CN108281776B - Uhf rfid读卡器***及其读卡器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种UHF RFID读卡器天线，包括具有辐射贴片的辐射单元层、具有寄生贴片的寄生贴片层、具有馈电条带的馈电结构层及金属地板。寄生贴片层相对且间隔设置于辐射单元层朝向辐射贴片的一侧，馈电结构层相对且间隔设置于辐射单元层背向寄生贴片层的一侧，金属地板相对且间隔设置于馈电结构层背向辐射单元层的一侧。并且，馈电条带的两端分别与金属地板及辐射贴片电连接。且馈电条带呈阿基米德螺旋曲线形且为宽度渐变的结构。UHF RFID读卡器天线的馈电结构简单，进而使得整体天线结构简单。本发明还涉及一种UHF RFID读卡器***，包括UHF RFID读卡器天线。因此，UHF RFID读卡器***能够在适用全球范围的UHF RFID使用频段的前提下，实现整体***结构简单化、小型化。

Description

UHF RFID读卡器***及其读卡器天线
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种UHF RFID读卡器***及其读卡器天线。
背景技术
UHF RFID读卡器，即超高频射频识别读卡器，是一种能阅读电子标签数据的非接触式自动识别设备，以其读写距离长及读写速度高等特点被广泛应用于各领域中，例如：高速公路收费***以及火车监控***等。目前，全球不同的国家和地区对超高频的划分标准不尽相同。不同的频率划分标准使得天线产品的设计要求不同，使得天线产品的制造成本增加。为了解决上述问题，一般会设计一种能够覆盖全球超高频射频识别使用频段(840MHz-960MHz)的超宽带天线及全球通用超高频射频识别读卡器。但是，由于超宽带天线一般其馈电结构复杂、平面尺寸过大，进而使得整体天线结构复杂、尺寸过大。
发明内容
基于此，有必要针对传统全球通用的UHF RFID读卡器天线的结构复杂、尺寸过大的问题，提供一种天线结构简单的UHF RFID读卡器***及其读卡器天线。
一种UHF RFID读卡器天线，包括：
辐射单元层，包括辐射基板及辐射贴片，所述辐射贴片设置于所述辐射基板的表面；
寄生贴片层，相对且间隔设置于所述辐射单元层朝向所述辐射贴片的一侧，所述寄生贴片层包括寄生基板及寄生贴片，所述寄生贴片设置于所述寄生基板背向所述辐射单元层一侧的表面；
馈电结构层，相对且间隔设置于所述辐射单元层背向所述寄生贴片层的一侧，所述馈电结构层包括馈电基板及馈电条带，所述馈电条带设置于所述馈电基板朝向所述辐射单元层的一侧表面，所述馈电条带呈阿基米德螺旋曲线形，且所述馈电条带为宽度渐变的结构；及
金属地板，相对且间隔设置于所述馈电结构层背向所述辐射单元层的一侧，所述馈电条带的两端分别与所述金属地板及所述辐射贴片电连接，
其中，所述辐射贴片及所述寄生贴片均为六边形板状结构，所述辐射贴片包括两个相对且平行的辐射发生端面，所述两个辐射发生端面之间的两个端面的夹角为90°，所述寄生贴片包括两个相对且平行的寄生发生端面，所述两个辐射发生端面之间的两个端面的夹角为90°，且所述辐射发生端面与所述寄生发生端面平行。
在其中一个实施例中，所述辐射贴片在所述寄生基板的投影覆盖所述寄生贴片。
在其中一个实施例中，所述馈电条带的小端与所述辐射贴片电连接，所述馈电条带的大端与所述金属地板电连接。
在其中一个实施例中，还包括探针，所述探针的两端分别与所述小端及所述辐射贴片电连接。
在其中一个实施例中，还包括射频连接器，所述射频连接器的两端分别与所述大端及所述金属地板电连接。
在其中一个实施例中，所述辐射贴片、所述寄生贴片、所述馈电条带及所述探针的材质均为铜。
在其中一个实施例中，所述寄生基板、所述辐射基板及所述馈电基板均为环氧树脂板。
在其中一个实施例中，所述UHF RFID读卡器天线的长度为200mm、宽度为200mm、厚度为29mm。
在其中一个实施例中，还包括绝缘支撑柱，所述绝缘支撑柱为多个，多个所述绝缘支撑柱依次穿设于所述寄生贴片层、所述辐射单元层、所述馈电结构层及所述金属地板。
一种UHF RFID读卡器***，包括：
UHF RFID读卡器；及
UHF RFID读卡器天线，所述UHF RFID读卡器与所述金属地板电连接。
上述UHF RFID读卡器***及其读卡器天线，通过辐射发生端面发出带宽较宽的圆极化波，由于馈电条带呈阿基米德螺旋曲线形，该螺旋曲线结构可进一步展宽圆极化波的带宽。而辐射贴片与寄生贴片耦合可展宽驻波带宽，馈电条带为宽度渐变的结构，该渐变结构可进一步的展宽驻波带宽。因此，上述UHF RFID读卡器天线能够适用全球范围内的UHFRFID使用频段。而且，上述UHF RFID读卡器天线采用的馈电结构为呈阿基米德螺旋曲线的馈电条带结构，使得天线的馈电结构简单，进而使得整体天线结构简单。因此，包含有上述UHF RFID读卡器天线的上述UHF RFID读卡器***能够在适用全球范围内的UHF RFID使用频段的前提下，实现整体***结构简单化、小型化。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中UHF RFID读卡器***的UHF RFID读卡器天线的结构示意图；
图2为图1所示UHF RFID读卡器天线的主视图；
图3为图1所示UHF RFID读卡器天线中的辐射单元层的结构示意图；
图4为图1所示UHF RFID读卡器天线中的寄生贴片层的示意图；
图5为图1所示UHF RFID读卡器天线中的馈电结构层的结构示意图；
图6为图1所示UHF RFID读卡器天线的驻波带宽曲线图；
图7为图1所示UHF RFID读卡器天线的轴比带宽曲线图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明提供一种UHF RFID读卡器***及其读卡器天线。
请一并参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的UHF RFID读卡器***(图未示)包括UHF RFID读卡器(图未示)及UHF RFID读卡器天线100。
UHF RFID读卡器即超高频射频识别读卡器，是一种能阅读电子标签(图未示)数据的非接触式自动识别设备。UHF RFID读卡器与UHF RFID读卡器天线100电连接。UHF RFID读卡器通过与UHF RFID读卡器天线100配合使得UHF RFID读卡器***实现阅读电子标签数据的功能。
UHF RFID读卡器***的工作过程：当电子标签进入磁场后，先是UHF RFID读卡器通过UHF RFID读卡器天线100发出射频信号；再是电子标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者电子标签主动发送某一频率的信号；然后UHF RFID读卡器获取信息并解码后，送至中央信息***进行有关数据处理。
UHF RFID读卡器天线100包括辐射单元层110、寄生贴片层120、馈电结构层130及金属地板140。
请一并参阅图3，辐射单元层110包括辐射基板111及辐射贴片112，辐射贴片112设置于辐射基板111的表面。进一步地，辐射贴片112印制于所述辐射基板111的表面，使得辐射单元层110实现小型化。
其中，辐射基板111主要起支撑作用，辐射基板111一般可以为陶瓷基板、氧化铝陶瓷基板、环氧树脂板、PCB板等电路板。辐射贴片112主要用于辐射圆极化波。
请一并参阅图4，寄生贴片层120相对且间隔设置于辐射单元层110朝向辐射贴片112的一侧。所以，寄生贴片层120与辐射单元层110层叠设置。寄生贴片层120包括寄生基板121及寄生贴片122，寄生贴片122设置于寄生基板121背向辐射单元层110一侧的表面。进一步的，寄生贴片122印制于寄生基板121背向辐射单元层110一侧的表面，使得寄生贴片层120实现小型化。
其中，寄生基板121主要起支撑作用，寄生基板121一般采用与辐射基板111相同的基板类型。寄生贴片122通过与辐射贴片112之间相互空气耦合而获得能量，使得寄生贴片122实现展宽驻波的带宽的作用。
请一并参阅图5，馈电结构层130相对且间隔设置于辐射单元层110背向寄生贴片层120的一侧。所以，馈电结构层130、辐射单元层110及寄生贴片层120依次层叠设置。馈电结构层130包括馈电基板131及馈电条带132，馈电条带132设置于馈电基板131朝向辐射单元层110一侧的表面。进一步的，馈电条带132印制于馈电基板131朝向辐射单元层110一侧的表面，使得馈电结构层130实现小型化。
其中，馈电条带132呈阿基米德螺旋曲线形，且馈电条带132为宽度渐变的结构。馈电条带132的螺旋曲线结构可以展宽辐射贴片112辐射的圆极化波的带宽。而馈电条带132的宽度渐变的结构可以使得驻波的带宽带进一步展宽。
基于天线通信距离的考虑，UHF RFID读卡器天线100的电压驻波比必须要小于2。如图6所示，当电压驻波比小于2时，频率在750MHz～980MHz之间。由于UHF RFID读卡器天线100为圆极化天线，而只有轴比小于或者等于3dB的带宽才能被定义为圆极化带宽。如图7所示，当轴比小于或者等于3dB时，频率在820MHz～980MHz之间。因此，UHF RFID读卡器天线100完全可以满足全球范围内的超高频天线使用频段(840MHz-960MHz)的要求。
金属地板140相对且间隔设置于馈电结构层130背向辐射单元层110的一侧。所以，寄生贴片层120、辐射单元层110、馈电结构层130及金属地板140依次层叠设置。馈电条带132的两端分别与金属地板140及辐射贴片112电连接。通过馈电条带132与金属地板140及辐射贴片112的电连接，使得UHF RFID读卡器天线100的馈电电路连通，进而使得UHF RFID读卡器天线100实现发生及接收射频信号的功能。
在UHF RFID读卡器***中，UHF RFID读卡器与金属地板140电连接。通过UHF RFID读卡器给UHF RFID读卡器天线100提供能量，使得UHF RFID读卡器天线100能够实现其发生及接收射频信号的功能。而UHF RFID读卡器与UHF RFID读卡器天线100配合以实现UHFRFID读卡器***对电子标识数据的阅读功能。
请再次一并参阅图3及图4，辐射贴片112及寄生贴片122均为六边形板状结构，辐射贴片112包括两个相对且平行的辐射发生端面1121，两个辐射发生端面1121之间的两个端面的夹角为90°，寄生贴片122包括两个相对且平行的寄生发生端面1221，两个辐射发生端面1221之间的两个端面的夹角为90°。且辐射发生端面1121与寄生发生端面1221平行。
辐射发生端面1121主要用于辐射圆极化波。辐射贴片112采用六边形板状结构，且两个辐射发生端面1121之间的两个端面的夹角为90°。采用这种结构形式的辐射贴片112可以使得辐射单元层110实现小型化，且辐射贴片112辐射的圆极化波的带宽较宽。
寄生发生端面1221主要用于展宽圆极化波。寄生贴片122采用六边形板状结构，且两个寄生发生端面1221之间的两个端面的夹角为90°。采用这种结构形式的寄生贴片122与辐射贴片112相互通过空气介质耦合，使得寄生贴片122展宽驻波带宽的效果更换，且使得寄生贴片层120的结构实现小型化。
由于UHF RFID读卡器天线100采用馈电条带132的馈电结构，使得天线的馈电结构简单，进而使得UHF RFID读卡器天线100实现整体天线结构简单、小型化。因此，UHF RFID读卡器***能够在适用全球范围内的UHF RFID使用频段的前提下，实现整体***结构简单化、小型化。
在本实施例中，辐射贴片112在寄生基板121的投影覆盖寄生贴片122。辐射贴片112在寄生基板121的投影大于寄生贴片122在寄生基板121的投影，使得寄生贴片122能够进一步展宽驻波带宽，且可以提高增益。
在本实施例中，馈电条带132的小端1321与辐射贴片112电连接，馈电条带132的大端1322与金属地板140电连接。电流通过金属地板140端输入大端1322，并沿馈电条带132流至小端1321，通过小端1321将电流输入辐射贴片112，从而形式天线回路。而带有带能的辐射贴片112可以辐射圆极化波，并且辐射贴片112通过耦合将电能传递给寄生贴片122使得寄生贴片122可以展宽驻波带宽。
电流在馈电条带132的大端1322流向小端1321的过程中，馈电条带132的阿基米德螺旋形结构可以进一步展宽圆极化波的带宽，而馈电条带132由大端1322到小端1321的渐变结构可以进一步展宽驻波的带宽。
进一步的，在本实施例中，UHF RFID读卡器天线100还包括探针150，探针150的两端分别与小端1321及辐射贴片112电连接。采用探针150的连接方式使得馈电条带132实现对辐射贴片132的电能输送。具体的，探针150的材质为铜、银、铝等导电性能好的金属材料。
更进一步的，在本实施例中，UHF RFID读卡器天线100还包括射频连接器160，射频连接器160的两端分别与大端1322及金属地板140电连接。射频连接器160使得金属地板140与馈电条带132之间实现电连接，使得馈电条带132的电流由射金属地板140经射频连接器160输入。
具体的，射频连接器160为射频接头，射频接头包括內导体及外导体。內导体与馈电条带132的大端1322电连接，外导体与金属地板140电连接，进而实现了金属地板140与馈电条带132的电连接。因此，馈电条带132结合探针150及射频连接器160形成了UHF RFID读卡器天线100的馈电结构，该简单的馈电结构使得整体天线结构简单。
在本实施例中，辐射贴片112、寄生贴片122、馈电条带132及探针150的材质均为铜。由于铜具有高导电性特性且其比较经济实惠，使得辐射贴片112、寄生贴片122、馈电条带132及探针150在符合导电性要求的前提下降低了制造成本，进而有效的降低了UHF RFID读卡器天线100的制造成本。
可以理解，在其他实施例中，辐射贴片112、寄生贴片122、馈电条带132及探针150的材质还可以为铝、银等高导电性的金属材料。
在本实施例中，寄生基板121、辐射基板111及馈电基板131均为环氧树脂板。环氧树脂以其优异的尺寸稳定性，使得寄生基板121、辐射基板111及馈电基板131的平面尺寸稳定，进而使得UHF RFID读卡器天线100具有很好的尺寸稳定性。而环氧树脂还具有良好的力学性能及电学性能，所以环氧树脂板的应用有利于整体天线结构小型化的实现。
在本实施例中，UHF RFID读卡器天线100的长度为200mm、宽度为200mm、厚度为29mm。与传统的读卡器天线相比，上述尺寸的UHF RFID读卡器天线100实现了小型化的目的。
在本实施例中，UHF RFID读卡器天线100还包括绝缘支撑柱(图未示)，绝缘支撑柱为多个，多个绝缘支撑柱依次穿设于寄生贴片层120、辐射单元层110、馈电结构层130及金属地板140。绝缘支撑柱的应用可以使得寄生贴片层120、辐射单元层110、馈电结构层130及金属地板140实现依次层叠且间隔设置的目的，使得寄生贴片层120、辐射单元层110、馈电结构层130及金属地板140的位置得到了固定。进一步的，由于塑料具有很好的电绝缘性及强度，绝缘支撑柱可以为塑料支撑柱。
上述UHF RFID读卡器***及其读卡器天线100，通过辐射发生端面1121发出带宽较宽的圆极化波，由于馈电条带132呈阿基米德螺旋曲线形，该螺旋曲线结构可进一步展宽圆极化波的带宽。而辐射贴片112与寄生贴片122耦合可展宽驻波带宽，馈电条带132为宽度渐变的结构，该渐变结构可进一步的展宽驻波带宽。因此，上述UHF RFID读卡器天线100能够适用全球范围内的UHF RFID使用频段。而且，上述UHF RFID读卡器天线100采用的馈电结构为呈阿基米德螺旋曲线的馈电条带结构，使得天线的馈电结构简单，进而使得整体天线结构简单。因此，包含有上述UHF RFID读卡器天线100的上述UHF RFID读卡器***能够在适用全球范围内的UHF RFID使用频段的前提下，实现整体***结构简单化、小型化。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种UHF RFID读卡器天线，其特征在于，包括：
辐射单元层，包括辐射基板及辐射贴片，所述辐射贴片设置于所述辐射基板的表面；
寄生贴片层，相对且间隔设置于所述辐射单元层朝向所述辐射贴片的一侧，所述寄生贴片层包括寄生基板及寄生贴片，所述寄生贴片设置于所述寄生基板背向所述辐射单元层一侧的表面；
馈电结构层，相对且间隔设置于所述辐射单元层背向所述寄生贴片层的一侧，所述馈电结构层包括馈电基板及馈电条带，所述馈电条带设置于所述馈电基板朝向所述辐射单元层的一侧表面，所述馈电条带呈阿基米德螺旋曲线形，所述馈电条带靠近中心的一开放端为小端，另一开放端为大端，从所述小端到所述大端所述馈电条带呈宽度渐变的结构；
金属地板，相对且间隔设置于所述馈电结构层背向所述辐射单元层的一侧；及
射频连接器；
其中，所述辐射贴片及所述寄生贴片均为六边形板状结构，所述辐射贴片包括两个相对且平行的辐射发生端面，所述寄生贴片包括两个相对且平行的寄生发生端面，且所述辐射发生端面与所述寄生发生端面平行，所述馈电条带的小端与所述辐射贴片电连接，所述射频连接器的两端分别与所述大端及所述金属地板电连接。
2.根据权利要求1所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，所述辐射贴片在所述寄生基板的投影覆盖所述寄生贴片。
3.根据权利要求1所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，还包括探针，所述探针的两端分别与所述小端及所述辐射贴片电连接。
4.根据权利要求3所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，所述辐射贴片、所述寄生贴片、所述馈电条带及所述探针的材质均为铜。
5.根据权利要求1所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，所述寄生基板、所述辐射基板及所述馈电基板均为环氧树脂板。
6.根据权利要求1所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，所述UHF RFID读卡器天线的长度为200mm、宽度为200mm、厚度为29mm。
7.根据权利要求1所述的UHF RFID读卡器天线，其特征在于，还包括绝缘支撑柱，所述绝缘支撑柱为多个，多个所述绝缘支撑柱依次穿设于所述寄生贴片层、所述辐射单元层、所述馈电结构层及所述金属地板。
8.一种UHF RFID读卡器***，其特征在于，包括：
UHF RFID读卡器；及
如权利要求1至7任一项所述的UHF RFID读卡器天线，所述UHF RFID读卡器与所述金属地板电连接。
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