CN101989676A - 用于无线射频识别系统的天线及其配置方法和无线射频识别读写器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于RFID系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少两个环路部分和至少一个连接部分；所述至少两个环路部分沿一个环路布置并且在空间上不连续；每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述环路的方式布置；当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。通过所述天线可以在UHF RFID系统中实现足够大的天线尺寸，满足近场UHF RFID读写器的读取距离要求。此外，本发明还提供了所述天线的一个替代解决方案、变型及其配置方法，以及具有根据本发明的天线的RFID读写器。

Description

用于无线射频识别系统的天线及其配置方法和无线射频识别读写器
技术领域
本发明涉及无线射频识别(RFID)技术，具体而言涉及一种用于RFID系统的天线及其配置方法和具有该天线的RFID读写器。
背景技术
近年来，超高频(UHF)RFID技术受到了越来越多的关注。由于每秒能识别数百个单独的物体，UHF RFID在物流相关的应用领域创造了大量的机遇。但是，传统的远场UHF RFID通信系统经常会受到多径传播的影响，即发射的无线电信号通过多条传播路径到达接收机。周围环境中的反射、折射可导致无线电信号的多条不同的传播路径，带来不同的路径延时、相位偏移和信号衰减。根据具体所使用的信号频率，各多径信号分量在接收机处可产生加强性的或抵消性的叠加。图1所示为一个面积为5×5m2、安装有三个金属反射物的房间内的RFID信号强度的分布情况。如果房间墙壁采用混凝土材料制成，也会部分地反射读写器发出的射频信号。由于多径分量交替的加强性和抵消性的叠加，信号强度呈现出波纹状。图中以白色圆圈/椭圆画出了希望覆盖的读取区域，从中可以看出某些点的信号强度明显偏低(颜色较浅处)。
因多径传播导致的场强不均匀性会大大地降低UHF RFID系统的读取可靠性，从而限制了远场UHF RFID技术在许多高可靠性要求的应用领域内的使用。尤其在制造业领域，由于金属反射物较多，远场UHF RFID技术的信号场强完全无法控制。但是，制造业内通常需要准确地判断标签是否在读取区域。RFID系统在制造业内使用时必须要回答下列问题：标签何时进入读取区域？标签何时位于读写器天线的正前方？标签何时离开读取区域？一旦RFID系统无法控制读取区域，将可能发生灾难性后果。例如，如图2所示，因多径效应导致交叉读取，操作平台将以错误的指令(保存在标签2中)处理贴有标签1的工件。
由于可靠性较低，远场UHF RFID系统在制造业领域的使用遇到了很大阻力。与UHF RFID系统相反，由于采用了近场磁耦合通信技术，高频(HF)RFID系统能够获得可控的读取场强，因此该技术在制造业获得了广泛的应用。但是，随着工业的快速发展，越来越多的制造业需要读、写速度快、低价格的RFID产品，而这正是目前HF RFID系统的劣势，但却是UHF RFID系统的优势。如果UHF RFID系统能够获得与HF RFID系统相似的可控的读取区域，它将成为HF RFID系统的非常有竞争力的替代系统。
现在，随着硅技术和天线技术的发展，近场UHF RFID技术已成为提高UHF RFID系统可靠性的有效解决方案。近场UHF RFID技术的基本原理也是采用近场磁耦合技术作为UHF RFID读写器和标签之间的通信方式。近场UHF RFID背后最为重要的技术是天线技术，与传统的远场UHF RFID技术相比，需要改动的只有读写器天线和标签天线，读写器或标签本身不需要进行任何改动。因而近场技术更易为多数读写器和标签厂商接受。
要想成功地用于制造业，近场UHF RFID读写器天线必须满足下列要求：尺寸与HF RFID读写器天线相近以获得有效的读取距离，磁场场强均匀以保证可靠的读取，远场场强增益小以避免与远端标签发生交叉读取，带宽范围大以克服附近金属物件带来的天线失谐效应。
近场UHF RFID天线的设计要求远不同于传统的远场天线设计。因此，由于设计目标不同，原先的设计方法已不适合近场UHF RFID天线。同时，由于UHF频段的频率很高，与HF近场天线设计相比，UHF近场天线的设计也产生了新的挑战。例如，由于信号波长较短，无法象HF近场天线那样以一个简单的导体环路来获得所需的读取距离和均匀的磁场强度分布。
针对近场UHF RFID天线设计中的挑战，US 2008/0048867 A1中公开了一种基于不连续环路的RFID读写器天线。这种天线包括多个互相不接触的导体分段，这些导体分段沿一个环路布置并以间隙相互分隔。当这些导体分段的始末两个分段中馈入一个激励信号时，每两个相继的导体分段通过其间的间隙进行耦合，使得所述激励信号能够沿每个导体分段依次传递，从而在每个导体分段中建立一个激励电流，该激励电流进而产生一个磁场。导体分段间的间隙的作用与电容的作用相似。通过调整间隙的宽度和间隙两侧重叠部分的导体长度来改变间隙上的相位偏移量，使得在各导体分段上形成同相的电流分布，从而获得一个均匀的磁场。根据US 2008/0048867 A1所公开的天线的几种变型如图3至图5所示。
Daniel Dobkin等人的著作“The RF in RFID，Passive UHF RFID inPractice”，Elsevier Publication，2007中提出了一种基于电容补偿的近场UHF天线设计方法。其设计原理如图6所示。在该方法中，天线的导体环路被电容器分为多个导体分段，通过设计电容器的电容值来改变电容器上的相位偏移量，使得在各导体环路分段上形成同相的电流分布，从而获得一个均匀的磁场。
上述这些天线方案都是以实现具有同相电流分布的导体环路为目的。但是，这些方案中用于调整相位偏移量的参数是固定的，例如基于不连续环路的天线方案中的间隙宽度和重叠部分的导体长度以及基于电容补偿的天线方案中的电容值。而由这些参数所决定的相位偏移量受信号频率的影响很大，在一个较大的信号带宽范围内，上述固定不变的参数很难保证一个恒定的相位偏移量，因此上述方案很难保证在整个信号带宽上均实现同相的电流分布。同时，基于不连续环路的天线方案对间隙的宽度和重叠部分的导体长度非常敏感，从而给天线的大批量生产造成一定的困难。
发明内容
针对现有技术中的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于RFID系统的天线及其配置方法和具有该天线的RFID读写器。通过所述天线及其配置方法，可以在UHF RFID系统中实现足够大的天线尺寸，满足近场UHFRFID读写器的读取距离要求。
本发明的上述目的通过以下的技术方案实现：一种用于RFID系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少两个环路部分和至少一个连接部分；所述至少两个环路部分沿一个环路布置并且在空间上不连续；每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述环路的方式布置；当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
根据本发明的天线的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
在配置和实施根据本发明的天线时，根据UHF RFID系统的需求，通过使导体线路中包括相应数量的环路部分和连接部分，可以在UHF RFID系统中实现足够大的天线尺寸，从而满足近场UHF RFID读写器的读取距离要求。在优选的实施方式中，可以使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，或者使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同，从而使激励电流在各环路部分上的方向相同。更为有利的，连接部分可以巧妙地以多种方式进行折叠，从而在环路部分的尺寸不变的情况下，使连接部分的尺寸变小，由此可以在读取距离不变的情况下，减小天线的整体尺寸。并且，通过将连接部分折叠，还可以在连接部分中形成多对基本上平行地布置的分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使得连接部分中的电流对环路部分中的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
根据本发明的天线的一种变型如下：一种用于RFID系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少四个环路部分和至少三个连接部分；所述至少四个环路部分沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两个环路部分；每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述两个环路的方式布置；当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
在所述变型中，由于布置在两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场的极性相反，这两个极性相反的磁场将会形成一个新的磁场，这个新的磁场与两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场正交。由此，利用两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场，能够对平行于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取，而利用所述新的磁场，能够对垂直于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取。
根据本发明的天线的所述变型的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
基于通过空间上不连续的导体环路来产生一个磁场这种技术构思，根据本发明的天线的一个替代解决方案如下：一种用于RFID系统的天线，包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少两段导体和至少一个移相器件；所述至少两段导体沿一个环路布置并且在空间上不连续；每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
通过所述移相器件能够实现任意的相位偏移量
Figure B2009101640733D0000051
，并且，由于第一电阻元件和第二电阻元件的热损耗作用，还可以消除所述辐射单元的辐射，从而降低天线的远场增益。
根据所述替代解决方案的天线的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
与根据本发明的天线的所述变型类似，所述替代解决方案的一种变型包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少四段导体和至少三个移相器件；所述至少四段导体沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两段导体；每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
所述替代解决方案的变型的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
当根据本发明的天线或根据本发明的天线的替代解决方案用于RFID读写器时，利用所述至少两个环路部分或所述至少两段导体中的电流能够产生一个足够大的可控的磁场，利用该磁场可以获得一个有效的读取距离，从而满足近场UHF RFID读写器的读取需求。更为有利的，当根据本发明的天线的所述变型或所述替代解决方案的变型用于RFID读写器时，RFID标签无论是平行于所述两个环路所在的平面移动，还是垂直于所述两个环路所在的平面移动，RFID读写器均能够对RFID标签进行读取，从而能够更好的满足多种应用领域的不同需求。
附图说明
以下将通过具体实施例并结合附图对本发明的目的、特征和优点加以详细说明，这些具体实施例是说明性的，不具有限制性。其中，
图1为一个远场UHF RFID天线的场强分布示意图；
图2为UHF RIFD系统中因多径效应而导致交叉读取问题的示意图；
图3至图5为现有技术中基于不连续环路的RFID天线示意图；
图6为现有技术中基于电容补偿的UHF RFID天线原理图；
图7为导体线路开路时的电流驻波波形的示意图；
图8为根据本发明的天线的一种实施方式；
图9为图8所示实施方式中的电流驻波波形示意图；
图10为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图11为图10所示实施方式中的电流驻波波形示意图；
图12为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图13为图12所示实施方式的一种变型；
图14为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图15为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图16为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图17为根据本发明的天线的另一种实施方式；
图18为根据本发明的天线的一个变型的实施例；
图19为根据本发明天线的替代解决方案中的移相器件的电路原理图。
具体实施方式
根据本发明的天线的设计原理源于驻波理论。
根据驻波理论，如果导体线路终点为开路、短路或者接纯电抗负载时，入射电波会被全部反射，反射波与入射波叠加，从而在导体线路上形成驻波。当导体线路终点开路时，入射波电流与反射波电流在导体线路终点处幅度相同而相位相反，导体线路终点为一个电流波节点，自该波节点起，沿导体线路每经过二分之一波长的长度处为一个电流波节点，自每个电流波节点起，沿导体线路经过四分之一波长的长度处为一个电流波腹点。每两个电流波节点间的电流相位始终相同，即在任何一个时间点均同为正相位或负相位，每个电流波节点两侧的电流相位始终相反，即在任何一个时间点，一侧为正相位而另一侧为负相位或一侧为负相位而另一侧为正相位。该电流驻波波形在一个时间点的示意图如图7所示，图中横轴l表示自导体线路终点起的导体线路长度，纵轴i表示电流驻波振幅，λ表示波长。当导体线路终点短路时，入射波电流与反射波电流在导体线路终点处幅度相同且相位相同，导体线路终点为一个电流波腹点，自该波腹点起，沿导体线路每经过二分之一波长的长度处为一个电流波腹点，自每个电流波腹点起，沿导体线路经过四分之一波长的长度处为一个电流波节点，每两个电流波节点间的电流相位始终相同，每个电流波节点两侧的电流相位始终相反。将图7所示的电流驻波波形沿横轴向左平移四分之一波长，即为导体线路终点短路时的电流驻波波形。将导体线路终点开路或短路时的电流驻波波形沿横轴向左平移小于四分之一波长，即为导体线路终点接纯电抗负载时的电流驻波波形。
当RFID系统工作在UHF频段，例如800/900MHz或者更高的频段时，为了实现一个尺寸足够大的天线以获得有效的读取距离，例如天线导体环路的直径为10cm的天线，导体环路的周长与射频信号的波长可比拟甚至更长。这意味着导体环路不同分段中的电流的相位可能相反，从而使导体环路不同分段中的电流所产生的磁场相互抵消，这样就无法获得均匀的磁场强度分布。
为此，根据本发明的天线的设计原理为：当导体线路的长度与信号的波长可比拟或更长时，基于该导体线路上所形成的电流驻波的上述特性，只将该导体线路的某些部分沿一个环路布置，这些环路部分形成一个在空间上并不连续的导体环路，这些环路部分中的电流所产生的磁场叠加后能够相互加强，从而合成一个场强分布均匀的磁场。该导体线路的其余部分用于调节环路部分中的电流的相位，该其余部分离开所述环路布置，即不沿所述环路布置，从而使得该部分中的电流不对环路部分中的电流所产生的磁场产生实质性影响。
基于上述设计原理，根据本发明的天线包括一个导体线路，该导体线路包括至少两个环路部分和至少一个连接部分；其中，所述至少两个环路部分沿一个环路布置并且在空间上不连续；每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述环路的方式布置；当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
根据本发明的天线的一种实施方式如图8所示。该天线包括一个导体线路8，导体线路8具有两个环路部分80和82以及一个连接部分81。环路部分80和82沿一个椭圆形环路布置，形成一个在空间上不连续的椭圆形导体环路。环路部分80和82之间为连接部分81，其布置在椭圆形环路的内部，将环路部分80的末端和环路部分82的始端相连。一个激励信号可由环路部分80的始端馈入，从而在环路部分80、82以及连接部分81中产生一个激励电流。导体线路8的终点即环路部分82的末端开路，因此激励电流在导体线路8中形成电流驻波，其在一个时间点的波形示意图如图9所示。图9中横轴l表示自导体线路8终点起的导体线路长度，纵轴i表示激励电流驻波振幅，λ表示激励信号的波长。
由图9所示，导体线路8的长度为一个波长，其起始和终止的两个部分为环路部分80和82，环路部分80和82的长度基本相等且均小于半个波长，环路部分80和82之间为连接部分81。环路部分82的末端为电流驻波的一个波节点，自该波节点起，沿导体线路8每经过二分之一波长的长度处为一个电流波节点，因此，连接部分81中存在一个电流波节点，环路部分80的始端为一个电流波节点。由此可知，激励电流在连接部分81中反相，环路部分80和82中的电流的相位始终相反，当其中一个环路部分中的电流相位为正时，另一个环路的电流相位为负。
尽管环路部分80和82中的电流的相位相反，但由图8所示，由于环路部分80的始端到末端的方向为顺时针，而环路部分82的始端到末端的方向为逆时针，这样便使得环路部分80和82中的电流的方向始终相同，也即在任何一个时间点，环路部分80和82中的电流均同为顺时针方向或是同为逆时针方向。由此，环路部分80和82中的电流实质上形成了一个环形的电流，该环形的电流进而可以产生一个均匀的磁场。
连接部分81中存在一个电流波节点，连接部分81在该波节点两侧的长度基本相等，而电流的相位相反，因此，连接部分81在该波节点两侧的电流所产生的磁场能够相互抵消，从而使得连接部分81中的电流不对环路部分80和82中的电流所产生的磁场产生实质性影响。
根据本发明的天线的另一种实施方式如图10所示。该天线包括一个导体线路10，导体线路10具有两个环路部分100和102以及一个连接部分101。环路部分100和102沿一个圆形环路布置，形成一个在空间上不连续的圆形导体环路。环路部分100的末端和环路部分102的始端通过连接部分101相连，连接部分101以折叠方式布置在环路部分100和102之间。一个激励信号可由环路部分100的始端馈入，从而在环路部分100、102以及连接部分101中产生一个激励电流。导体线路10的终点即环路部分102的末端开路，因此激励电流在导体线路10中形成电流驻波，其在一个时间点的波形示意图如图11所示。图11中横轴l表示自导体线路10终点起的导体线路长度，纵轴i表示激励电流驻波振幅，λ表示激励信号的波长。
由图11所示，导体线路10的长度为二分之三个波长，其起始和终止的两个部分为环路部分100和102，环路部分100和102的长度基本相等且均小于半个波长，环路部分100和102之间为连接部分101。环路部分102的末端为电流驻波的一个波节点，自该波节点起，沿导体线路10每经过二分之一波长的长度处为一个电流波节点，因此，连接部分101中存在两个电流波节点，环路部分100的始端为一个电流波节点。由此可知，激励电流在连接部分101中反相两次，环路部分100和102中的电流的相位相同。由此，环路部分100和102中的电流实质上形成了一个环形的电流，该环形的电流进而可以产生一个均匀的磁场。
连接部分101的长度大于半个波长，其以折叠方式布置在环路部分100和102之间，这样一方面可以减小布置连接部分101所需要的空间，另一方面可以在连接部分101中形成多对基本上平行地布置的分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，因此所产生的磁场始终相互抵消，从而使得连接部分101中的电流对环路部分100和102中的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
在下面进一步提供的根据本发明的天线的不同实施方式中将会看到，连接部分可以巧妙地以多种方式进行折叠，从而在环路部分的尺寸不变的情况下，使连接部分的尺寸变小，由此可以在读取距离不变的情况下，减小天线的整体尺寸。并且，通过将连接部分折叠，还可以在连接部分中形成多对基本上平行地布置的分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使得连接部分中的电流对环路部分中的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
应该注意的是，将连接部分折叠对于实施根据本发明的天线而言并不是必须的。在后续提供的根据本发明的天线的另一些实施方式中可以看到，连接部分也可以采用其它方式来离开环路部分进行布置，从而使得连接部分中的电流对环路部分中的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
根据具体应用领域的不同需求，为了获得足够大的读取距离，可以增大导体线路的长度，使得导体线路中包括多个环路部分以及两个以上的连接部分，这些环路部分沿一个环路布置并且在空间上不连续。每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述环路的方式布置。当导体线路中馈入一个激励信号时，所述多个环路部分和所述两个以上的连接部分中产生一个激励电流，所述多个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
基于图9或图11中所示的激励电流驻波波形的分析方法，优选的，可以使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，从而使激励电流在所述多个环路部分上的方向相同。或者优选的，可以使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同，从而使激励电流在所述多个环路部分上的方向相同。所述多个环路部分中的电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而可以产生一个均匀的磁场。
当激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反时，激励电流可以在每个连接部分上具有一个反相点，也即电流驻波的波节点。该波节点可以为每个连接部分的一个端点，或是位于每个连接部分的两个端点之间，也可以在某些连接部分上位于每个连接部分的两个端点之间，而在其余连接部分上为每个连接部分的一个端点。
图12中示出了根据本发明的天线的另一种实施方式。在该实施方式中，根据本发明的天线包括一个导体线路12，导体线路12具有四个环路部分120、122、120′和122′以及两个连接部分121和121′。这四个环路部分和两个连接部分由两段导体构造而成，其中一段导体形成环路部分120和122以及连接部分121，另一段导体形成环路部分120′和122′以及连接部分121′，两段导体上的环路部分和连接部分成轴对称。环路部分120、122、120′和122′沿一个四边形环路布置，形成一个空间上不连续的四边形导体环路，每个环路部分中具有两个环路分段。环路部分120的末端和环路部分122的始端由连接部分121相连，环路部分120′的末端和环路部分122′的始端由连接部分121′相连，每个连接部分均经过折叠形成两个分段。激励信号由环路部分120的始端和环路部分120′的始端馈入，环路部分122的末端和环路部分122′的末端开路。
在根据本发明的天线中，每两个相继的环路部分指在电路连接关系上紧邻的一个上游环路部分和一个下游环路部分。在图12所示的实施方式中，由于环路部分122的末端和环路部分122′的末端开路，因而环路部分122与122′不具有电路连接关系，由此环路部分122与122′之间不存在连接部分。
当环路部分120的始端和环路部分120′的始端馈入所述激励信号时，所产生的激励电流在两段导体上均形成驻波。在本实施方式中，两个电流驻波分别在环路部分122的末端和环路部分122′的末端具有一个波节点，此外，两个电流驻波分别在连接部分121的始端(即连接部分121与环路部分120的末端的连接点)和连接部分121′的始端(即连接部分121′与环路部分120′的末端的连接点)还具有一个波节点。由此，在一个时间点，激励电流在环路部分120、122、120′和122′以及连接部分121和121′上的流向如图12中的箭头所指方向。
由图12中所示的电流流向可见，虽然激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，但由于每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，因而激励电流在环路部分120、122、120′和122′上的方向相同。由此，环路部分120、122、120′和122′中的激励电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而可以产生一个均匀的磁场。
连接部分121和121′均经过折叠分别形成了两个分段。由图12所示可见，折叠后的连接部分121和121′中存在一对基本上平行地布置的分段，该对平行地布置的分段中的电流的方向相反，其所产生的磁场将相互抵消，因此，该对平行地布置的分段中的电流对所述环形的电流所产生的磁场不产生实质性影响。连接部分121和121′的其余两个分段中的电流的方向相同，其将对所述环形的电流所产生的磁场产生一定的影响。在下面的一个实施例中将给出基于图12所示实施方式的一种变型，可以消除所述两个分段中的电流所产生的影响。
图13中示出了根据本发明的天线的另一种实施方式，该实施方式为图12中所示实施方式的变型。图13所示天线的导体线路13也包括四个环路部分130、132、130′和132′以及两个连接部分131和131′，这四个环路部分和两个连接部分由两段导体构造而成。与图12中所示实施方式不同的是，图13所示实施方式中的每段导体上还形成一个线路尾部1321/1321′，每个线路尾部的始端分别与每段导体上最后一个环路部分的末端相连，每个线路尾部的末端从而分别形成每段导体的新的终点。为了不对环路部分中的电流所产生的磁场产生影响，每个线路尾部同样也以离开所述环路的方式布置。优选地，在本实施方式中，每个线路尾部分别与每个折叠后的连接部分的一个分段形成一对基本上平行地布置的分段。由此，如图13所示，线路尾部1321和1321′与连接部分131和131′形成了三对基本上平行地布置的分段。
由于线路尾部1321和1321′的末端分别形成了两段导体的新的终点，因而每段导体上的电流驻波的特性将发生改变。线路尾部1321和1321′的末端分别为一个电流波节点，而每个电流驻波的另一个波节点由每个连接部分的始端移动到了每个连接部分的两个端点之间。由此，由图13中的箭头所指方向可见，激励电流在环路部分130、132、130′和132′上的方向相同，因而环路部分130、132、130′和132′中的激励电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而产生一个均匀的磁场。而在线路尾部1321和1321′与连接部分131和131′所形成的三对基本上平行地布置的分段上，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，其所产生的磁场将相互抵消，从而消除了连接部分131和131′的各分段中的电流对所述环形的电流所产生的磁场的影响。
通过在导体线路13中构造线路尾部1321和1321′还可以获得另一个优点：由于通过线路尾部1321和1321′调节了电流驻波的波节点在连接部分131和131′上的位置，使得波节点由每个连接部分的始端移动到了每个连接部分的两个端点之间，这样，每个环路部分中的激励电流将始终处于电流驻波波腹上，由此可以使得每个环路部分中的激励电流始终较强，从而使得环路部分130、132、130′和132′中的激励电流所产生的磁场的强度较强。
图14中示出了根据本发明的天线的另一种实施方式。在该实施方式中，根据本发明的天线包括一个导体线路14，导体线路14包括四个环路部分140、142、144和146以及三个连接部分141、143和145，这四个环路部分和三个连接部分由一段导体构造而成，该段导体的终点开路。环路部分140、142、144和146沿一个圆形环路布置，形成一个空间上不连续的圆形导体环路。每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，三个连接部分141、143和145布置在所述圆形环路的内部。
由图14所示，在环路部分140、142、144和146中，每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，同时，每两个相继的环路部分布置在所述圆形环路的相对的两侧。连接部分141和145在所述圆形环路的内部进行了折叠，每个折叠后的连接部分形成两个分段，这两个分段中的一个分段与连接部分143基本上平行地布置。由此，环路部分140、142、144和146以及连接部分141、143和145形成了一种中心对称的布置。
在本实施方式中，导体线路14中还包括一个线路头部1401，该线路头部的始端与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连，该线路头部的末端与导体线路14中电路连接关系上的第一个环路部分140的始端相连。此外，与图13中所示的实施方式相似，导体线路14中还包括一个线路尾部1461，该线路尾部的始端与导体线路14中电路连接关系上的最后一个环路部分146的末端相连，该线路尾部的末端形成导体线路14的终点。线路尾部1461与线路头部1401均以离开所述环路的方式布置。优选地，在本实施方式中，线路尾部1461与线路头部1401分别与每个折叠后的连接部分的一个分段形成一对基本上平行地布置的分段。由此，如图14所示，线路尾部1461、线路头部1401与连接部分141、143和145形成了四对基本上平行地布置的分段。
当由与线路头部1401的始端相连的信号馈入点向导体线路14馈入所述激励信号时，所产生的激励电流在导体线路14上形成驻波。电流驻波在线路尾部1461的末端具有一个波节点，此外，电流驻波分别还在连接部分141、143和145的两个端点之间具有一个波节点。由此，在一个时间点，激励电流在导体线路14上的流向如图14中的箭头所指方向。
激励电流在环路部分140、142、144和146上的方向相同，因而环路部分140、142、144和146中的激励电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而产生一个均匀的磁场。而在线路尾部1461、线路头部1401与连接部分141、143和145所形成的四对基本上平行地布置的分段上，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，其所产生的磁场将相互抵消，因此，这些平行地布置的分段中的电流对所述环形的电流所产生的磁场将不产生实质性影响。
在图14所示的实施方式中，由于导体线路14中的连接部分的数量为奇数，使得这些连接部分经折叠后所形成的分段不能完全成对地平行设置。在这种情况下，可以通过在导体线路中电路连接关系上的第一个环路部分的始端连接线路头部、在导体线路中电路连接关系上的最后一个环路部分的末端端连接线路尾部，以此来使每个折叠后的连接部分的每个分段均有一个基本上平行地设置的配对分段，每对基本上平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使这些对分段中的电流不对环形部分中的电流所产生的磁场产生实质性影响。同时，通过线路头部和线路尾部可以调整每个环路部分中的激励电流的驻波振幅，使其基本上处于电流驻波的波腹上，由此可以使得每个环路部分中的激励电流较强，从而使得环路部分中的激励电流所产生的磁场的强度较强。
图15中示出了根据本发明的天线的另一种实施方式。在该实施方式中，根据本发明的天线包括一个导体线路15，导体线路15具有五个环路部分150、152、154、156和158以及四个连接部分151、153、155和157，这五个环路部分和四个连接部分由一段导体构造而成。所述导体的两个端点分别与一个信号馈入点相连以用于馈入一个激励信号，即该段导体形成一个短路的导体线路。环路部分150、152、154、156和158沿一个圆形环路布置，形成一个空间上不连续的圆形导体环路，环路部分150的始端和环路部分158的末端形成所述导体的两个端点。每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，并且，在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反。四个连接部分151、153、155和157布置在所述圆形环路的内部，每个连接部分经折叠形成了两个分段，使得每个折叠后的连接部分的每个分段均有一个基本上平行地设置的配对分段。
当由与环路部分150的始端和环路部分158的末端相连的信号馈入点向导体线路15馈入所述激励信号时，所产生的激励电流在导体线路15上形成驻波。电流驻波在每个连接部分的两个端点之间具有一个波节点，在每个环路部分的两个端点之间具有一个波腹点。由此，在一个时间点，激励电流在导体线路15上的流向如图15中的箭头所指方向。
激励电流在环路部分150、152、154、156和158上的方向相同，因而环路部分150、152、154、156和158中的激励电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而产生一个均匀的磁场。而在连接部分151、153、155和157所形成的每对基本上平行地布置的分段上，激励电流的方向相反，其所产生的磁场将相互抵消，因此，这四对平行地布置的分段中的电流对所述环形的电流所产生的磁场将不产生实质性影响。
在图15所示的实施方式中，导体线路15中的连接部分的数量为偶数。在这种情况下，对每个连接部分进行折叠，可以使得折叠后的连接部分两两之间在每个分段上均基本上平行地布置，每对基本上平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使得连接部分中的电流不对环形部分中的电流所产生的磁场产生实质性影响。
在以上描述的根据本发明的天线的多种优选实施方式中，激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，而每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，这使得激励电流在各环路部分上的方向相同。因此，各环路部分中的电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而可以产生一个均匀的磁场。激励电流在每个连接部分上具有一个反相点，通过灵活采用不同的方式将每个或部分的连接部分进行折叠，同时，通过线路尾部来对每个连接部分上的反相点的位置进行调节，可以使各环路部分上的激励电流始终较强，同时使每个折叠后的连接部分的每个分段均有一个基本上平行地设置的配对分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使得各连接部分中的电流对所述环形的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
参照上述优选实施例，并结合使用图9所示的激励电流驻波波形的分析方法，本领域的技术人员可以根据具体应用领域的不同需求，使得导体线路中包括相应数量的环路部分和连接部分，以获得尺寸足够大的天线。但应当注意的是，上述实施例中所述的折叠方式并不是限制性的，本领域的技术人员可以基于根据本发明的天线的设计原理，针对环路部分的形状和连接部分的数量，灵活采用适当的方式对连接部分进行折叠，从而消除连接部分中的激励电流对环路部分中的激励电路所产生的磁场的影响。同时，上述实施例中所述的折叠方式也不是必要的，在下面一个根据本发明的天线的实施方式中可以看到，所述连接部分也可以采用其它方式来离开所述环路部分布置，从而使连接部分中的激励电流对环路部分中的激励电流所产生的磁场不产生实质性影响。
图16中示出了根据本发明的天线的另一种实施方式。在该实施方式中，根据本发明的天线包括一个导体线路16，导体线路16包括四个环路部分160、162、164和166以及三个连接部分161、163和165，这四个环路部分和三个连接部分由一段导体构造而成。环路部分160、162、164和166沿一个圆形环路布置在一个基板上，形成一个空间上不连续的圆形导体环路。每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，并且，在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同。三个连接部分161、163和165布置在所述基板的下方，以图16中所示的三维坐标作为参照系，即这三个连接部分布置在z轴的负半轴。
导体线路16开路或者短路，使得当导体线路16中馈入一个激励信号时，所产生的激励电流在导体线路16中形成驻波。激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同，并且由于每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同，因而激励电流在四个环路部分160、162、164和166上的方向相同。使用图11中所示的激励电流驻波波形的分析方法，激励电流在每个连接部分上将具有至少两个波节点。在本实施方式中，优选的，激励电流在每个连接部分上具有两个波节点，这两个波节点可以为每个连接部分的两个端点，或是位于每个连接部分的两个端点之间，也可以其中一个为每个连接部分的一个端点，另一个位于每个连接部分的两个端点之间。
由于激励电流在四个环路部分160、162、164和166上的方向相同，因而环路部分160、162、164和166中的激励电流实质上形成一个环形的电流，该环形的电流进而产生一个均匀的磁场，根据右手定则可知，该磁场沿z轴分布。在实际应用中，可令读取区域位于z轴的正半轴，因而布置在z轴负半轴的连接部分161、163和165将不会对读取区域中的磁场产生实质性影响。
此外，与图10中所示的实施方式相似，也可对布置在z轴负半轴的连接部分161、163和165进行折叠，这样一方面可以减小布置连接部分161、163和165所需要的空间，另一方面可以在每个连接部分中形成多对基本上平行地布置的分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，因此所产生的磁场始终相互抵消，从而进一步消除连接部分161、163和165中的电流对读取区域中的磁场的影响。
以上结合附图对根据本发明的天线的多种实施方式进行了说明。通过这些说明，本领域的技术人员应当可以明了根据本发明的天线的设计原理，并根据具体应用领域的不同需求，通过使导体线路中包括相应数量的环路部分和连接部分，以实现尺寸足够大的天线，从而保证有效的读取距离。基于图9或图11中所示的激励电流驻波波形的分析方法，在优选的实施方式中，可以使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，或者使激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同，并且使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同，从而使激励电流在各环路部分上的方向相同。更为有利的，连接部分可以巧妙地以多种方式进行折叠，从而在环路部分的尺寸不变的情况下，使连接部分的尺寸变小，由此可以在读取距离不变的情况下，减小天线的整体尺寸。并且，通过将连接部分折叠，还可以在连接部分中形成多对基本上平行地布置的分段，每对平行地布置的分段中的电流的方向相反，从而使得连接部分中的电流对环路部分中的电流所产生的磁场不产生实质性影响。
在实际应用中，为了形成电流驻波，根据本发明的天线可以包括一个开路的或短路的导体线路。在导体线路开路时，该导体线路可以由一段导体构造而成，该段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连，该段导体的另一端点开路；或者，该导体线路可以由两段导体构造而成，每段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连。在导体线路短路时，该导体线路可以由一段导体构造而成，该段导体的两个端点分别与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连；或者，该段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连，该段导体的另一端点接地。
如上述实施例所述，根据本发明的天线在具体实施时，所述环路部分可以布置在一个基板上，而所述连接部分布置在所述基板以外。可选的，所述环路部分和所述连接部分也可以均布置在一个基板上，而所述连接部分布置在所述环路的内部或外部，以离开所述环路部分所在的环路。此外，所述环路部分可以形成一个椭圆形环路、圆形环路、多边形环路或是基本上形成一个环路的任意形状，在此不再赘述。值得注意的是，当所述导体线路由一段导体构造而成时，所述环路部分还可以沿一个螺旋形环路布置，如图17所示。为了简明起见，图17中只示出了布置在一个基板上的导体线路17的环路部分，而未显示离开螺旋形环路布置的连接部分，这些连接部分例如可以布置在基板的后方(以基板朝向读者的方向为前方)。通过将所述环路部分沿螺旋形环路布置，可以在同样的天线尺寸下增长导体线路17的长度，因而可以增大所述环路部分中的激励电流所产生的磁场的强度。
在根据本发明的天线中，利用所述至少两个环路部分中的电流能够产生一个足够大的均匀磁场，利用该磁场可以获得一个有效的读取距离，从而满足UHF RFID读写器的读取需求。在近场UHF RFID读写器的应用中，为了控制天线的远场增益，可以将根据本发明的天线布置在一个金属腔体中，该该金属腔体将天线的磁场集中在读取区域中，减少了天线在其它区域中的辐射，从而降低了天线的远场增益。此外，通过所述金属腔体还可以克服天线附近金属物件带来的天线失谐效应，从而使天线的磁场具有更好的可控性。
本发明还提供了一种对根据本发明的天线进行配置的方法。其中，根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
由图7中的电流驻波波形示意图所示，导体线路中形成的激励电流驻波的特性与激励电流的波长直接相关，而激励电流的波长由激励信号的频率决定。因此，在对根据本发明的天线进行配置时，关键是根据激励信号的频率对每个环路部分的长度和每个连接部分的长度进行配置。
以图9和图11所示的激励电流驻波波形为例，在对根据本发明的天线进行配置时，根据激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，从而使得激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反，每个连接部分上存在一个电流波节点；或是使得激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同，每个连接部分上存在两个电流波节点。由此，根据激励电流在每个环路部分和每个连接部分上的上述相位特点，使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反，或是使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同，从而使激励电流在各环路部分上的方向相同。
根据本发明的天线在具体实施时，所述至少两个环路部分可以布置在一个基板上，此时，所述基板的参数会改变电磁波的自由空间传播特性，从而使电磁波的波长发生改变。这些基板的参数例如可以包括所述基板的厚度、所述基板的介电常数和所述基板的介质损耗因数。因此，在对根据本发明的天线进行配置时，可以根据所述基板的参数进一步确定激励电流的等效波长，并利用该等效波长来对每个环路部分和每个连接部分的长度加以调整。根据传播介质的等效介电常数来确定电磁波在传播介质中传播时的等效波长为本领域的现有技术，在此不再详述。
综上所述，在配置和实施根据本发明的天线时，根据具体应用领域的不同需求确定所述的天线尺寸，并根据激励信号的频率确定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，从而可以确定天线的导体线路中所需的环路部分和连接部分的数量。将这些环路部分沿一个环路布置，并使每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个离开所述环路布置的连接部分相连，从而使所述环路部分形成一个空间上不连续的导体环路。通过所述连接部分来调节所述环路部分中的电流分布，使所述环路部分中的电流所产生的磁场叠加后相互加强，从而使该导体环路能够用于产生一个均匀的磁场。而通过将所述连接部分离开所述环路布置，可以使得所述连接部分中的电流不对所述环路部分中的电流所产生的磁场产生实质性影响。
由于通过所述连接部分来调节所述环路部分中的电流分布，根据本发明的天线可以适用于一个较宽的激励信号频率范围。并且，与US 2008/0048867A1中的间隙宽度和重叠部分的导体长度相比，所述连接部分的长度对于根据本发明的天线而言不是非常敏感，因此，根据本发明的天线易于大批量生产。
当使用根据本发明的天线进行读取时，由于环路部分中的电流所产生的磁场垂直于环路部分所在的平面，RFID标签须平行于环路部分所在的平面通过读取区域。在某些应用领域中，RFID标签既可能平行于环路部分所在的平面通过读取区域，也可能垂直于环路部分所在的平面通过读取区域，这会导致无法读取垂直于环路部分所在的平面通过读取区域的RFID标签。
为了在上述两种情况下使RFID标签均能够被读取，根据本发明的天线的一种变型如下：一种用于RFID系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少四个环路部分和至少三个连接部分；所述至少四个环路部分沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两个环路部分；每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述两个环路的方式布置；当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
在根据本发明的天线的所述变型中，由于布置在两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场的极性相反，这两个极性相反的磁场将会形成一个新的磁场，这个新的磁场与两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场正交。由此，利用两个环路上的环路部分中的激励电流所产生的磁场，能够对平行于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取，而利用所述新的磁场，能够对垂直于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取。
所述变型的一个实施例如图18所示。该实施例中的导体线路18包括四个环路部分180、182、184和186以及三个连接部分181、183和185。环路部分180和186沿一个环路布置，环路部分182和184沿另一个环路布置，环路部分180和186所在的环路与环路部分182和184所在的环路相离并且共面。由于环路部分180和186中的激励电流所产生的磁场与环路部分182和184中的激励电流所产生的磁场极性相反，这两个极性相反的磁场将会形成一个新的磁场，在一个时间点，这三个磁场的磁力线如图18中的虚线所示。这样，RFID标签无论是平行于所述两个环路所在的平面移动时，还是垂直于所述两个环路所在的平面移动时，均会切割磁力线，这种切割磁力线的运动从而使得两种移动方式下的RFID标签均能够被读取。
根据本发明的天线的所述变型的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
由于前文已经对根据本发明的天线及其配置方法的具体实施方式进行了详细说明，这些具体实施方式可相应地适用于所述变型及其配置方法，因此，此处对所述变型及其配置方法的具体实施方式不再详述。
基于通过空间上不连续的导体环路来产生一个磁场这种技术构思，根据本发明的天线的一个替代解决方案如下：一种用于RFID系统的天线，包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少两段导体和至少一个移相器件；所述至少两段导体沿一个环路布置并且在空间上不连续；每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
在所述替代解决方案中，为了使空间上不连续的各段导体中的激励电流能够产生一个均匀的磁场，所述移相器件被用来对各段导体中的激励电流的相位进行调节，所述移相器件的电路原理图如图19所示。通过所述移相器件能够实现任意的相位偏移量相位偏移量
Figure B2009101640733D0000222
由第一电阻元件的阻值R1与第二电阻元件的阻值R2的比值决定，与R1和R2之间的关系可以采用下述公式表示：
Figure B2009101640733D0000224
并且，由于第一电阻元件和第二电阻元件的热损耗作用，还可以消除所述辐射单元的辐射，从而降低天线的远场增益。
在所述替代解决方案的优选实施方式中，所述90度相移元件可以构造为传输线变压器，第一电阻元件和第二电阻元件可构造为适用于宽频段的电阻元件，从而使所述移相器件能够适用于一个较宽的激励信号频率范围。
根据所述替代解决方案的天线的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
在通过所述配置方法对根据所述替代解决方案的天线进行配置时，根据具体应用领域的不同需求确定所述的天线尺寸，并根据激励信号的频率确定每段导体的长度，从而可以确定所需的导体数量。根据每段导体的长度和导体的数量，可以确定每个移相器件所需实现的相位偏移量，从而确定每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值。由此，可以使得激励电流在各段导体上的相位相同，从而使得由各段导体所形成的空间上不连续的导体环路能够用于产生一个均匀的磁场。
与根据本发明的天线的所述变型类似，所述替代解决方案的一种变型包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少四段导体和至少三个移相器件；所述至少四段导体沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两段导体；每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
所述替代解决方案的变型的配置方法包括：根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
通过对所述所述替代解决方案的变型进行配置，可以使激励电流在每个环路上的导体上的方同相同，而在两个环路上的导体上的方向相反，从而使两个环路上的导体中的激励电流所产生的磁场的极性相反。这两个极性相反的磁场将会形成一个新的磁场，这个新的磁场与两个环路上的导体中的激励电流所产生的磁场正交。由此，利用两个环路上的导体中的激励电流所产生的磁场，能够对平行于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取，而利用所述新的磁场，能够对垂直于两个环路所在的平面通过读取区域的RFID标签进行读取。
以上对根据本发明的天线、替代解决方案、变型及其相应的配置方法进行了详细说明。本领域的技术人员应当理解，上述说明并非是限制性的，凡在不偏离发明实质的情况下做出的各种变型和改变都应落入本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围由所附的权利要求书来确定。

Claims (50)

1.一种用于无线射频识别系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少两个环路部分和至少一个连接部分；其中：
所述至少两个环路部分沿一个环路布置并且在空间上不连续；
每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述环路的方式布置；
当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
2.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反；
每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相反。
所述激励电流在所述至少两个环路部分上的方向相同。
3.根据权利要求2所述的天线，其中：
所述激励电流在每个连接部分上具有一个反相点。
4.根据权利要求3所述的天线，其中：
该反相点位于该连接部分的两个端点之间。
5.根据权利要求3所述的天线，其中：
该反相点为该连接部分的一个端点。
6.根据权利要求3所述的天线，其中：
该反相点为该连接部分的一个端点或位于该连接部分的两个端点之间。
7.根据权利要求2所述的天线，其中：
所述导体线路包括偶数个连接部分；
所述偶数个连接部分在每个连接部分上进行折叠，每个折叠后的连接部分具有至少两个分段；
每两个折叠后的连接部分至少在一个分段上平行地布置；
所述激励电流在每对平行地布置的分段上的方向相反。
8.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同；
每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的始端到末端的方向与在后一个环路部分的始端到末端的方向相同；
所述激励电流在所述至少两个环路部分上的方向相同。
9.根据权利要求8所述的天线，其中：
所述激励电流在每个连接部分上具有两个反相点。
10.根据权利要求11所述的天线，其中：
所述两个反相点为该连接部分的两个端点。
11.根据权利要求11所述的天线，其中：
所述两个反相点位于该连接部分的两个端点之间。
12.根据权利要求11所述的天线，其中：
所述两个反相点中的一个反相点为该连接部分的一个端点，另一个反相点位于该连接部分的两个端点之间。
13.根据权利要求8所述的天线，其中：
所述至少一个连接部分在每个连接部分上进行折叠，每个折叠后的连接部分包括至少一对平行地布置的分段；
所述激励电流在每对平行地布置的分段上的方向相反。
14.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述导体线路的终点开路。
15.根据权利要求14所述的天线，其中；
所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分由一段导体构造而成，该段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连，该段导体的另一端点开路。
16.根据权利要求14所述的天线，其中；
所述导体线路包括四个以上的环路部分和两个以上的连接部分；
所述四个以上的环路部分和所述两个以上的连接部分由两段导体构造而成，每段导体包括两个以上的环路部分和一个以上的连接部分，每段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连。
17.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述导体线路的终点短路。
18.根据权利要求17所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分由一段导体构造而成，该段导体的两个端点分别与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连。
19.根据权利要求17所述的天线，其中；
所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分由一段导体构造而成，该段导体的一个端点与一个用于馈入所述激励信号的信号馈入点相连，该段导体的另一端点接地。
20.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分布置在一个基板上，所述至少一个连接部分布置在所述环路的内部。
21.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分布置在一个基板上，所述至少一个连接部分布置在所述基板的下方。
22.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分形成一个圆形环路。
23.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分形成一个椭圆形环路。
24.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分形成一个多边形环路。
25.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述至少两个环路部分形成一个螺旋形环路。
26.根据权利要求1所述的天线的配置方法，包括：
根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少两个环路部分和所述至少一个连接部分中产生一个激励电流，所述至少两个环路部分中的激励电流进而产生一个磁场。
27.根据权利要求26所述的配置方法，其中：
所述激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相反。
28.根据权利要求27所述的天线，其中：
所述激励电流在每个连接部分上具有一个反相点。
29.根据权利要求28所述的天线，其中：
该反相点为该连接部分的一个端点。
30.根据权利要求28所述的天线，其中：
该反相点位于该连接部分的两个端点之间。
31.根据权利要求26所述的配置方法，其中：
所述激励电流在每两个相继的环路部分上的相位相同。
32.根据权利要求31所述的天线，其中：
所述激励电流在每个连接部分上具有两个反相点。
33.根据权利要求32所述的天线，其中：
所述两个反相点为该连接部分的两个端点。
34.根据权利要求32所述的天线，其中：
所述两个反相点位于该连接部分的两个端点之间。
35.一种用于无线射频识别系统的天线，包括一个导体线路，该导体线路包括至少四个环路部分和至少三个连接部分；其中：
所述至少四个环路部分沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两个环路部分；
每两个相继的环路部分中在先一个环路部分的末端与在后一个环路部分的始端由一个连接部分相连，该连接部分以离开所述两个环路的方式布置；
当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
36.根据权利要求35所述的天线，其中：
所述激励电流在每个环路上的所述环路部分上的方同相同；
所述激励电流在所述两个环路上的所述环路部分上的方向相反。
37.根据权利要求35所述的天线的配置方法，包括：
根据所述激励信号的频率设定每个环路部分的长度和每个连接部分的长度，使得当所述导体线路中馈入一个激励信号时，所述至少四个环路部分和所述至少三个连接部分中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述环路部分中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
38.根据权利要求37所述的配置方法，其中：
所述激励电流在每个环路上的所述环路部分上的方同相同；
所述激励电流在所述两个环路上的所述环路部分上的方向相反。
39.一种用于无线射频识别系统的天线，包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少两段导体和至少一个移相器件；其中：
所述至少两段导体沿一个环路布置并且在空间上不连续；
每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；
所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；
当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
40.根据权利要求39所述的天线，其中：
所述激励电流在所述至少两段导体上的相位相同。
41.根据权利要求39所述的天线，其中：
所述90度相移元件构造为传输线变压器。
42.根据权利要求39所述的天线，其中：
所述第一电阻元件和所述第二电阻元件构造为适用于宽频段的电阻元件。
43.根据权利要求39所述的天线的配置方法，包括：
根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少两段导体和所述至少一个移相器件中产生一个激励电流，所述至少两段导体中的激励电流进而产生一个磁场。
44.根据权利要求43所述的配置方法，其中：
所述激励电流在所述至少两段导体上的相位相同。
45.一种用于无线射频识别系统的天线，包括一个辐射单元，该辐射单元包括至少四段导体和至少三个移相器件；其中：
所述至少四段导体沿同一个平面上的两个相离的环路布置并且在空间上不连续，每个环路上布置有至少两段导体；
每两段相继的导体中在先一段导体的末端与在后一段导体的始端分别与一个移相器件的输入端和输出端相连；
所述移相器件包括一个90度移相元件、第一电阻元件和第二电阻元件，所述90度移相元件与所述第一电阻元件串联后与所述第二电阻元件并联，所述并联电路两端的节点分别构成所述移相器件的输入端和输出端；
当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
46.根据权利要求45所述的天线，其中：
所述激励电流在每个环路上的所述导体上的方同相同；
所述激励电流在所述两个环路上的所述导体上的方向相反。
47.根据权利要求45所述的天线的配置方法，包括：
根据所述激励信号的频率设定每段导体的长度以及每个第一电阻元件和每个第二电阻元件的阻值，使得当所述辐射单元中馈入一个激励信号时，所述至少四段导体和所述至少三个移相器件中产生一个激励电流，布置在每个环路上的所述导体中的激励电流进而产生一个磁场，所述两个磁场的极性相反。
48.根据权利要求47所述的配置方法，其中：
所述激励电流在每个环路上的所述导体上的方同相同；
所述激励电流在所述两个环路上的所述导体上的方向相反。
49.一种无线射频识别读写器，该读写器具有根据权利要求1、35、39、45中任一项权利要求所述的天线。
50.根据权利要求49所述的读写器，其中：
所述激励信号为所述读写器传送的一个射频信号，所述射频信号的频段为800/900MHz频段。
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