專利名稱：超高頻段智能貨架rfid讀寫器天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于天線結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種RFID讀寫器天線。
背景技術(shù)：
RFID (Radio Frequency Identif ication，射頻識別)技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)。讀寫器天線在RFID系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用。讀寫器天線工作的頻率可能有低頻 (135kHz以下)、高頻(13. 56MHz)、超高頻(860-960MHz)和微波頻段(2. 4GHz以上)等。讀寫器天線按照作用距離來劃分，可以分為近場天線和遠場天線。工作于超高頻的近場讀寫器天線非常適合在狹小空間工作。因為近場天線只有在近距離處才有較強的電磁場，距離稍遠一些電磁場的強度急劇減弱，這種天線的遠場增益很低，所以天線周圍的大面積金屬并不會對天線的性能產(chǎn)生影響。由于超高頻段近場RFID讀寫器天線有很多優(yōu)良性能。但是當(dāng)天線的尺寸超過一個波長后，其附近的磁場就變得不均勻。很多公司和個人已經(jīng)做了不少的相關(guān)研究來增加天線的尺寸，并且有產(chǎn)品問世，比如基于耦合環(huán)的天線、折合的環(huán)天線、靠集總電容器補償相位的環(huán)天線等。這些天線的尺寸仍然不夠大，無法在一個大型貨架上產(chǎn)生大面積均勻分布的電磁場。文獻"RFID Smart Shelf with Confined Detection Volume at UHF, Carla R. Mederios, Jorge R. Costa, and Carlos A. Fernandes, IEEE Antennas and WirelessPropagation Letters, 2008, Vol. 7，p773_776” 公開了一種用微帶線來實現(xiàn)的貨架天線，該天線可以隨意的改變長度，但是寬度不能變寬。文獻“Near-FieldAnterma for RFID Smart Shelfin UHF,Wonkyu Choi,Jeong-Seok Kim,Ji-Hoon Bae,Gilyoung Choi,and Jong-Suk Chae, Antennas andPropagation Society International Syposiuim,2009, pl-4”公開了另一種貨架天線，是采用功分器將饋線分成很多根平行的微帶線，然后通過地板上的很多根縫隙將電場能量耦合出去，這種方法由于有功分器，所以每根線上的電流會減小，因此減弱了天線的作用距離。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)采用功分器后導(dǎo)致每根線上的電流減小的不足，本發(fā)明提供一種超高頻段智能貨架RFID讀寫器天線，該天線可以產(chǎn)生大面積的均勻分布的磁場。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括PCB基板、同軸接頭和金屬導(dǎo)帶，上層PCB基板和下層PCB基板通過若干個尼龍柱支撐形成空氣間隙；上層PCB基板的上表面具有上表面金屬導(dǎo)帶，下層PCB基板的下表面具有下表面金屬導(dǎo)帶，下層PCB基板的上表面為整體覆銅；該整體覆銅和下層PCB基板、下表面金屬導(dǎo)帶一起形成微帶線，該整體覆銅和空氣間隙、上層PCB基板、上表面金屬導(dǎo)帶一起形成微帶線；上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶均有多根，并通過導(dǎo)電柱交替相連上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶的末端，將所述的上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶串聯(lián)，第一根上表面金屬導(dǎo)帶的一端和同軸接頭相連，最后一根上表面金屬導(dǎo)帶的一端連接匹配負載；信號從同軸接頭饋入，經(jīng)過上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶交替?zhèn)鬏?，最后到達匹配負載；上表面金屬導(dǎo)帶的寬度按照信號傳輸?shù)捻樞蛑饾u增加，寬度增加的程度以流經(jīng)各個上表面金屬導(dǎo)帶的電流值不變?yōu)闇?zhǔn)則， 所形成的微帶線的特征阻抗從同軸接頭連接處到匹配負載處逐漸減小，這樣即使在有輻射損耗存在的情況下仍然可以保持上表面金屬導(dǎo)電上的電流不變；上表面金屬導(dǎo)帶激勵出切向的磁場，選擇上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶的長度，使相鄰單根上表面金屬導(dǎo)帶和單根下表面金屬導(dǎo)帶產(chǎn)生的相移量之和為波長的整數(shù)倍，這樣相鄰上表面金屬導(dǎo)帶激勵出的切向磁場為同相，疊加在一起，形成大面積的切向磁場分布。本發(fā)明的有益效果是沒有采用功分器，而是通過上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶交替連接，這樣上表面金屬導(dǎo)帶上的電流較強；改變天線的長度和改變天線的寬度，即上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶的根數(shù)和長度，都對天線的性能改變不大，所以可以方便的設(shè)計出不同面積的天線；由于信號長距離傳輸會有衰減，而上表面金屬導(dǎo)帶的寬度逐漸增加，降低了微帶線的特征阻抗，抵消了信號的衰減，使得在上表面金屬導(dǎo)帶上的電流分布并不降低，所以天線上部的磁場分布均勻。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本發(fā)明超高頻段智能貨架RFID讀寫器天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的頂視圖。圖3是圖1的側(cè)視圖。圖中，1、同軸接頭，2、上層PCB基板，3、下層PCB基板，4、上表面金屬導(dǎo)帶，5、下表面金屬導(dǎo)帶，6、導(dǎo)電柱，7、尼龍柱，8、空氣間隙，9、匹配負載，10、整體覆銅。
具體實施方式
參照圖1 3，本發(fā)明由同軸接頭1、上層PCB基板2、下層PCB基板3、上表面金屬導(dǎo)帶4、下表面金屬導(dǎo)帶5、導(dǎo)電柱6、尼龍柱7、空氣間隙8、匹配負載9和整體覆銅10組成。在本實施例中，上層PCB基板2和下層PCB基板3的寬度為350mm，長度為700mm， 厚度為2mm，材料為FR4。兩塊PCB基片通過四個角上高度為IOmm的尼龍柱7支撐，形成空氣間隙8。第一條上表面金屬導(dǎo)帶4左邊的寬度為52mm，右邊的寬度為55毫米；第二條上表面金屬導(dǎo)帶4左邊的寬度為55mm，右邊的寬度為58毫米；第三條上表面金屬導(dǎo)帶4左邊的寬度為58mm，右邊的寬度為62毫米。這樣由整體覆銅10、空氣間隙8、上層PCB基板2和上表面金屬導(dǎo)帶4所組成的三條微帶線的特征阻抗由50歐姆經(jīng)過48歐姆和46歐姆過渡到最后的44歐姆。最后所連接的匹配負載9的阻抗為44歐姆，和微帶線匹配。第一條下表面金屬導(dǎo)帶5的寬度為4. 2mm，特征阻抗為48歐姆，通過兩個導(dǎo)電柱6 連接第一條和第二條上表面金屬導(dǎo)帶4。第二條下表面金屬導(dǎo)帶5的寬度為4. 5mm,特征阻抗為46歐姆，通過兩個導(dǎo)電柱6連接第二條和第三條上表面金屬導(dǎo)帶4。如果上表面金屬導(dǎo)帶4和下表面金屬導(dǎo)帶5的寬度沒有漸變，那么所形成的微帶線的特征阻抗都是50歐姆。信號經(jīng)過微帶線的長距離傳輸后將會發(fā)生幅度的降低，這主要是由于上表面金屬導(dǎo)帶4和整體覆銅10的距離較遠而產(chǎn)生的輻射損耗。上表面金屬導(dǎo)帶4上的電流逐漸降低，必然導(dǎo)致周圍的磁場減弱，影響了天線的讀取距離。因此在本發(fā)明中，上表面金屬導(dǎo)帶4的寬度逐漸增加，微帶線的特征阻抗逐漸降低，這樣保持了沿著上表面金屬導(dǎo)帶4的電流幅度不變，進而磁場強度穩(wěn)定。在本實施例中，信號向右經(jīng)過上表面金屬導(dǎo)帶4后通過導(dǎo)電柱6流入下表面金屬導(dǎo)帶5，到左端后又通過導(dǎo)電柱6流入下一根上表面金屬導(dǎo)帶4。單根上表面金屬導(dǎo)帶4和單根下表面金屬導(dǎo)帶5共產(chǎn)生的相移為六個波長，因此相鄰上表面金屬導(dǎo)帶4上的電流都是同相的。這樣上表面金屬導(dǎo)帶4在天線上方產(chǎn)生的切向磁場同向疊加。應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的一種實施例而已。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以方便的增加或減少上表面金屬導(dǎo)帶4和下表面金屬導(dǎo)帶5的根數(shù)，以改變天線的寬度；也可以增加或減少天線的長度，只要保證單根上表面金屬導(dǎo)帶4和單根下表面金屬導(dǎo)帶5產(chǎn)生的相移量為波長的整數(shù)倍；也可以了選用其它材料的上層PCB基板2和下層PCB 基板3 ；也可以選取不同的尼龍柱7的高度，以產(chǎn)生不同厚度的空氣間隙8。
權(quán)利要求1. 一種超高頻段智能貨架RFID讀寫器天線，包括PCB基板、同軸接頭和金屬導(dǎo)帶，其特征在于上層PCB基板和下層PCB基板通過若干個尼龍柱支撐形成空氣間隙；上層PCB基板的上表面具有上表面金屬導(dǎo)帶，下層PCB基板的下表面具有下表面金屬導(dǎo)帶，下層PCB基板的上表面為整體覆銅；上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶均有多根，并通過導(dǎo)電柱交替相連上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶的末端，將所述的上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶串聯(lián)，第一根上表面金屬導(dǎo)帶的一端和同軸接頭相連，最后一根上表面金屬導(dǎo)帶的一端連接匹配負載；上表面金屬導(dǎo)帶的寬度按照信號傳輸?shù)捻樞蛑饾u增加，增加的程度以流經(jīng)各個上表面金屬導(dǎo)帶的電流值不變?yōu)闇?zhǔn)則，上表面金屬導(dǎo)帶和下表面金屬導(dǎo)帶的長度，使相鄰單根上表面金屬導(dǎo)帶和單根下表面金屬導(dǎo)帶產(chǎn)生的相移量之和為波長的整數(shù)倍。
專利摘要本實用新型公開了一種超高頻段智能貨架RFID讀寫器天線，將上層PCB基板和下層PCB基板通過尼龍柱支撐；上層PCB基板的上表面具有多根上表面金屬導(dǎo)帶，下層PCB基板的下表面具有多根下表面金屬導(dǎo)帶，上表面為整體覆銅；通過導(dǎo)電柱將同軸街頭、上表面金屬導(dǎo)帶、下表面金屬導(dǎo)帶和匹配負載串聯(lián)，上表面金屬導(dǎo)帶的寬度按照信號傳輸?shù)捻樞蛑饾u增加，相鄰單根上表面金屬導(dǎo)帶和單根下表面金屬導(dǎo)帶產(chǎn)生的相移量之和為波長的整數(shù)倍。本實用新型電流較強，可以方便的設(shè)計出不同面積的天線，天線上部的磁場分布均勻。
文檔編號H01Q1/22GK202103163SQ20112018567
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者任安康, 吳昌英, 李建周, 王婷 申請人:西北工業(yè)大學(xué)