CN101356687A

CN101356687A - Rfid天线

Info

Publication number: CN101356687A
Application number: CNA2006800507217A
Authority: CN
Inventors: M·坦斯卡; K·科斯基尼米
Original assignee: Pulse Finland Oy
Current assignee: Pulse Finland Oy
Priority date: 2006-01-09
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2009-01-28
Also published as: FI20065008A; KR20080085073A; WO2007080214A1; US20090009415A1; FI119010B; FI20065008A0; EP1972028A1; EP1972028A4

Abstract

一种基于磁场的RFID读取器的天线(200)特别意图用于移动站。该天线的主线圈(220)被电感耦合到馈源，由此主线圈与该源电隔离。为此，除了主线圈之外，天线结构还包括辅助线圈(230)和馈电元件(240)。该辅助线圈电连接到主线圈，并且在馈电元件与辅助线圈之间有相对强的电感耦合(M)。该馈电元件被直接耦合到读取器中的AC源，在这种情况下，在辅助线圈中感应出交流电压，并且在辅助线圈和主线圈中产生交流电流。给到对象中的RFID标签的连接提供对应于该电流的磁场。与已知天线相比，该天线的可靠性提高，因为省略了容易损坏触点的机械接合。

Description

RFID天线

本发明涉及一种特别意图用于移动站的RFID天线。

RFID(射频识别)意味着这样一个系统，该系统包含被放置在对象中并且含有数据的存储单元以及包含可以从近距离以无线方式传输数据的读取器(装置)。要被传输的数据可以例如是对象的标识信息、位置信息或涉及产品的信息(诸如其价格、保质期等等)。所述存储单元并没有其自己的能源，但是读取该存储器并发送所读取的数据所需的能量是从由读取器产生的磁场获得的。这样的存储单元在此被称为“标签”，因为其具有小尺寸和专门的用途。

在大多数情况下，读取器是仅用于RFID的独立装置。该读取器也可以是某个其它装置的扩展，诸如移动站。在那种情况下，移动站的处理器和显示器被用于分析和显示从标签读取的数据。无论读取器是如何实现的，该读取器必须有其自己的布线(wiring)，用于产生通过其建立到标签的连接的场。一些RFID系统工作在微波频率，并且在那种情况下，读取器的布线起天线的作用。然而，大多数RFID系统(诸如属于在此描述的本发明的那些RFID系统)工作在13.56MHz的明显更低的频率。那么，所述读取器的布线起纯粹的线圈的作用，在这种情况下，它实际上仅仅在工作频率产生磁场。标签具有其自己的线圈，磁场的一部分能量通过该线圈被传输到标签的电子电路。虽然读取器的布线并没有辐射电磁能量，但出于一致性的考虑，在本说明书和权利要求书中，其也被称为“天线”。

在简单的情况下，RFID天线是在与读取器的电路所在的电路板相同的电路板上的平面线圈。例如如果移动电话配备有RFID读取器，则在该装置的电路板上没有天线线圈的空间，并且也有不在该板上放置该天线线圈的电学原因。该天线线圈必须被放置在其它什么地方，例如放置在装置的盖的内表面上或者放置在电池顶部。在这种情况下，在天线中也需要接触装置(contact arrangement)，用于将其连接到读取器的其它部分。图1示出了这种公知的RFID天线的实例。天线100包含用于产生磁场的线圈120、线圈的触点151、152以及接触弹簧161、162。该线圈在小天线电路板110的表面上具有4个大致矩形的导线匝。线圈导线的末端彼此相对靠近并且电连接电路板110上的触点151、152。导线垫覆盖有某些触头材料(contact material)(诸如金)。在该实例中，接触弹簧是所谓的弹簧针(pogo pin)，也就是两部分式伸缩套管(telescope pipe)，所述两部分式伸缩套管在每端具有接触面并且在内部具有螺旋弹簧。弹簧针的一端通过弹簧弹力挤压天线电路板上的触点，而另一端例如挤压装置的主电路板上的触点。在完整的装置中，这些针由绝缘材料支撑，该绝缘材料在图1中看不见。接触弹簧也可以是相对刚硬的条形导体，其中弹簧弹力是由弯曲的条的张力产生的。天线电路板110例如通过胶粘被固定到装置的表面。

作为替换方案，该线圈导线及其触点可以通过例如IMD(模内转印(InMould Decoration))技术被直接加工到某个表面上。

当线圈120被供给交流电时，由此产生的磁场激励距离足够近的RFID标签。该标签的电子电路引起磁场的变化，并且该变化包含了标签中的数据。场的变化被感知为读取器中的电流强度的变化。这样，标签的数据是可读取的。

在上述情况下，RFID天线通常位于装置的可分离部分中，诸如位于移动电话的后盖中。例如当更换电池或SIM卡时必须打开该盖。当该盖的部分时常被分离和被替换时，这必然伴有触点最终可能损坏的缺陷。即使在适当的位置，该盖可能轻微地移动，这也足以损坏该触点。此外，在天线触点在终端产品中保持可见的应用中，需要使这些触点成形(shape)，以便获得视觉上的满足，这也是缺陷。

本发明的目的是减少现有技术的所述缺陷。依照本发明的RFID天线的特征在于在独立权利要求1中所阐述的内容。本发明的某些优选实施例在其它权利要求中被阐述。

本发明的基本思想如下：基于磁场的RFID读取器的主线圈被电感耦合到馈源，主线圈然后与该源电隔离。为此，除了主线圈之外，该天线结构还包括辅助线圈和馈电元件。该辅助线圈电连接到主线圈，并且在馈电元件与辅助线圈之间有相对强的电感耦合。馈电元件被直接耦合到读取器中的交流电源，在这种情况下，在辅助线圈中感应出交流电压，并且在辅助线圈中和在主线圈中产生交流电流。给到对象中的RFID标签的连接提供对应于该电流的磁场。

本发明的优点是：与已知的天线相比，RFID天线的可靠性提高，因为省略了容易损坏的机械接合。这样的接合要么根本就不需要，要么这些接合在从不需要移动的部件之间。此外，本发明的优点还在于该天线结构不具有特别为了外观而必须成形的这种触点。

下文中将对本发明进行详细说明。将参考如下附图，其中

图1示出了已知的RFID天线的实例，

图2作为原理图示出了依照本发明的RFID天线的原理，

图3示出了如从布线侧所看到的、依照图2的天线的部件，

图4从侧面示出了依照图3的天线的实例，

图5从侧面示出了依照本发明的RFID天线的另一实例，

图6示出了将依照本发明的天线定位在便携式装置中的实例，

图7从侧面示出了依照本发明的RFID天线的第三实例，并且

图8从侧面示出了依照本发明的RFID天线的第四实例。

已经结合对现有技术的说明对图1进行了解释。

作为简化的原理图，在图2中有依照本发明的RDID天线的实例。为了产生连接所需的磁场，天线200具有平面线圈220，该平面线圈220在这里被称为主线圈。在该实例中，主线圈具有矩形的轮廓，并且其导线的末端(也就是主线圈的终端)在矩形的一端彼此相对靠近。此外，该天线包括辅助线圈230和馈电元件240。该辅助线圈与主线圈在其上述端附近位于同一平面。辅助线圈的终端被设置在主线圈的终端处并且电耦合到主线圈的这些终端。馈电元件240也是平面线圈。如在由主线圈和辅助线圈所表示的平面的法线方向上所看到的那样，该馈电元件位于辅助线圈处，在图2中位于辅助线圈的下面。该馈电元件的终端形成了端口，该端口是整个天线的输入端IN。这被连接到给RFID读取器中的天线馈电的源。馈电元件和辅助线圈之间的距离很小，以致互感M以及因此其间的耦合系数相当地高。这意味着：由馈电元件中流过的交流电所引起的磁通量大部分流过了由辅助线圈230限制的表面，在这种情况下，由变化的磁场引起的电场表现为在辅助线圈中所感应的交流电压。该交流电压再次在辅助线圈中并且在作为其“负载”的主线圈220中产生交流电流。通过对应于该交流电流的磁场，构成到RFID标签的连接并且读取其数据内容。考虑到数据传输，天线输入端IN是朝向读取器的输入端口。

图3示出了如从布线侧看来的、依照图2的天线的重要部件。主线圈220和辅助线圈230是相同天线电路板210的表面上的导线分布图。馈电元件240是与辅助线圈相同大小和形状的线圈，为了清楚起见将该馈电元件240与其它部件分开绘出。天线输入端IN也在该图中可见，馈电元件的导线的末端被连接到该天线输入端IN。

图4是如从侧面看到的依照图3的天线的实例。在该图中看到装置的主电路板PCB的部分，RFID读取器位于其中。天线电路板210在主电路板之上，其中主线圈220和辅助线圈230在电路板PCB的一侧上的表面上。在辅助线圈230的下面，馈电元件240在电路板PCB的上表面上。在馈电元件和辅助线圈之间有一定的互感M。天线的输入端被直接连接到位于电路板PCB上的RFID读取器的交流电源SRC。天线装置中的所有的电耦合都是固定的，也就是根本没有触点。

在图5中示出了如从侧面看来的依照本发明的RFID天线的另一实例。与图4类似，图5示出了该装置的电路板PCB和天线电路板510。天线电路板紧靠该装置的外罩COV的内表面。与图4相比的差别在于：馈电元件540现在在该装置的内套CAS的表面上，该套在外罩与电路板PCB之间。馈电元件通过触点被连接到电路板PCB上的源，在本实例中，这些触点是弹簧针。在该图中只能看到两个弹簧针中的一个561。内套CAS不可移动地被固定到电路板PCB，并且因此在该装置的使用期限期间，在触点的接合处没有明显的移动发生。

馈电元件和辅助线圈之间的距离h例如是2mm。然而，该距离至少可以在0.5-5mm的范围内变化。主线圈的外部尺寸例如是3×5cm²，而辅助线圈和馈电元件的外部尺寸例如是3×1.5cm²。这个数量级的尺寸适合于工作在13.56MHz的频率下的天线。

图6示出了将依照本发明的天线定位在移动装置中的实例。在该图中看到装置的外罩COV的一半，例如移动电话的后盖。像在图3所示的那样，具有其线圈的天线电路板610被固定到该罩的内表面上。该电路板例如是柔性电路板，在这种情况下，这与该罩的可能为拱形的形状相符。线圈导线也可以例如通过IMD技术被直接加工到该罩的内表面上。

图7示出了如从侧面看来的依照本发明的RFID天线的第三实例。图7示出紧靠装置的外罩COV的内表面的天线电路板710，像在图5中所示的那样。图4以及图5中所示的结构之间的差别是：该天线现在还包含铁氧体板770。这个铁氧体板770位于天线的主线圈720与装置的电池BT之间，该电池被包含在本实例的图中。该铁氧体板将主线圈在磁性上与电池隔离，并且加强了指向外部的场。即使在天线处没有电池，铁氧体板也可以被用于使磁场成形。

图8示出了如从侧面看来的依照本发明的RFID天线的第四实例。在该图中看到装置的外罩COV的部分、天线的主线圈820、辅助线圈830以及馈电元件840。主线圈紧靠该罩的长边，类似于之前的实例。差别在于：辅助线圈830没有与主线圈在相同平面中，而是在近似垂直的平面中，紧靠该罩的末端部分。在本实例中，馈电元件840的平面自然也平行于辅助线圈的平面。利用图8的结构，主线圈和辅助线圈的磁场没有以与当这些线圈在相同平面中时一样的方式被相加。整个场的形状自然也是不同的，从而具有两个“束”。

在本说明书和权利要求书中，限定词“上”和“下”指的是装置在以如下方式水平放置时的位置：其RFID天线的主线圈被结合到外罩的最上部。当然，使用装置的位置可以是任何地方。

上面已经说明了依照本发明的RFID天线的某些结构。天线部件的形状和位置可以不同于所呈现的形状和位置。在图2和图3的实例中，每个线圈的匝数是4。当然，匝数可以是不同的，并且不同的线圈不需要具有相同的匝数。在这些实例中，线圈也是对称的，使得这些线圈导线从其末端到中点的一半是彼此的镜像。这样的对称不是必需的，并且线圈例如可以像螺旋形那样被成形。对称的线圈可以在中间有抽头，以不同地从末端来给线圈馈电。本发明的思想可以以不同的方式被用于由独立权利要求1所限定的范围之内。

Claims

1.一种要被放置在装置之内的RFID读取器的天线(200)，该天线包括形成磁场的主线圈(220)以及将主线圈连接到该读取器的交流电源的耦合装置，其特征在于，该耦合装置包括辅助线圈(230；530；830)和馈电元件(240；540；840)，辅助线圈被电耦合到主线圈(220；520；820)，并且馈电元件被设置来被直接耦合到所述源(SRC)，以及在辅助线圈与馈电元件之间只有电感耦合(M)，以将主元件与所述源电隔离。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，主线圈和辅助线圈是同一个天线电路板(210；510；610；710)的表面上的导线分布图。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，天线电路板(210；510；610；710)被固定到所述装置的外罩(COV)的内表面。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，馈电元件(240)位于所述装置在辅助线圈(230)的下面的主电路板(PCB)上。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，馈电元件(540)位于所述装置在辅助线圈(530)的下面的内套(CAS)的表面上，并且馈电元件(540)通过触点(561)被连接到所述装置的主电路板。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，在主线圈(720)的下面有铁氧体板(770)，以使天线的磁场成形。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，主线圈和辅助线圈是所述装置的外罩(COV)的内表面上的导线分布图。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，辅助线圈(830)和馈电元件(840)的平面基本上垂直于主线圈(820)的平面。