CN107394388B - 一种具有群读性能的谐振环近场天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有群读性能的谐振环近场天线，包括介质基板（1）和至少一个谐振单元；每个所述谐振单元均包括设置在介质基板（1）下方的金属大环（2）和设置在介质基板（1）上方的四个金属小环（3）；所述金属小环（3）包括一个或多个小环开口，所述小环开口将金属小环（3）分为一段或多段；金属小环（3）的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件（7）形成一个整体；所述金属大环（2）上设置有大环开口（8），所述大环开口（8）连接带馈电接口的同轴线缆。本发明提供了一种具有群读性能的谐振环近场天线，使得近场天线群读标签的能力大幅增强，误读非读写区域标签的概率大幅减小。

Description

一种具有群读性能的谐振环近场天线
技术领域
本发明涉及近场天线，特别是涉及一种具有群读性能的谐振环近场天线。
背景技术
UHF频段的RFID应用场景已经非常丰富多样，其基本组成部分为：读写器，读写天线，标签，其基本工作流程为：读写器发出命令使读写天线发射电磁波，标签接受电磁波后反射包含标签信息的电磁波，读写天线接受包含标签信息的电磁波，读写器获取标签信息。由此实现非接触式的身份信息识别。
但是，传统的UHF频段RFID应用一般都用于远距离，低数量目标的识别；例如在1到10米范围内识别10个左右的目标；而当目标标签位于天线的近距离空间，例如天线表面时，传统天线往往会存在部分区域完全无法读取标签，这种区域被称为“近场盲点”；同时，即使对单一标签不存在近场盲点的传统天线，在目标数量较多时，也无法将目标完全读取，例如放置100个目标标签，传统天线可能只能读取其中的50个；这两种问题都导致一个共同的缺陷：对标签的群读能力差；除此之外，传统天线还存在可读区域边界控制不精准的问题，例如我们在传统天线表面放置了10个待测目标标签，但在天线周围1米范围内若还存在其他的2个非目标标签，则此时传统天线可能会读取到12个目标，这种缺陷被成为“误读控制不理想”。
以上两种传统天线的缺陷：群读能力差、误读控制不理想，都严重制约了UHF频段的RFID在多种场景下的应用；例如：珠宝数量盘点对群读性能要求极高，传统天线无法满足要求；无人超市结账台对误读控制要求极高，一位顾客结账时不能读取到后面顾客手里的商品，传统天线无法满足该要求；档案管理对群读和误读控制要求都极高，不能漏读档案，也不能误读到旁边的档案，传统天线无法满足该要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有群读性能的谐振环近场天线，使得近场天线群读标签的能力大幅增强，误读非读写区域标签的概率大幅减小。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有群读性能的谐振环近场天线，包括介质基板和至少一个谐振单元；每个所述谐振单元均包括设置在介质基板下方的金属大环和设置在介质基板上方的四个金属小环；
所述金属小环包括一个或多个小环开口，所述小环开口将金属小环分为一段或多段；金属小环的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件形成一个整体；所述金属大环上设置有大环开口，所述大环开口连接带馈电接口的同轴线缆。
其中，所述集总元件包括至少一个电容，还可以包括电阻或电感。
优选地，所述金属小环位于金属大环在介质基板上方的边界投影所框定的范围内。
优选地，所述金属大环和金属小环均为正方形金属环。
优选地，所述馈电接口为SMA接口。
优选地，近场天线包含多个谐振单元时，各谐振单元的金属大环互不重叠。
优选地，同一谐振单元中的金属小环互不重叠。
本发明的有益效果是：相对于传统天线，本发明使得以电场和磁场的形式被束缚在天线周围的能量比例更大，以电磁波为载体辐射到远处空间的能量比例更小；使得天线近场的群读标签能力大幅增强，误读非读写区域标签的概率大幅减小。
附图说明
图1为近场天线的仰视图；
图2为金属大环在介质基板上方的边界投影所框定的范围示意图；
图3为近场天线的俯视图；
图4为金属大环的结构示意图；
图5为金属小环第一个实施例的结构示意图；
图6为金属小环第一个实施例的等效电路示意图；
图7为金属小环第二个实施例的结构示意图；
图8为金属小环第二个实施例的等效电路示意图；
图中，1-介质基板，2-金属大环，3-金属小环，4-边界投影，5-上半环，6-下半环，7-集总元件，8-大环开口。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1~3所示，一种具有群读性能的谐振环近场天线，包括介质基板1和至少一个谐振单元；每个所述谐振单元均包括设置在介质基板1下方的金属大环2和设置在介质基板1上方的四个金属小环3；所述金属小环3位于金属大环2在介质基板上方的边界投影4所框定的范围内。
在一些实施例中，同一谐振单元的金属小环3与金属大环2的相邻边缘对齐；
所述金属小环3包括一个或多个小环开口，所述小环开口将金属小环3分为一段或多段；金属小环3的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件7形成一个整体；
如图4所示，所述金属大环2上设置有大环开口8，所述大环开口8连接带馈电接口的同轴线缆；
如图5所示，在第一个实施例中，所述金属小环3仅包括一个小环开口，该小环开口中焊接的集总元件7为电容；而金属小环3的金属线可以等效为电阻和电感，整个金属小环3可等效为一个LC振荡回路，等效的振荡回路如图6所示。
如图7所示，在第二个实施例中，所述的金属小环3包括两个小环开口，两个小环开口将金属小环分为上半环5和下半环6，所述上半环5和下半环6通过两个集总元件7焊接成一个整体；两个所述集总元件7中至少一个为电容，另一个为电容、电阻或电感；上半环5和下半环6均可以等效为电阻和电感，整个金属小环3可等效为一个LC振荡回路；若两个集总元件7均为电容，等效的LC回路如图8所示。
在其他实施例中，所述金属小环3包括两个以上的小环开口，所述小环开口将金属小环3分为多段；金属小环3的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件7形成一个整体；至少一个集总元件7为电容，其他集总元件7为电容、电阻或电感，电容与金属小环3的各段依然可等效为一个LC振荡回路，其他集总元件7为电阻或电感时，可调节LC振荡回路的参数。
在一些实施例中，所述金属大环2和金属小环3均为矩形金属环，在其他一些实施例中，金属大环2和金属小环3也可以是其他多边形金属环，或者是圆形/椭圆形金属环；但所述金属大环2和金属小环3采用正方形金属环为最优实施例。
在一些实施例中，所述馈电接口为SMA接口。
在具体实施过程中，每个谐振单元作为一个基本单元，可根据实际场景的尺寸和装配需要，任意选取谐振单元的个数，以规则排列的方式设置于介质基板1的上下两面即可，介质基板1可根据谐振单元的个数灵活地调整尺寸，以便于谐振单元的排布；
当近场天线包含多个谐振单元时，各谐振单元的金属大环2需要满足互不重叠的要求。
在本申请近场天线的同一谐振单元中，金属小环3互不重叠。
在本申请的实施例中，金属大环2和金属小环3可以通过pcb板印制工艺印制在介质基板两面，也可以分别通过钣金加工后，通过其他方式（如粘接、焊接等）固定在介质基板两面，也可以直接去掉介质基板通过其他方式固定，只要保证大环小环的相对位置不变即可；带馈电接口的同轴线缆以焊接方式连接在金属大环2的大环开口8上。
在近场天线工作过程中，通过SMA接口馈电后，介质基板1下方的金属大环2将能量传递给介质基板1上方的四个金属小环3；
由于金属小环3包括一个或多个小环开口，所述小环开口将金属小环3分为一段或多段；金属小环3的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件7形成一个整体，且集总元件7包含至少一个电容，故在工作过程中金属小环等效为一个LC振荡回路；
在一个谐振单元中，将来自金属大环2的能量通过4个等效为LC振荡回路的金属小环3进行传输；LC振荡回路内部只发生电感线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，磁场能和电场能被束缚在LC振荡回路附近；除了被束缚的能量之外，其余能量几乎全部消耗在小环的等效电阻（或焊接的电阻上），只有极少量的能量以电磁波的形式辐射到周围空间；故以LC振荡回路形式进行的能量传输，相比于传统天线，能够将更大比例的能量以电场和磁场的形式被束缚在天线周围，而几乎没有远场辐射。
对于任何一款天线，从馈电端口来看；进入天线的能量有以下三个主要走向：第一.以电磁波为载体辐射到远处空间；第二.以电场和磁场的形式被束缚在天线周围；第三.以热量的形式散入周围环境；本发明通过谐振单元中金属大环2、金属小环3的排布和具体结构，使得以电场和磁场的形式被束缚在天线周围的能量比例更大，以电磁波为载体辐射到远处空间的能量比例更小；经实验表明，本发明在天线口面范围内同时读取200个标签时，漏读率低于1%，且距天线口面5cm之外的标签不会被读取；故本申请使得天线近场的群读标签能力大幅增强，误读非读写区域标签的概率大幅减小；由于采用组阵模式，本发明可根据实际场景需要变更尺寸，选用不同个数的谐振单元，调节整个天线的口面面积。

Claims (5)

1.一种具有群读性能的谐振环近场天线，其特征在于：包括介质基板（1）和至少一个谐振单元；每个所述谐振单元均包括设置在介质基板（1）下方的金属大环（2）和设置在介质基板（1）上方的四个金属小环（3）；所述金属小环（3）位于金属大环（2）在介质基板上方的边界投影（4）所框定的范围内；
所述金属小环（3）包括一个或多个小环开口，所述小环开口将金属小环（3）分为一段或多段；金属小环（3）的各段通过焊接于各个小环开口中的集总元件（7）形成一个整体；各个小环开口中，至少一个集总元件（7）为电容，其余集总元件（7）为电容、电阻或电感；所述金属大环（2）上设置有大环开口（8），所述大环开口（8）连接带馈电接口的同轴线缆；
工作过程中金属小环（3）等效为一个LC振荡回路，在一个谐振单元中，将来自金属大环（2）的能量通过4个等效为LC振荡回路的金属小环（3）进行传输；LC振荡回路内部只发生电感线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，磁场能和电场能被束缚在LC振荡回路附近。
2.根据权利要求1所述的一种具有群读性能的谐振环近场天线，其特征在于：所述金属大环（2）和金属小环（3）均为正方形金属环。
3.根据权利要求1所述的一种具有群读性能的谐振环近场天线，其特征在于：所述馈电接口为SMA接口。
4.根据权利要求1所述的一种具有群读性能的谐振环近场天线，其特征在于：近场天线包含多个谐振单元时，各谐振单元的金属大环（2）互不重叠。
5.根据权利要求1所述的一种具有群读性能的谐振环近场天线，其特征在于：同一谐振单元中的金属小环（3）互不重叠。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111339791B (zh) * 2018-12-18 2021-05-25 北京京东乾石科技有限公司 商品识别方法和通道、控制装置、商品结算通道

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104732178A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 英特尔公司 用于磁场的动态重分布的天线配置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007243676A (ja) * 2006-03-09 2007-09-20 Fujikura Ltd 半導体デバイスおよびその製造方法
CN103390797B (zh) * 2013-08-01 2015-09-30 厦门信达物联科技有限公司 用于超高频读写器的近场天线
CN205543212U (zh) * 2016-01-15 2016-08-31 北京邮电大学 一款应用于uhf频段rfid***的双s型近场读写器天线
CN106549210B (zh) * 2016-12-06 2023-03-21 华南理工大学 一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104732178A (zh) * 2013-12-19 2015-06-24 英特尔公司 用于磁场的动态重分布的天线配置

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