CN101060198A - 一种近场工作模式的阅读器天线的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，涉及设计一种近场工作模式的阅读器天线。近场工作模式的主要感应场是磁场，标签天线和阅读器天线是靠变压器耦合方式工作的。系统的工作距离取决于阅读器和标签天线之间的耦合以及阅读器的发射功率。在相同的发射功率下系统的通信距离取决于两个天线之间的耦合系数。对于片上天线等小面积的标天线而言，耦合系数的增大需要降低阅读器天线的面积。同时由于阅读器天线的面积越大其轴线方向的磁场强度会随着天线的直径增大而急剧降低，因此降低阅读器天线面积是增大片上天线等小面积标签天线的最优方法。然而天线面积的降低会降低阅读器的读取范围，因此本发明设计了小面积的阅读器天线阵列，高速的开关切换在保证读取距离的同时增大了阅读器的读取面积。

Description

一种近场工作模式的阅读器天线的设计方法

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种用高性能的近场工作模式的阅读器天线设计方法。

背景技术

近年来，自动识别方法在许多服务领域、在货物销售与后勤分配方面、在商业部门、在生产企业和材料流通领域得到了快速的普及和推广。

几年前，条形码——纸带在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛应用。今天，这种条形码——纸带在越来越多的情况下已经不能满足人们的需求了。条形码虽然很便宜，但它的不足之处是存储能力小及不能改写。

一种技术上最佳的解决方案是将数据存储在一块硅芯片里。在日常生活中，具有触点排的IC卡(电话IC卡、银行卡等)是电子数据载体的最普遍的结构。然而，对IC卡来说，在许多情况下，机械触点的接通是不可靠的。数据载体与一个所属的阅读器之间的数据进行非接触传输将灵活得多。根据使用的能量和数据传输方法，我们把非接触的识别系统称作射频识别系统(RFID-Radio Frequency Identification)。因此，RFID是一种利用无线电波对纪录媒体进行读写，将射频技术与IC卡技术相结合并可用于远距离、动目标、无线识别的技术。

RFID系统在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，系统的组成会有所不同，但就其工作原理来看，系统一般都由应答器、阅读器和PC机组成。应答器应放置在要识别的物体上，可以发送和接收信息，可根据收到的操作命令作读/写等处理；阅读器是采集应答器信息并对应答器发出操作命令的装置，发出的命令包括读/写，选择，取消选择等命令。

天线作为一种接收和发射电磁波的设备，是无线通信和雷达系统中的一个关键部件，它是自由空间和传输线的接口，通常称为“电子眼”或“电子耳”。天线在各种无线电技术设备中的作用基本上是相同的。任何无线电技术设备都是通过电磁波来传送信号的，它必须有能辐射或接收电磁波的装置，天线就是这种装置，因此天线的作用首先就是辐射和接收电磁波。基于这样的前提，自从无线通讯技术的产生，天线便随之诞生了。

电子标签的天线一般分为工作在阅读器天线的近场模式和远场模型两种。近场模式是靠阅读器天线的磁场来工作的，远场模式是靠阅读器天线的电场来工作的。如今存超高频的电子标签多数是工作在天线的远场模式，使其通信距离可以很远。而高频和低频往往采用近场工作模式。如图1所示，近场工作模式的标签天线一般是金属线圈11，其与标签的芯片10连接。阅读器12的天线13发射磁场，为标签提供工作必须的能量和信号14，同时接收标签返回的信息15。图2表示片上天线的电子标签，其中天线21是紧密围绕在芯片20之外的金属线圈。其面积很小，因此其接收的阅读器发射的能量也就有限。

近场工作模式的电子标签会在单品级的应用中大量应用。由于单品的应用往往不需要很远的通信距离，因此片上天线的设计和使用成为可能。这里的近场工作模式可能是针对包括ISM和超高频以及高频等不同的频段而言。近场工作模式的标签天线一般是线圈形式，而阅读器也是线圈形式，两个天线是通过磁场的相互耦合来实现相互的能量和信息的传递。由于片上的天线面积很小，其和常规的相对较大的阅读器天线之间耦合就较低。进而需要降低通信距离或者需要增大阅读器的发射功率。如果采用较小的阅读器天线通信距离会有所增加，但是其读取的范围会大大降低，在不知道电子标签放的具体位置或者在多个电子标签同时存在的时候就会出现漏读等显现。

发明内容

本发明属于天线技术领域，设计高速切换的近场工作模式阅读器天线阵列的设计方法。为了增大阅读器天线和标签天线之间的耦合降低了阅读器天线的面积。为了增大阅读器的阅读范围而设计了阵列形式的阅读器天线。收发天线是靠高速的切换完成的，每次只有一个天线工作。这样既可以实现远距离的通信也可以实现大面积的读取。为了加强阅读器天线的方向性还可以在阅读器天线周面和内部增加高磁导率的物质。

附图说明

图1近场耦合的射频识别系统框图；

图2带有片上天线的标签；

图3近场工作模式的阅读器天线阵列；

图4几种变形的近场工作模式的阅读器天线阵列。

图中标号：10是标签芯片；11标签的天线；12是阅读器；13是阅读器天线；14表示阅读器天线向标签天线传递的能量和信号；15表示标签向阅读器传递的信息；20是标签芯片；21是标签芯片的片上天线；30是单个小面积的阅读器天线；31是阅读器天线的端口；32是高磁导率的物质。

具体实施方式

下面结合附图示例进一步具体描述本本发明的天线设计方法。

图3是近场工作模式的阅读器天线阵列。通过将天线30的面积缩小，增大阅读器和标签天线之间的耦合，减少阅读器天线距离的增大其磁场的降低速率。将多个这样的小环根据实际工作需要的阅读范围并列摆放成阵列。每个天线的端口31和阅读器的选择开关连接，阅读器开关循环开放这样阅读器的读取防伪就大大增强。为了进一步增大阅读器的方向性和磁场强度，可以在阅读器天线的周围和内部铺设高磁导率的物质33。这样就解决了远距离和大读取范围的矛盾。

图3中的天线是并列摆放的形式；而图4的天线是并列和叠层摆放的结合。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1、阅读器天线为多个相邻或者部分重叠的小环构成。

2、通过快速切换装置选择每次工作的天线。

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