶I或第二正方形金屬環(huán)帶2某一邊的寬度，可以微調(diào)所述天線諧振頻率的帶寬。一般的，當(dāng)?shù)谝徽叫谓饘侪h(huán)帶I或第二正方形金屬環(huán)帶2某一邊變寬的時(shí)候，讀寫器天線的諧振頻率帶寬相應(yīng)變大。本實(shí)施例的介質(zhì)基板3選用環(huán)氧樹脂玻璃纖維板，該介質(zhì)基板3還可選用紙質(zhì)基材(瓦楞紙)、塑料基材或陶瓷基材。工作過程分析如果一個(gè)隨時(shí)間變化的磁場穿過如圖I中第一正方形金屬環(huán)帶I和第二正方形金屬環(huán)帶2的軸線，則由于環(huán)的不連續(xù)性，環(huán)電流只能以位移電流的形式存在，從而產(chǎn)生類似于電感的效應(yīng)，此外兩環(huán)之間的空隙產(chǎn)生電容效應(yīng)，兩者組合在一起，整個(gè)開口環(huán)結(jié)果將表現(xiàn)為一個(gè)諧振器。其特點(diǎn)主要在于在內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間引入了電容效應(yīng)，當(dāng)垂直于環(huán)面的磁場進(jìn)入諧振環(huán)時(shí)，會在兩個(gè)環(huán)分別產(chǎn)生感應(yīng)電流，但由于內(nèi)外裂環(huán)方向相反，電荷聚集方向相反，從而產(chǎn)生電容效應(yīng)。由于環(huán)上電感和環(huán)間電容，該環(huán)具有一個(gè)固有的諧振頻率，本實(shí)用新型設(shè)定的諧振頻率為923MHz。在諧振頻率附近，會產(chǎn)生極強(qiáng)的感應(yīng)磁場。另外，由于開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁波在自由空間中的波長，因而其輻射損耗很小，Q值很大，理論上可獲得h/K 乂 1/10的結(jié)構(gòu)，其中r為諧振環(huán)的等效半徑，它的平面結(jié)構(gòu)和電尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，便于制作和天線的小型化。本實(shí)施例的天線輻射單元的第一正方形金屬環(huán)帶I和第二正方形金屬環(huán)帶2以及匹配貼片4由銅箔刻蝕形成，也可由導(dǎo)電油墨印刷形成。僅作為一種實(shí)例，仿真測試所設(shè)計(jì)天線，天線工作在923MHz頻率處,天線-IOdB帶寬為12MHz左右，圖4給出了天線的仿真和測試的Sll曲線圖。天線總體大小為25mm*25mm, 923MHz 波長約為 325mm，D/ λ =25/325 ^ O. 077，實(shí)現(xiàn)了天線的小型化。
權(quán)利要求1.用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線，其特征在于，所述天線為平面結(jié)構(gòu)，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板和匹配貼片；所述天線輻射單元附著在介質(zhì)基板的一面，是所述天線的輻射主體；所述匹配貼片附著在介質(zhì)基板的另一面，是所述天線的接地端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線，其特征在于，所述天線輻射單元是包括第一正方形金屬環(huán)帶和第二正方形金屬環(huán)帶，兩個(gè)正方形金屬環(huán)帶的幾何中心重合，第二正方形金屬環(huán)帶平行嵌套在第一正方形金屬環(huán)帶的內(nèi)側(cè)，第一正方形金屬環(huán)帶的右上角處斷開形成開口且開口位于上邊，第二正方形金屬環(huán)帶的左下角處斷開形成開口且開口位于下邊；所述的匹配貼片位于第二正方形金屬環(huán)帶開口對應(yīng)的介質(zhì)基板背面，匹配貼片下端與介質(zhì)基板的下端對齊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線，其特征在于，天線的激勵(lì)采用傳輸線激勵(lì)或者同軸線激勵(lì)；采用傳輸線激勵(lì)時(shí)，一個(gè)激勵(lì)端子在天線輻射單元上，且位于第二正方形金屬環(huán)帶開口所在邊相鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上；另一個(gè)激勵(lì)端子在匹配貼片上，且位于前述激勵(lì)端子位置的正下方；采用同軸線激勵(lì)時(shí)，同軸線內(nèi)導(dǎo)體位于靠近第二正方形金屬環(huán)帶開口所在邊，且與之相鄰的第一正方形金屬環(huán)帶邊上，同軸線外導(dǎo)體在匹配貼片上，其位置位于同軸線內(nèi)導(dǎo)體位置的介質(zhì)基板正下方。
專利摘要本實(shí)用新型公開了用于UHF頻段近場RFID讀寫器的平面開口雙環(huán)天線。所述天線為平面結(jié)構(gòu)，包括天線輻射單元、介質(zhì)基板和匹配貼片；所述天線輻射單元附著在介質(zhì)基板的一面，是所述天線的輻射主體；所述匹配貼片附著在介質(zhì)基板的另一面，是所述天線的接地端。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，通過調(diào)節(jié)天線結(jié)構(gòu)參數(shù)可以在較寬的無線電頻譜內(nèi)改變本實(shí)用新型天線的諧振頻率的頻點(diǎn)和帶寬，滿足不同國家規(guī)定的RFID系統(tǒng)無線電頻譜，適用于移動(dòng)支付、物品防偽與追蹤等近場移動(dòng)終端RFID應(yīng)用。
文檔編號H01Q1/38GK202817177SQ20122021551
公開日2013年3月20日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者賴曉錚, 謝澤明, 曹建文, 謝啟球 申請人:華南理工大學(xué)