一種可用于顯示器邊框的美化天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于顯示器邊框的美化天線，該美化天線包括功分器、基板材料、附著在基板材料上的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的2個平面倒F型天線、附著在基板材料下的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的地平面，其中：該美化天線經(jīng)由功分器饋電，使用同軸饋電或微帶饋電；所述功分器由饋線對2個倒F型天線饋電形成，位于兩個相互垂直排列倒F型天線的夾角處，且饋線長度相等或接近相等；所述2個倒F型天線具有窄邊及窄的接地平面，且2個倒F型天線相互垂直排列，其饋電端位于靠近直角的一端。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該天線可充分利用顯示器邊框空間，具有美觀和節(jié)省空間的效果，使用互相垂直的排列方式，可提高天線增益，增強天線極化特性。
【專利說明】—種可用于顯示器邊框的美化天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及UHF頻段RFID讀寫器天線，特別涉及一種可用于顯示器邊框的美化天線。

【背景技術(shù)】
[0002]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后，未來信息技術(shù)發(fā)展的重要方向。射頻識別(Rad1 Frequency Identif icat1n,簡稱RFID)技術(shù)則是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。RFID技術(shù)是利用無線信號進行非接觸的雙向通信，可以自動識別目標，獲取目標相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的技術(shù)。它在人類日常生活有廣泛應用，可用于金融系統(tǒng)的身份識別、大型超市和倉庫的物品管理、交通運輸系統(tǒng)車輛監(jiān)控、工業(yè)生產(chǎn)中的安全監(jiān)控和供應鏈管理、醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)信息管理、圖書檔案管理及軍事防御等諸多領(lǐng)域，可以極大的提高人類生產(chǎn)和生活的便捷性、安全性和效率，對中國建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會亦有極大的推動作用。
[0003]依據(jù)技術(shù)類型不同，工作距離在幾十厘米到幾十米范圍內(nèi)RFID系統(tǒng)可以工作在不同的頻率，按照工作頻率可以分為低頻(LF，125?135KHz)、高頻(HF，13.56MHz)、超高頻(UHF，840?960MHz)和微波(MW，2.4?2.5GHz)等系統(tǒng)。LF和HF頻段RFID技術(shù)均采用近場工作原理，當前已經(jīng)比較成熟，在日常生活中，各種門卡、銀行卡、公交卡等都是其具體應用，但由于近場電磁儲能衰減很快，其讀寫區(qū)域和距離不大，通常在幾十厘米的范圍內(nèi)。
[0004]超高頻和微波頻段RFID技術(shù)使用遠場工作原理，讀寫距離遠可達I米?幾十米，同時還具有數(shù)據(jù)傳輸速率快、天線方向性好、標簽小巧平面化、抗干擾能力強、使用壽命長等優(yōu)勢，在高速公路車輛自動識別、集裝箱識別、自動收費系統(tǒng)、城市交通管理、物流、倉庫管理等場合有著巨大的應用前景。張俊等人申請?zhí)枮?01210358539.5,201210359310.3、201210451080.9的中國專利“計算機自動安全防護和結(jié)論系統(tǒng)及方法”，利用無線收發(fā)等裝置，實現(xiàn)計算機的安全防護及節(jié)能，可使用UHF RFID的無線收發(fā)系統(tǒng)。
[0005]UHF頻段RFID系統(tǒng)依據(jù)各國標準不同，其工作頻率主要分布在840?960MHz范圍，對應工作波長在33cm左右，讀寫器天線的尺寸通常在十幾到幾十厘米量級或更大，讀寫器天線的尺寸從根本上決定了整個讀寫器系統(tǒng)的尺寸。整個讀寫器系統(tǒng)的大小，會影響系統(tǒng)應用的便捷性和舒適性，譬如，大尺寸的讀寫器系統(tǒng)放置在電腦旁邊，會占用有限的工作空間，也影響美觀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，在基于電腦辦公、家庭電視、電腦娛樂等UHFRFID的應用場景中，為提高UHF RFID系統(tǒng)的便捷性和美觀性，提供一種可安裝于顯示器邊框的UHF頻段RFID讀寫器美化天線。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種可用于顯示器邊框的美化天線，該美化天線包括功分器、基板材料、附著在基板材料上的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的2個平面倒F型天線、附著在基板材料下的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的地平面，其中:該美化天線經(jīng)由功分器饋電，使用同軸饋電或微帶饋電；所述功分器由饋線對2個倒F型天線饋電形成，位于兩個相互垂直排列倒F型天線的夾角處，且饋線長度相等或接近相等；所述2個倒F型天線具有窄邊及窄的接地平面，且2個倒F型天線相互垂直排列，其饋電端位于靠近直角的一端。
[0010]上述方案中，所述2個倒F型天線的窄邊寬度均不大于15毫米，長邊長度均不大于200毫米。
[0011]上述方案中，該美化天線工作于滿足中國標準的UHF RFID頻段之一，即在920.5?924.5MHz,回波損耗小于-1OdB0
[0012]上述方案中，通過改變所述倒F型天線的長度參數(shù)，能夠使天線工作于滿足其他頻率標準的UHF RFID頻段。
[0013]上述方案中，所述功分器為Wilkinson功分器。
[0014]上述方案中，所述地平面為2個倒F型天線通過金屬連接共用的地平面。
[0015]上述方案中，所述地平面邊緣呈階梯形開口形狀，以保證倒F形天線特性。通過金屬連接，位于其中一個倒F天線下方的地平面充當了其中另一個倒F形天線的延伸地平面，以保證倒F形天線特性。
[0016]上述方案中，所述美化天線安裝在應用UHF RFID系統(tǒng)的辦公電腦、家用電腦或家庭電視的顯示器的邊框直角拐角處。所述美化天線安裝于顯示器邊框表面、內(nèi)部及背后。
[0017](三)有益效果
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的可用于顯示器邊框的美化天線，利用了倒F型天線的結(jié)構(gòu)特點，應用于顯示器的邊框，實現(xiàn)美化效果；通過兩個倒F天線垂直排列組合，并共用地平面，使得位于一倒F天線下方的地平面充當了另一倒F形天線的延伸地平面，反之亦然；在窄邊框情況下，這種共用地平面的方式，在一定程度上保證了倒F形天線需要較大地平面的特性，進而保證了倒F型天線的工作性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明提供的UHF頻段RFID讀寫器美化天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1所示的UHF頻段RFID讀寫器美化天線的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3為圖1所示的UHF頻段RFID讀寫器美化天線中邊緣呈階梯形的地平面的示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明提供的UHF頻段RFID讀寫器美化天線安裝于顯示器邊框的示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明提供的UHF頻段RFID讀寫器美化天線的HFSS仿真和測量的回波損耗的不意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明的UHF頻段RFID讀寫器美化天線的HFSS仿真的三維增益圖。

【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不限于實施例所表述的范圍，特別是在工作其他UHF工作頻段。
[0026]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的可用于顯示器邊框的美化天線，包括功分器、基板材料、附著在基板材料上的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的2個平面倒F型天線、附著在基板材料下的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的地平面，其中:該美化天線經(jīng)由功分器饋電，使用同軸饋電或微帶饋電；所述功分器由饋線對2個倒F型天線饋電形成，位于兩個相互垂直排列倒F型天線的夾角處，且饋線長度相等或接近相等；所述2個倒F型天線具有窄邊及窄的接地平面，且2個倒F型天線相互垂直排列，其饋電端位于靠近直角的一端。
[0027]其中，該美化天線工作于滿足中國標準的UHF RFID頻段之一，即在920.5?924.5MHz,回波損耗小于-10dB。所述2個倒F型天線的窄邊寬度均不大于15毫米，長邊長度均不大于200毫米。通過改變所述倒F型天線的長度參數(shù)，能夠使天線工作于滿足其他頻率標準的UHF RFID頻段。
[0028]功分器為Wilkinson功分器。地平面為2個倒F型天線通過金屬連接共用的地平面。地平面邊緣呈階梯形開口形狀，以保證倒F形天線特性。通過金屬連接，位于其中一個倒F天線下方的地平面充當了其中另一個倒F形天線的延伸地平面，以保證倒F形天線特性。
[0029]美化天線安裝在應用UHF RFID系統(tǒng)的辦公電腦、家用電腦或家庭電視的顯示器的邊框直角拐角處，美化天線也可以安裝于顯示器邊框表面、內(nèi)部及背后。
[0030]再次參照圖1和圖2，本發(fā)明提供的可安裝于顯示器邊框的UHF頻段RFID讀寫器美化天線，包括功分器1、基板材料2、附著在基板材料上的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的2個平面倒F型天線3和3’、附著在基板材料下的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的地平面4。由于目前UHF頻段的工作頻率都在IGHz以下，高頻損耗較低，對基板材料的使用要求不高，通常采用玻璃纖維板(FR-4)，厚度范圍通常在3mm以下。
[0031]結(jié)合圖1，在本實施例中，類似直角尺形狀的基板材料2，所選介質(zhì)材料為玻璃纖維板(FR-4)，厚度為1.6mm ;窄邊長度8為15mm，長邊長度7為115mm。
[0032]功分器I為2路Wilkinson等功率功分器；為有效利用空間，輸入信號的饋線6位于功分器內(nèi)部，使用同軸線11進行饋電，6’為同軸線饋電點。輸入信號的饋線6的特征阻抗為50歐姆，依據(jù)基板材料2的厚度以及介電常數(shù)，可以計算獲得輸入信號饋線6的寬度；同理，依據(jù)Wilkinson功分器的設(shè)計理論，也可獲得功分器四分之一波長阻抗變換傳輸線、輸出信號的饋線101和102的線寬；連接在2個輸出信號饋電線101和102之間的隔離電阻5為100歐姆；通過HFSS電磁仿真軟件仿真發(fā)現(xiàn)，輸出信號饋電線101和102具有相等或近似相等的長度，天線可以達到高增益，非相差四分之一工作波長；
[0033]結(jié)合圖1和圖2,依據(jù)倒F天線的結(jié)構(gòu)特征,2個倒F型形天線的末端9和9’通過通孔與地平面4相連。
[0034]結(jié)合圖1和圖3，附著在基板材料2下表面的邊緣呈階梯形開口形狀的地平面4，由于不能直接在基板材料2的上表面顯示，在圖1中用虛線表示，其具體形狀結(jié)構(gòu)如圖3所示。地平面4不是完全附著覆蓋基板材料2的整個下表面，而是邊緣呈階梯狀開口形狀；地平面4可以看成是由基板材料2的下表面剪切去虛線表示的矩形平面12和12’、矩形平面13和13’得到；剪去矩形平面12和12’使得倒F型天線的輻射主體部分露出，以滿足倒F型天線的結(jié)構(gòu)特征，實現(xiàn)倒F型天線的輻射性能；矩形平面13的寬度比矩形平面12的寬度要窄，一方面可以實現(xiàn)阻抗匹配的調(diào)節(jié)；另一方面擴展了地平面4的面積，可以起到隔離作用，減小背面材質(zhì)的介電特性對天線性能的影響，譬如天線放置在顯示器邊框時，可以減小顯示器邊框的工程塑料介電特性、厚度等對天線性能的影響；矩形平面12的內(nèi)窄邊沿121與倒F天線的饋線邊沿301在上下平面方向?qū)R；矩形平面13的內(nèi)窄邊沿131與倒F天線的接地線邊沿302在上下平面方向?qū)R；14為通過地平面的同軸線過孔；
[0035]結(jié)合圖3，虛線框表示的矩形區(qū)域15，為2個倒F天線的地平面401和402的交疊區(qū)域，實現(xiàn)了 2個倒F天線共用地平面；傳統(tǒng)的倒F天線結(jié)構(gòu)，為保證倒F天線的性能，其地平面要求很大；通過矩形區(qū)域15實現(xiàn)共用地平面，原本比較小的地平面401通過402得以擴展，同理原本比較小的地平面402通過401也得以擴展。
[0036]結(jié)合圖4，是本發(fā)明實例的天線16安裝于顯示器17的邊框18的結(jié)構(gòu)示意圖；本發(fā)明實施例中，天線16可安裝于邊框18的一個左上角的直角拐角處；天線16也可以安裝于另外3個直角拐角處；依據(jù)性能要求和覆蓋范圍，也可以安裝天線16于邊框18的多個直角拐角處。
[0037]圖5是使用三維電磁場仿真軟件HFSS對于本發(fā)明實施例的一個仿真結(jié)果，以及使用網(wǎng)絡分析儀的實際測量結(jié)果；仿真結(jié)果中，天線諧振頻率在944.7MHz處，在-1OdB回波損耗處，其對應頻率為913.3MHz和990.4MHz，帶寬為77.1MHz ;實際的測量結(jié)果中，天線的諧振頻率在962.0MHz，在-1OdB回波損耗處，其對應頻率為919.4MHz和1043.3MHz，帶寬為123.9MHz ;因此，在測量結(jié)果中天線的頻率覆蓋中國UHF頻段920.5MHz?924.5MHz ;另外，需要指出的是，通過改變倒F型天線的長度，可以改變天線的諧振頻率，使得諧振頻率剛好在中國UHF頻段920.5MHz?924.5MHz附近；
[0038]圖6是HFSS電磁仿真結(jié)果的三維增益圖，最大增益在2.58dBi ;最大增益方向在Z軸正方向，對應圖1中Z軸方向，即垂于基板材料2所在平面指向讀者的方向。
[0039]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，該美化天線包括功分器、基板材料、附著在基板材料上的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的2個平面倒？型天線、附著在基板材料下的由金屬材質(zhì)構(gòu)成的地平面，其中: 該美化天線經(jīng)由功分器饋電，使用同軸饋電或微帶饋電； 所述功分器由饋線對2個倒？型天線饋電形成，位于兩個相互垂直排列倒？型天線的夾角處，且饋線長度相等或接近相等； 所述2個倒？型天線具有窄邊及窄的接地平面，且2個倒？型天線相互垂直排列，其饋電端位于靠近直角的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述2個倒？型天線的窄邊寬度均不大于15毫米，長邊長度均不大于200毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，該美化天線工作于滿足中國標準的口冊即10頻段之一，即在920.5?924.5冊12，回波損耗小于-10(18。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，通過改變所述倒？型天線的長度參數(shù)，能夠使天線工作于滿足其他頻率標準的研I？ ^10頻段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述功分器為1111^1118011 功分器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述地平面為2個倒？型天線通過金屬連接共用的地平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述地平面邊緣呈階梯形開口形狀，以保證倒？形天線特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，通過金屬連接，位于其中一個倒？天線下方的地平面充當了其中另一個倒？形天線的延伸地平面，以保證倒？形天線特性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述美化天線安裝在應用[冊即10系統(tǒng)的辦公電腦、家用電腦或家庭電視的顯示器的邊框直角拐角處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可用于顯示器邊框的美化天線，其特征在于，所述美化天線安裝于顯示器邊框表面、內(nèi)部及背后。
【文檔編號】H01Q1/38GK104466391SQ201310424821
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】楊勇, 張海英, 楊浩, 尹軍艦 申請人:中國科學院微電子研究所