CN102637948A

CN102637948A - 加载折合振子的平面u型rfid近场读卡器天线

Info

Publication number: CN102637948A
Application number: CN2012101070977A
Authority: CN
Inventors: 谢泽明; 赖晓铮; 胡汝佳
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线。该天线由折合振子左臂、折合振子右臂、介质基板、反射板以及由矩形连接线和矩形贴片组成的T型微带连接线构成。所述折合振子左臂和折合振子右臂相互对称，两者构成辐射体附着在介质基板的正面；由所述反射板以及T型微带连接线构成的匹配电路位于介质基板的背面，T型微带连接线的下端与反射板连接，矩形贴片对应T型微带连接线的上端本发明实现的RFID近场读卡器天线，在天线近场区有良好的均匀场分布，保证了电子标签在不同摆放状态下都能可靠地读取，从而提高了射频识别***的可靠性，同时由于天线工作在近场区，从而提高了射频识别***的抗干扰能力。

Description

加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线

技术领域

本发明涉及用于UHF频段的RFID近场读卡器天线技术领域，具体涉及用于UHF频段的平面U型贴片加载弯折折合振子RFID近场读卡器天线。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现高速无线数据传输，并以此实现自动识别和自动控制等功能的技术。随着物联网的提出和发展，作为传感网络中不可或缺的重要组成部分，RFID技术将得到更加广泛的应用。

实际上，RFID技术在不少领域已经得到了实际应用，如第二代身份证、奥运门票都内置了RFID芯片，而高速公路上的ETC电子不停车收费***也使用了RFID技术。近来，***400亿入股浦发银行及***宣布新一代手机支付业务将进入大规模试点阶段，表明手机支付作为物联网和移动互联网融合的商业模式正在走向成熟。手机RFID***不仅可以实现手机支付，同时也可以起到防伪等作用，因此，研究手机RFID***具有较高的商业价值和实际意义。

手机终端上应用RFID的实际环境对于读卡器天线提出了具体的要求，即要求天线的近场化和小型化。一方面，目前UHF和微波射频识别***是基于阅读器与标签之间的电磁波传播和反向散射工作的***，工作距离相对较长，数据传输速率高，但是由于以此方式进行工作的UHF射频识别***更容易受邻近介质物体的影响，无法穿透含水物质等限制，因此，在药物、零售业、物流等领域，其***的功能受很大限制。基于传统的UHF频段RFID***的缺点，近年来近场耦合RFID***的研究得到越来越多的重视。近场耦合RFID***使用磁场耦合，在天线近场区工作，工作距离短于传统UHF频段RFID***，并在液体环境下有较好的性能，适合用于物品级（Item Level Tagging）标签识别（即满足对每一个物品进行识别），其性能上与传统UHF频段RFID***互补。如今，采用近场耦合UHF＋传统UHF频段做成的RFID***是大势所趋。它可以弥补传统UHF频段RFID***的很多缺点。另一方面，在实际应用中，使用手持移动终端对所消费的商品或服务进行账务支付，手机和贴有标签的商品之间的距离不会太长，一般情况下标签都工作在读卡器天线的近场区，如果使用传统的UHF频段读卡器天线，其有效读卡范围为1m以上，读卡时不仅可以读取到近场区的目标物标签，同时也可能会读取处在远场区中的非目标物标签，甚至产生相互干扰，影响到***的正常工作。因此，近场天线的设计是实现手机RFID重要环节。另外，移动手持设备要求轻便灵活，因此，作为外置于手持设备上的读卡器天线同样具有小型化的设计需求。以目前最常见的手机尺寸为参考，手机RFID读卡器天线的最大尺寸应小于4cm。传统的基于远场散射工作的UHF频段RFID读卡器天线，其尺寸在

到

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之间，远不能满足手机RFID读卡器天线的设计要求。现有的移动RFID读卡器天线虽然在小型化上有了明显的改进，但仍有进一步缩小的余地，如文献[1]中提出的电容加载折叠偶极子天线，其天线最大尺寸为46.5mm，将其用于手机上仍显笨重，故天线的小型化有待进一步的研究和改进。

本发明基于弯折折合振子天线提出了一个结构简单的，用于近场阅读的小型UHF频段手机RFID读卡器天线，能够很方便地与手机读卡器集成。

发明内容

本发明的目的在于克服RFID读卡器天线现有技术存在的不足，提供一种加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，要求天线的小型化和近场电磁场分布的均匀，从而提高读卡效率和抗干扰能力，具体技术方案如下。

加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其包括折合振子左臂、折合振子右臂、介质基板、反射板以及由矩形连接线和矩形贴片组成的T型微带连接线；所述折合振子左臂和折合振子右臂相互对称，两者构成辐射体附着在介质基板的正面；由所述反射板以及T型微带连接线构成的匹配电路位于介质基板的背面，T型微带连接线的下端与反射板连接，矩形贴片对应T型微带连接线的上端。

上述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线中，所述折合振子左臂（右臂）由U型外臂、U型内臂、U型加载贴片和连接线构成；所述U型外臂和U型内臂相互平行，U型外臂的一端与靠近该端的U型内臂的一端相连，U型外臂的另一端为天线的端口，而U型内臂的另一端则和折合振子右臂的U型内臂相连，折合振子左臂的U型加载贴片与U型内臂通过连接线在中点位置相连；折合振子左臂和折合振子右臂连接成的辐射体为左右对称的结构。

上述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线中，所述介质基板是普通的双面覆铜FR4板；所述反射板位于介质基板背面的中心位置处。

上述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线中，所述反射板通过T型连接线连接到天线的激励端口，矩形贴片的末端即为激励端口的接地端。

上述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线采用弯折偶极子天线结构，通过加载的U形贴片的作用，使方形环两组相对的边电流分布是同相的，因此在垂直于环面方向的辐射最大，而且各边的辐射是相互增强的。UHF频段小型化平面U形贴片加载弯折折合振子RFID近场读卡器天线特征在于贴片天线的介质板背面添加了容性片。该容性负载可以增加天线的电长度，进而减小天线的谐振频率。UHF频段小型化平面U形贴片加载弯折折合振子RFID近场读卡器天线特征还在于U型加载片和反射板的尺寸可以调整，进而调节天线的匹配和谐振频率。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：

1、天线尺寸比较小，容易外置于手机等移动终端RFID***中。

2、天线结构简单，成本低廉，易于大规模生产。

3、天线的带宽在12MHz左右，近场区感应电磁场的分布比较均匀，有效的读卡范围和读卡距离都比较理想。

附图说明

图1为实施方式中的平面U型RFID近场读卡器天线的正视图。

图2为图1所示天线的背视图。

图3为应用图1所示天线的一个实例的示意图。

图4为图3所示实例的背面视图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明天线作进一步的说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于所实施实例涉及的范围。

参照图1，平面U型贴片加载弯折折合振子天线包括折合振子左臂、折合振子右臂、介质基板5、反射板6以及由矩形连接线7和矩形贴片8组成的T型微带连接线。其中折合振子左臂和折合振子右臂是对称结构，图1中虚线框所标示出来的是折合振子左臂9。所述折合振子左臂（右臂）由U型外臂1、U型内臂2、U型加载贴片3和连接线4构成；所述U型外臂1和U型内臂2相互平行，U型外臂1的一端与靠近该端的U型内臂2的一端相连，U型外臂1的另一端为天线的端口，而U型内臂2的另一端则和折合振子右臂的U型内臂相连，折合振子左臂的U型加载贴片3与U型内臂2通过连接线4在中点位置相连；折合振子左臂和折合振子右臂连接成的辐射体为左右对称的结构。

参照图2，反射板6位于介质基板背面的中心处，可以调整环结构辐射单元输入阻抗的电感分量，达到匹配。T型微带连接线由矩形连接线7和矩形贴片8构成，为一段金属条带，矩形连接线7和反射板6在其中点处相连。矩形贴片8的末端为天线的激励端口的接地端。

应用本天线的一个实例（仅为例子）：参照图3，介质基板的长度为31mm，宽度为31mm，厚度为1.6mm，相对介电常数4.4，介质的损耗正切为0.02,。弯折偶极子的两个矩形环做成同心的正方形外形，其中心位于基质板的中心。其中U型外臂1的外边长为29mm，内边长为27mm。U型内臂2的外边长为25mm，内边长为22mm。折合振子左臂和折合振子右臂在顶端的相距宽度为1mm，U型外臂1的线宽为1mm，两个连接天线激励端口的U型外臂末端之间的间距为2mm。U型加载贴片3的外边长为18mm，内边长为9.6mm。两个U型加载贴片之间的最短距离为1mm。连接U型内臂2与U型加载贴片3的连接线宽度为1mm。参照图4，反射板6是一个边长为4mm的正方形，位于基质板的中心位置。T型微带连接线由宽1mm长11.5mm的矩形连接线7以及宽4mm长2mm的矩形贴片8连接起来组成。经测试，该天线在915MHz的S11为-24.6dB左右，-10dB的带宽有11MHz左右，总体匹配性能较好，在z=30mm处Ex、Ey的场量分布较为均匀，天线近场读写效果良好。

Claims

1.加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其特征在于包括折合振子左臂、折合振子右臂、介质基板（5）、反射板（6）以及由矩形连接线（7）和矩形贴片（8）组成的T型微带连接线；所述折合振子左臂和折合振子右臂相互对称，两者构成辐射体附着在介质基板（5）的正面；由所述反射板（6）以及T型微带连接线构成的匹配电路位于介质基板（5）的背面，T型微带连接线的下端与反射板（6）连接，矩形贴片（8）对应T型微带连接线的上端。

2.根据权利要求1所述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其特征在于所述折合振子左臂由U型外臂（1）、U型内臂（2）、U型加载贴片（3）和连接线（4）构成；所述U型外臂（1）和U型内臂（2）相互平行，U型外臂（1）的一端与靠近该端的U型内臂（2）的一端相连，U型外臂（1）的另一端为天线的端口，而U型内臂（2）的另一端则和折合振子右臂的U型内臂相连，折合振子左臂的U型加载贴片（3）与U型内臂（2）通过连接线（4）在中点位置相连；折合振子左臂和折合振子右臂连接成的辐射体为左右对称的结构。

3.根据权利要求1或2所述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其特征在于所述介质基板（5）是普通的双面覆铜FR4板。

4.根据权利要求1或2所述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其特征在于所述反射板（6）位于介质基板（5）背面的中心位置处。

5.根据权利要求1或2所述的加载折合振子的平面U型RFID近场读卡器天线，其特征在于所述反射板（6）通过T型连接线连接到天线的激励端口，矩形贴片（8）的末端即为激励端口的接地端。