CN117525863A - 一种全方位覆盖的pcb高频rfid天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，包括有天线主体，所述天线主体包括天线辐射线圈、介质基板和匹配调谐电路，所述天线辐射线圈印制在所述介质基板两面，其特征在于，所述天线辐射线圈由天线主线圈，第一副线圈、第二副线圈、第三副线圈和金属化过孔组成，所述金属化过孔连接位于所述介质基板两侧的所述天线主线圈；所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈和所述匹配调谐电路均与所述天线主线圈连接。三个副线圈的接入，增强了天线主线圈的电流，使靠近天线主线圈的磁场强度变大，同时改变了天线主线圈附近的磁场方向，使天线主线圈的各方向的磁场分布均匀，改善了天线的全方位覆盖性能。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，具体涉及一种全方位覆盖的PCB高频RFID天线。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)，是一利用芯片技术、天线技术、无线收发技术、数据编码技术以及电磁场理论的自动识别技术。RFID技术无需直接接触、光学可视、人工干预即可完成对信息的收集和处理,能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等领域。
工作于13.56MHz的高频RFID设备，阅读器天线激发电磁波，无源电子标签通过磁耦合的方式和阅读器进行交互，磁耦合的效率由阅读器天线和电子标签天线的相对距离和方向决定。一般情况下，为了解决天线全方位的覆盖性能，提高电子标签以任意方向进入天线工作场的识别能力，需要正交的放置多组天线，每组天线需要配置馈电网络及调谐电路。
但上述这种提高天线覆盖性能的方式，在智能书架、货架等应用场景下，现场布线变得复杂。因此，有必要研发出一种全方位覆盖的PCB高频RFID天线，避免复杂的现场布线。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种全方位覆盖的PCB高频RFID天线，无需复杂的现场布线，通过改善天线磁场的空间分布，进而改善天线的全方位覆盖性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，包括有天线主体，所述天线主体包括天线辐射线圈、介质基板和匹配调谐电路，所述天线辐射线圈印制在所述介质基板两面，其特征在于，所述天线辐射线圈由天线主线圈，第一副线圈、第二副线圈、第三副线圈和金属化过孔组成，所述金属化过孔连接位于所述介质基板两侧的所述天线主线圈；所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈和所述匹配调谐电路均与所述天线主线圈连接。
通过采用上述技术方案，形成了天线主线圈，第一副线圈、第二副线圈及第三副线圈四个金属线圈；根据安培环路定理，三个副线圈的接入，增强了天线主线圈的电流，使靠近天线主线圈的磁场强度变大，同时改变了天线主线圈附近的磁场方向，使天线主线圈的各方向的磁场分布均匀，改善了天线的全方位覆盖性能，实现了通过改善天线磁场的空间分布，进而改善天线的全方位覆盖性能。
需要注意的是，匹配调谐电路与所述天线主线圈连接，通过匹配调谐电路的负载匹配与调谐，实现天线主线圈与电源源之间的匹配。
另外，需要说明的是，从无线电频谱划分和管理的角度来说，高频是指工作频率在3MHz-30MHz的电磁波，RFID的工作频段划分中，工作于13.56MHz的电磁波称为高频RFID。
优选的，所述第一副线圈、所述第二副线圈和所述第三副线圈均以串联的形式连接在所述天线主线圈的侧边。
连接在所述天线主线圈的侧边，三个副线圈的接入，增强了天线主线圈侧边的电流，使靠近主线圈侧边的磁场强度变大，同时改变了天线主线圈侧边附近的磁场方向，使天线主线圈各方向的磁场分布更均匀。
另外，串联接入副线圈，在不增加天线面积的基础上，改善了天线磁场分布，提高了全方位的磁场强度，从而更加实用；串联附加的第一副线圈、第二副线圈、第三副线圈改善了天线水平面和垂直面工作区域的磁场分布，增强了天线的全方位覆盖能力。
优选的，所述匹配调谐电路由交流回路和直流回路组成；其中，所述交流回路包括并联阻尼电阻、并联微调电容、串联匹配电容、并联匹配电容及交流耦合电容；
所述直流回路包括有扼流电感、限流电阻及LED状态指示灯。
调整并联阻尼电阻的电阻值，可改变天线回路的品质因数和信号带宽；并联微调电容调整天线的工作频率；串联匹配电容和并联匹配电容组成电容抽头网络，用来调谐天线阻抗和外加信号源的阻抗匹配；交流耦合电容用于耦合外部信号源的高频交流信号，隔断直流信号。
直流回路的扼流电感用于阻断高频交流信号，限流电阻用于设置LED状态指示灯的工作电流，LED状态指示灯用来指示外部信号源的供电和工作状态。
优选的，所述天线辐射线圈通过印刷电路技术，印制在所述介质基板的顶面和底面。
优选的，所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈以及所述天线主线圈均为宽度均匀的铜箔围成的矩形。
经发明人研究发现，线圈设计成宽度均匀的铜箔围成的矩形，产生的磁场分布更均匀。
优选的，所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈以及所述天线主线圈绕向均相同，同为逆时针方向或顺时针方向。
优选的，第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈以及所述天线主线圈通过印刷电路技术，印制在所述介质基板的顶面和底面。
优选的，所述匹配调谐电路接入所述天线主线圈的侧边。
优选的，所述匹配调谐电路印制在所述介质基板上。
匹配调谐电路通过PCB技术，印制在介质基板上，无需额外的匹配调谐电路。
附图说明
下面结合附图和本发明的实施方式进一步详细说明：
图1本发明全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构的整体结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3图1中的匹配调谐电路原理图；
其中：1-天线主体，2-天线辐射线圈，201-天线主线圈，2011-天线主线圈的侧边一，2012-天线主线圈的侧边二，2013-天线主线圈的侧边三，2014-天线主线圈的侧边四，202-第一副线圈，203-第二副线圈，204-第三副线圈，3-介质基板，301-顶面，302-底面，4-匹配调谐电路，401-交流回路，4011-并联阻尼电阻，4012-并联微调电容，4013-串联匹配电容，4014-并联匹配电容，4015-交流耦合电容，402-直流回路，4021-扼流电感，4022-限流电阻，4023-LED状态指示灯，5-金属化过孔，6-安装固定孔。
具体实施方式
如附图1-图3所示，本实施例的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，包括有天线主体1，所述天线主体1包括天线辐射线圈2、介质基板3和匹配调谐电路4，所述天线辐射线圈2印制在所述介质基板3两面，具体的，天线辐射线圈2通过印刷电路技术，印制在介质基板3的顶面301和底面302；所述天线辐射线圈2由天线主线圈201，第一副线圈202、第二副线圈203、第三副线圈204和金属化过孔5组成，所述金属化过孔5连接位于所述介质基板3两侧的所述天线主线圈2；所述第一副线圈202、所述第二副线圈203、所述第三副线圈204和所述匹配调谐电路4均与所述天线主线圈201连接。如图1所示，本实施例的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构还设置有安装固定孔6，用于安装固定天线结构。
所述第一副线圈202、所述第二副线圈203和所述第三副线圈204均以串联的形式连接在所述天线主线圈201的侧边；具体的，第一副线圈202以串联的形式连接在天线主线圈的侧边一2011上，第二副线圈203以串联的形式连接在天线主线圈的侧边二2012上，第三副线圈204以串联的形式连接在天线主线圈的侧边三2013上。
如图2所示，天线主线圈201起始于介质基板3的顶面301，由一段宽度均匀的铜箔沿天线主线圈的侧边四2014按逆时针方向行进，行进至天线主线圈的侧边一2011的三分之二处，沿顶面301按逆时针绕制第一副线圈202，第一副线圈202行进至顶层铜箔附近，通过金属化过孔5转换至介质基板3的底面302，第一副线圈202继续沿介质基板3的底面302行进，第一副线圈202位于介质基板3的底面302的侧边，在天线主线圈的侧边一2011的正下方，行进至天线主线圈的侧边一2011四分之三处，铜箔由金属化过孔5转换至介质基板3的顶面302，作为天线主线圈201的侧边(即天线主线圈的侧边一2011)。
所述匹配调谐电路4由交流回路401和直流回路402组成；其中，所述交流回路401包括并联阻尼电阻4011、并联微调电容4012、串联匹配电容4013、并联匹配电容4014及交流耦合电容4015；
所述直流回路402包括有扼流电感4021、限流电阻4022及LED状态指示灯4023。
需要注意的是，在本实施例中，所述匹配调谐电路4接入所述天线主线圈201的侧边，具体是接入天线主线圈的侧边四2014；天线主线圈的侧边四2014的两个端点跨接在匹配调谐电路4的并联阻尼电阻4011上。
所述匹配调谐电路4印制在所述介质基板3上，具体是通过PCB技术，印制在介质基板3上，无需额外的匹配调谐电路；匹配调谐电路4采用表面贴装元件，便于批量化生产，提高产品的一致性，避免了现有方案铜制线缆绕线以及调谐电路板和铜制线缆绕线的焊接组装，降低了生产成本。
所述第一副线圈202、所述第二副线圈203、所述第三副线圈204以及所述天线主线圈201均为宽度均匀的铜箔围成的矩形；所述第一副线圈202、所述第二副线圈203、所述第三副线圈204以及所述天线主线圈201绕向均相同，同为逆时针方向或顺时针方向。
第一副线圈202、所述第二副线圈203和所述第三副线圈204通过印刷电路技术，印制在所述介质基板3的顶面301和底面302；本实施例的天线结构，其在不改变传统矩形线圈绕组尺寸的基础上，增加了额外的三个副矩形绕组，改善了天线多个方向的覆盖能力，从而使天线更加实用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明；凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，包括有天线主体，所述天线主体包括天线辐射线圈、介质基板和匹配调谐电路，所述天线辐射线圈印制在所述介质基板两面，其特征在于，所述天线辐射线圈由天线主线圈，第一副线圈、第二副线圈、第三副线圈和金属化过孔组成，所述金属化过孔连接位于所述介质基板两侧的所述天线主线圈；所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈和所述匹配调谐电路均与所述天线主线圈连接。
2.根据权利要求1所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述第一副线圈、所述第二副线圈和所述第三副线圈均以串联的形式连接在所述天线主线圈的侧边。
3.根据权利要求1所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述匹配调谐电路由交流回路和直流回路组成；其中，所述交流回路包括并联阻尼电阻、并联微调电容、串联匹配电容、并联匹配电容及交流耦合电容；
所述直流回路包括有扼流电感、限流电阻及LED状态指示灯。
4.根据权利要求1所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述天线辐射线圈通过印刷电路技术，印制在所述介质基板的顶面和底面。
5.根据权利要求1所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈以及所述天线主线圈均为宽度均匀的铜箔围成的矩形。
6.根据权利要求5所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述第一副线圈、所述第二副线圈、所述第三副线圈以及所述天线主线圈绕向均相同，同为逆时针方向或顺时针方向。
7.根据权利要求6所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，第一副线圈、所述第二副线圈和所述第三副线圈通过印刷电路技术，印制在所述介质基板的顶面和底面。
8.根据权利要求1-7任一项所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述匹配调谐电路接入所述天线主线圈的侧边。
9.根据权利要求8所述的全方位覆盖的PCB高频RFID天线结构，其特征在于，所述匹配调谐电路印制在所述介质基板上。
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