[发明专利]一种超高频段近场RFID读写器天线

说明书

技术领域

本发明属于天线结构设计技术领域，涉及一种RFID读写器天线。

背景技术

RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术是一种非接触的自动识别技术。读写器天线在RFID系统中起着关键作用。读写器天线工作的频率可能有低频(135kHz以下)、高频(13.56MHz)、超高频(860-960MHz)和微波频段(2.4GHz以上)等。读写器天线按照作用距离来划分，可以分为近场天线和远场天线。工作于超高频的近场读写器天线非常适合在狭小空间工作。因为近场天线只有在近距离处才有较强的电磁场，距离稍远一些电磁场的强度急剧减弱，这种天线的远场增益很低，所以天线周围的大面积金属并不会对天线的性能产生影响。

由于超高频段近场RFID读写器天线有很多优良性能，很多公司和个人已经做了不少的相关研究，并且有产品问世。Impinj公司提出了很多基于耦合环的天线；Siemens公司提出了一种折合的环天线；Daniel M.Dobkin等人提出了一种靠集总电容器补偿相位的环天线；这些天线的共同特点是采取某种方法使环上的电流保持同相位，这样感应出的磁场最强，但是上述这些天线都属于谐振天线，相位补偿量和频率有关，因此带宽普遍比较窄。

发明内容

为了克服现有技术带宽较窄的不足，本发明提供了一种超高频段近场RFID读写器天线。该天线是一种行波天线，频带比较宽，磁场较强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括同轴接头、PCB基板、共面波导、巴伦和共面带线，同轴接头和PCB基板上的共面波导的一端相连，共面波导的另一端通过巴伦连接到共面带线的一端上，共面带线的另一端接有电阻，PCB基板和金属地板之间通过位于PCB基板四个角上的尼龙柱支撑，在PCB基板和金属地板之间形成一空气层。选择导带宽度、导带间的缝隙宽度、PCB基板的介电常数、空气层厚度、巴伦阻抗和电阻值的参数，使共面波导、巴伦、共面带线和电阻之间阻抗匹配。金属地板上有反向的镜像电流，空气层越厚，反向的镜像电流越远，近场越强。但是空气层越厚，天线的尺寸越大。

本发明的有益效果是：本发明所述的天线是一种行波结构，频带比较宽；PCB基板和金属地板之间有一空气层，既降低了对PCB基板介电常数精度的要求，又减弱了金属地板反向镜像电流的影响，所以磁场较强；该天线是一种行波结构，改变天线的长度对性能改变不大，所以可以根据不同场合应用的需要，方便的设计出不同长度的天线。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明超高频段近场RFID读写器天线结构示意图。

图2是图1的顶视图。

图3是图1的A-A剖视图。

图中，1、同轴接头，2、共面波导，3、巴伦，4、共面带线，5、PCB基板，6、电阻，7、空气层，8、金属地板，9、尼龙柱。

具体实施方式

参照图1～3，本发明由同轴接头1、共面波导2、巴伦3、共面带线4、PCB基板5、电阻6、空气层7、金属地板8和尼龙柱9组成。

共面波导2和共面带线4采用蚀刻等工艺方式设置在PCB基板5的上表面。同轴接头1紧贴PCB基板5的一侧焊接在共面波导2上。巴伦3焊接在共面波导2和共面带线4之间。电阻6焊接在共面带线4的另一侧顶端。PCB基板5和金属地板8之间通过四个角上的尼龙柱9支撑，在中间形成一空气层7。

实施例一

PCB基板5和金属地板8的长度和宽度的尺寸均分别为110mm和50mm；PCB基板5采用厚度为1.5mm、相对介电常数为4.4的FR4介质板；空气层7的厚度为5mm。

选择共面波导2的中心导带宽度和缝隙宽度，使其特征阻抗为50Ω，以便和同轴接头1匹配。采用1∶4阻抗比的巴伦。巴伦3在共面波导2一侧的端口阻抗为50Ω，在共面带线4一侧的端口阻抗为200Ω。选择共面带线4的导带宽度为5mm和导带之间的距离为10mm，使其特征阻抗为200Ω。电阻6的阻抗为200Ω，和共面带线4的特征阻抗匹配。

从同轴接头1，经过共面波导2、巴伦3、共面带线4，一直到电阻6，阻抗都是匹配的。因此是一种行波结构，频带比较宽。

共面带线4的两个导带上的电流相反。两个导带上方向相反的电流可以在两个导带之间形成同向的垂直于PCB基板5的磁场。

空气层7增加了PCB基板5和金属地板8之间的距离。这样做既降低了对PCB基板介电常数精度的要求，而且减弱了金属地板反向镜像电流的影响，磁场较强。该天线在输入功率1W的情况下，作用距离为2cm。