CN103633445A - 近场天线 - Google Patents

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Abstract

一种近场天线包括：接地电极，其被布置在第一介电层的下表面；导体，其被布置在所述第一介电层和第二介电层之间，并与所述接地电极一起形成微带天线，所述导体的一端与供电端口相连接，所述导体的另一端是开口端；以及至少一个谐振器，其被布置在所述第二介电层的上表面的某一范围内，在所述范围内，对于流经所述微带天线的电流的驻波的任一个节点，所述谐振器能够与所述微带天线电磁耦合，其中，所述流经所述微带天线的电流取决于从所述微带天线发射的或通过所述微带天线接收的具有某一设计波长的电波。

Description

近场天线
技术领域
本发明涉及一种近场天线，例如，一种可被用于与射频IC标签通信的近场天线。
背景技术
近几年，射频识别（RFID）系统被广泛使用。通常，一些RFID系统利用UHF频带电磁波（900MHz频带）或者微波（2.45GHz）作为通信媒介，而一些RFID系统则利用通过互感产生的磁场。其中，因为通信距离相对较远，利用UHF频带电磁波的RFID系统正引起注意。
作为一种能够被用于标签阅读器来利用UHF频带电磁波与射频IC标签（在下文中，称为RFID标签）进行通信的天线，提出了一种利用微带线作为天线的微带天线（参考美国专利公开No.7750813以及Carla R.Medeiros等人的"RFID Smart Shelf With Confined Detection Volumeat UHF",IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS,第7卷,第773-776页,2008年）。
发明内容
提出了一种管理方式，其中通过在货架中安装标签阅读器的天线，以及通过提供给货架上放置的货物的RFID标签和标签阅读器之间的通信，管理货架上放置的货物。
这种安装在货架中的天线被称为货架天线。关于货架天线，对于用于通信的特定射频，最好是在所述货架天线的表面附近可以形成均匀的强电场，以便安装在货架中的货架天线可以与货架上任何位置放置的物品上的RFID标签进行通信。此外，货架天线最好具有平面形状，以便不需要加厚货架。
鉴于上文所述，本说明书的目的是提供一种用于RFID标签阅读器的近场天线，所述近场天线可以改善天线表面附近电场的均匀性，并且可以增强电场的强度。
根据一个实施方式，提供了一种近场天线。所述近场天线包括：基片，其包括第一介电层和被提供在第一介电层之上的第二介电层；接地电极，其被布置在所述第一介电层的下表面；导体，其被布置在所述第一介电层和第二介电层之间，并与所述接地电极一起形成微带天线，所述导体的一端与供电端口相连接，所述导体的另一端是开口端；以及至少一个谐振器，其被布置在所述第二介电层的上表面的某一范围内，在所述范围内，对于流经所述微带天线的电流的驻波的任一个节点，所述谐振器能够与所述微带天线电磁耦合，其中，所述流经所述微带天线的电流取决于从所述微带天线发射的或通过微带天线接收的具有某一设计波长的电波。
附图说明
图1是根据第一实施方式的货架天线的透视图。
图2是从图1中的箭头方向看的沿线AA’的货架天线的侧面剖视图。
图3是如图1中所示的货架天线的平面图。
图4是示出了关于根据第一实施方式的货架天线的S参数的频率特性的模拟结果的图。
图5是示出了根据第一实施方式的货架天线表面附近形成的电场的模拟结果的图。
图6是根据第二实施方式的货架天线的平面图。
图7是示出了关于根据第二实施方式的货架天线的S参数的频率特性的模拟结果的图。
图8是示出了根据第二实施方式的货架天线表面附近形成的电场的模拟结果的图。
图9是根据第三实施方式的货架天线的平面图。
图10是示出了关于根据第三实施方式的货架天线的S参数的频率特性的模拟结果的图。
图11是示出了根据第三实施方式的货架天线表面附近形成的电场的模拟结果的图。
图12是根据第四实施方式的货架天线的平面图。
图13A是示出了所述货架天线表面附近形成的平行于x轴方向的电场分量的强度的模拟结果的图。
图13B是示出了所述货架天线表面附近形成的平行于y轴方向的电场分量的强度的模拟结果的图。
图14是示出了关于所述货架天线的S参数的频率特性的模拟结果的图。
图15是根据所述第四实施方式的更改的货架天线的平面图。
图16A和图16B分别是根据所述第四实施方式的进一步更改的货架天线的平面图。
图17是根据所述第四实施方式的进一步更改的货架天线的平面图。
图18A到图18C分别是根据其他实施方式的货架天线的示意性的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述根据各种实施方式的用于RFID标签阅读器的近场天线。
所述近场天线使用微带线作为微带天线，所述微带线的一端与供电端口相连接，另一端是开口端。因此，在所述近场天线中，流经微带天线的电流被所述开口端反射，从而所述电流形成驻波。所述近场天线包括至少一个在可以与微带天线电磁耦合的区域中的用于谐振的导体。所述区域在所述驻波的任何一个节点的附近，即任何流动电流最小的位置，并且所述位置周围电场强度最大。这使得天线表面附近电场的均匀性和强度得到改善。
在下面描述的各个实施方式中，本说明书中公开的各个近场天线被形成为货架天线。然而，本说明书中公开的近场天线还可以被用于货架天线以外的目的。
图1是根据第一实施方式的货架天线的透视图。图2是从图1中的箭头方向看的沿线AA’的货架天线的侧面剖视图。图3是如图1中所示的货架天线的平面图。
所述货架天线1包括基片10，其包括两层介电层，配置在所述基片10下面的接地电极11，被提供在基片10的两层介电层之间的导体12，以及配置在所述基片10的上表面上的多个谐振器13-1到13-5。
所述基片10承载所述接地电极11、导体12和谐振器13-1到13-5。所述基片10包括位于相对较低一侧的下层10-1，以及被布置在所述下层10-1之上的上层10-2。所述基片10的下层10-1和上层10-2均由电介质形成，因此，所述接地电极11、导体12和谐振器13-1到13-5是互相绝缘的。例如，所述下层10-1和上层10-2可以分别由玻璃环氧树脂形成，例如FR-4。另外，所述下层10-1和上层10-2可以由相同的电介质形成，或者由不同的电介质形成。
所述接地电极11是接地的平板状导体，其被提供以使得所述基片10的整个下表面可以被覆盖。
所述导体12是提供在所述基片10的下层10-1和上层10-2之间的线型导体，并且所述导体12的一端是供电端口12a。另一方面，所述导体12的另一端12b是开口端。所述导体12、接地电极11以及基片10的下层10-1形成了所述微带天线。
由于所述导体12的一端12b是开口端，由从微带天线发射的电波或者微带天线接收的电波引起的流经所述导体12的电流形成驻波。因此，所述驻波的节点在电流的半波距离处形成，以及在从导体12的端12b开始的，即，从微带天线的开口端开始的电流的半波距离的整数倍处形成。值得注意的是，由于所述导体12位于下层10-1和上层10-2之间，因此，根据下层10-1的相对介电常数和上层10-2的相对介电常数，电波的波长会缩短。在驻波的每一个节点处，所述电流有局部的最小值，并且在节点周围形成相对较强的电场。在下文中，为了简单起见，基片10中的微带天线发射的或微带天线接收的电波的波长被称为设计波长。
所述各个谐振器13-1到13-5均由线型导体组成，其长度大致等于设计波长或是设计波长的整数倍，并且被提供在所述基片10的上层10-2的表面上。在本实施方式中，各个谐振器的长度大致等于设计波长。
如上所述，距微带天线的开口端12b沿导体12的距离为设计波长的一半处或设计波长整数倍处，所述导体12周围形成相对较强的电场。因此，所述各个谐振器13-1到13-5被布置在距导体12的端12b沿导体12的距离为设计波长的一半处和设计波长的一半的大致整数倍处，从而所述谐振器与导体12垂直交叉。在本实施方式中，所述谐振器13-1到13-5分别被布置在距开口端12b的距离为λ/2、λ、3λ/2、2λ和5λ/2处的位置附近（λ表示设计波长）。因此，对于具有设计波长的电波，所述各个谐振器13-1到13-5与所述微带天线电磁耦合。因此，所述各个谐振器13-1到13-5可以发射或者接收具有设计波长的电波。此外，由于所述谐振器13-1到13-5被布置为使得谐振器与导体12垂直交叉，所述各个谐振器13-1到13-5可以将微带天线产生的电场向不同方向扩展从而形成电场。因此，与只由微带天线产生的电场相比较，所述货架天线1表面附近电场的均匀性和强度得到了改善。
此外，例如，基于使用有限元法的电场模拟的结果，所述各个谐振器13-1到13-5的精确的布置位置被调整为使得所述各个谐振器13-1到13-5与微带天线之间的电磁耦合最强。此外，各个谐振器的长度可以根据使用有限元法的电场模拟结果来确定，以使得各个谐振器13-1到13-5发射的电场可以最强。
所述接地电极11、导体12和谐振器13-1到13-5是由例如，诸如铜、金、银、镍、及其合金的金属，或者其他具有导电性的材料所组成。通过例如蚀刻或粘附将所述接地电极11、导体12和谐振器13-1到13-5固定到基片10的下层10-1或上层10-2。此外，所述下层10-1和上层10-2也通过例如粘附而固定到彼此。
所述上层10-2的厚度通过使用有限元法的模拟被最优化，以使得所述微带天线与所述各个谐振器13-1到13-5电磁耦合。另一方面，所述下层10-1的厚度被确定以使得所述微带天线的特征阻抗为某一值，例如，50Ω或75Ω。
图4是示出了关于所述货架天线1的S参数的频率特性的模拟结果的图。图5是示出了所述货架天线1表面附近形成的电场的模拟结果的图。对于图4和图5中所示出的模拟结果，其模拟条件被如下定义。所述基片10的下层10-1和上层10-2均由FR4（相对介电常数εr=4.4，以及电介质正切tanδ=0.02）组成。所述基片10沿导体12的轴向长度为550mm，并且所述基片10沿与导体12的轴向垂直的方向的长度为200mm。所述下层10-1的厚度是1.6mm，以使得由下层10-1、接地电极11和导体12组成的微带线的特征阻抗是50Ω。所述上层10-2的厚度是1.0mm。
所述接地电极11、导体12和谐振器13-1到13-5由铜（电导率σ=5.8x107）组成。此外，所述导体12的宽度为3mm。另一方面，所述各个谐振器13-1到13-5的宽度为4mm，各个谐振器的长度为161mm。从所述导体12的开口端12b到谐振器13-1的中心线的距离为84mm。此外，所述谐振器13-1的中心线和谐振器13-2的中心线之间的距离为85mm。类似地，所述谐振器13-2的中心线和谐振器13-3的中心线之间的距离，所述谐振器13-3的中心线和谐振器13-4的中心线之间的距离，所述谐振器13-4的中心线和谐振器13-5的中心线之间的距离，分别为82mm、85mm和85mm。
在图4中，横轴表示频率[GHz]，纵轴表示S11参数的值[dB]。曲线图400表示所述货架天线1的S11参数的频率特性，根据有限元法，通过电磁场模拟得到。如曲线图400中所示，可发现所述货架天线1在用于RFID系统的950MHz到960MHz之间的S11参数是-10dB或更低，该范围表明了极好的天线特征。
在图5中，曲线图501表示距离所述货架天线1表面50mm上方的平行于货架天线1表面的平面上的电场的强度分布。曲线图502表示距离所述货架天线1表面100mm上方的平行于货架天线1表面的平面上的电场的强度分布。曲线图503表示距离所述货架天线1表面200mm上方的平行于货架天线1表面的平面上的电场的强度分布。在各个曲线图中，电波的频率是950MHz。在各个曲线图中，具有较深颜色的区域表示较强的电场。如曲线图501到503中所示，可发现不仅导体12附近的电场较强，并且各个谐振器13-1到13-5附近的电场也较强。因此，可发现，与微带天线自身形成的电场的均匀性相比较，所述货架天线1表面附近的电场的均匀性得到了改善。距离所述货架天线1表面50mm、100mm和200mm上方处的电场强度的最大值分别为9.7V/m、2.9V/m和1.2V/m。
根据上述配置，在该货架天线中，通过使所述微带天线的一端形成为开口端，流经微带天线的电流形成驻波。然后，通过将所述谐振器布置在驻波节点附近，所述微带天线和所述谐振器电磁耦合。因此，该货架天线可以从微带天线和谐振器两者发射电波，并且可以通过它们两者接收电波，从而可能改善货架天线表面附近电场的均匀性，并且达到较强的电场强度。
接下来，将描述根据第二实施方式的货架天线。根据第二实施方式的货架天线在谐振器的位置上与根据第一实施方式的货架天线不同。因此，在下文中，将对所述谐振器进行描述。根据第二实施方式的货架天线的其他部分的解释可以参考根据第一实施方式的货架天线的相应部分的解释。
图6是根据第二实施方式的货架天线的平面图。在图6中，根据第二实施方式的货架天线2的各个部分的参考标记与图1到图3中所示的货架天线1的相应部分的参考标记相同。
根据第二实施方式的货架天线2中，三个谐振器13-1、13-3和13-5中每一个谐振器由长度大致等于设计波长的线型导体形成，并且各个谐振器均被提供在基片的上层10-2的表面上。然而，与根据第一实施方式的货架天线1不同的是，位于距开口端12b的距离为设计波长整数倍处的谐振器13-2和13-4在货架天线2中被省略。也就是说，所述谐振器13-1、13-3和13-5分别被提供在距微带天线的开口端12b的距离为设计波长的一半和设计波长的整数倍相加的和的位置处。因此，沿导体12的两个相邻的谐振器之间的距离大致等于设计波长。
在所述根据第一实施方式的货架天线1中，所述各个谐振器13-1到13-5与其他相邻谐振器沿导体12的间隔距离大致等于设计波长的一半。因此，流经相邻两个谐振器的电流的相位是反相的。另一方面，在根据第二实施方式的货架天线2中，由于所述各个谐振器13-1、13-3和13-5与其他相邻谐振器沿导体12的间隔距离大致等于设计波长，流经两个相邻谐振器的电流的相位是同相的。因此，各个谐振器所形成的电场被彼此加强。
图7是示出了关于所述货架天线2的S参数的频率特性的模拟结果的图。图8是示出了所述货架天线2表面附近形成的电场的模拟结果的图。在该模拟中，假定所述货架天线2的各个组件的尺寸和位置与所述货架天线1的相应组件的尺寸和位置相同。
在图7中，横轴表示频率[GHz]，纵轴表示S11参数的值[dB]。曲线图700表示所述货架天线2的S11参数的频率特性，其根据有限元法，通过电磁场模拟得到。如曲线图700中所示，可发现，所述货架天线2在用于RFID系统的950MHz到960MHz之间的S11参数为-6dB或更低，该范围表明了顺利运转时的天线特征。
在图8中，曲线图801表示距离所述货架天线2表面50mm上方的平行于货架天线2表面的平面上的电场的强度分布。曲线图802表示距离所述货架天线2表面100mm上方的平行于货架天线2表面的平面上的电场的强度分布。曲线图803表示距离所述货架天线2表面200mm上方的平行于货架天线2表面的平面上的电场的强度分布。在各个曲线图中，电波的频率均为950MHz。在各个曲线图中，具有较深颜色的区域表示较强的电场。如曲线图801到803所示，可发现不仅导体12附近的电场较强，并且各个谐振器13-1、13-3和13-5附近的电场也较强。此外，可发现，距离所述货架天线2表面100mm上方的位置，与所述货架天线1形成的电场相比较，电场的强度分布更加均匀。
此外，距离所述货架天线2表面50mm、100mm和200mm上方处的电场强度的最大值分别为11.6V/m、5.6V/m和4.2V/m。各自位置中的那些值比所述货架天线1附近的电场强度的最大值更大。
如上所述，根据第二实施方式的货架天线中，两个相邻的谐振器之间的距离大致等于设计波长。因此，流经每个谐振器的电流的相位是同相的。因此，各个谐振器发射的电场被彼此加强，从而可能改善货架天线表面附近电场的均匀性，并且增强电场的强度。
接下来，将描述根据第三实施方式的货架天线。在根据第三实施方式的货架天线中，形成微带天线的导体是弯曲的，例如，所述导体可以是曲折的，从而，与根据第一实施方式的货架天线相比较，相邻谐振器的间隔较窄。因此，在下文中，将进行与导体和谐振器关联的描述。根据第三实施方式的货架天线的其他组件的解释可以参考根据第一实施方式的货架天线的相应组件的解释。
图9是根据第三实施方式的货架天线的平面图。在图9中，根据第三实施方式的货架天线3的各个组件的参考标记与图1到图3中所示的货架天线1的相应组件的参考标记相同。
在所述根据第三实施方式的货架天线3中，形成微带天线部分的导体12'包括曲折形状，其中，所述导体在两个相邻的谐振器之间的多个位置处被弯曲成直角。
在所述根据第三实施方式的货架天线3中，五个谐振器13-1到13-5中每一个由长度大致等于设计波长的线型导体组成，并且各个谐振器均被提供在基片的上层10-2的表面上。所述各个谐振器13-1到13-5被布置为使得两个相邻的谐振器之间沿导体12'的距离大致等于设计波长。因此，两个相邻的谐振器之间的直线距离比设计波长更短。因此，各个谐振器发射的电波可以被彼此增强。此外，在该实施方式中，所述谐振器13-1到13-5中离微带天线的开口端12b最近的谐振器13-1被优选地布置在离开口端12b沿导体12'的距离大致为设计波长的一半处，即，距开口端12b最近的驻波节点的附近。
图10是示出了关于所述货架天线3的S参数的频率特性的模拟结果的图。图11是示出了所述货架天线3表面附近形成的电场的模拟结果的图。模拟的条件被如下定义。如图9中所示，对于由导体12'弯曲而形成的部分，垂直于导体12'轴向的最长部分的长度为50mm，平行于导体12'轴向和与最长部分相邻的各个部分的长度为20mm。此外，两个相邻的谐振器的中心线之间的直线距离为86mm，以使得两个相邻的谐振器之间沿导体12'的长度大致等于设计波长。此外，所述基片10沿导体12'轴向的长度为505mm。上述货架天线3的各个组件之外的组件的尺寸和材料与根据第一实施方式的货架天线1的模拟中设定的尺寸和材料相同。
在图10中，横轴表示频率[GHz]，纵轴表示S11参数的值[dB]。曲线图1000表示所述货架天线3的S11参数的频率特性，其根据有限元法，通过电磁场模拟得到。
如曲线图1000中所示，可发现，所述货架天线3的S11参数在用于RFID系统的950MHz到960MHz之间为-10dB或更低，所述范围表明了极好的天线特征。
在图11中，曲线图1101表示距离所述货架天线3表面50mm上方的平行于货架天线3表面的平面上的电场的强度分布。曲线图1102表示距离所述货架天线3表面100mm上方的平行于货架天线3表面的平面上的电场的强度分布。曲线图1103表示距离所述货架天线3表面200mm上方的平行于货架天线3表面的平面上的电场的强度分布。在各个曲线图中，电波的频率均为950MHz。在各个曲线图中，具有较深颜色的区域表示较强的电场。如曲线图1101到1103所示，可发现，不仅导体12'附近的电场较强，并且各个谐振器13-1到13-5附近电场也较强。此外，可发现，距离所述货架天线3表面100mm上方的位置，与所述货架天线1形成的电场相比较，电场的强度分布更加均匀。
此外，距离所述货架天线3表面50mm、100mm和200mm上方处的电场强度的最大值分别为17.3V/m、11.3V/m和7.8V/m。各自位置中的那些值比所述货架天线1或货架天线2附近的电场强度的最大值更大。
如上所述，在根据第三实施方式的货架天线中，由于所述导体12'包括曲折形状，两个相邻的谐振器之间沿导体12'的长度大致等于设计波长，然而，两个谐振器之间的直线距离比设计波长更短。因此，在该货架天线中，各个谐振器发射的电场可以被彼此增强。因此，该货架天线可以改善货架天线表面附近的电场的均匀性，并且增强货架天线表面附近的电场的强度。
根据所述第三实施方式的修改，所述导体12'在两个相邻的谐振器之间可以以任何方式弯曲。例如，在两个相邻的谐振器之间，所述导体12'可以由正弦波形或锯齿形形成。
此外，根据所述第三实施方式的另一修改，各个谐振器可以被布置为使得两个相邻的谐振器之间沿微带天线部分的导体的距离大致为设计波长的一半，并且，两个相邻的谐振器之间的直线距离比设计波长的一半更短。
接下来，将描述根据第四实施方式的货架天线。根据第四实施方式的货架天线与根据第三实施方式的货架天线不同的是，各个谐振器被形成为朝向导体的开口端的凸形，并且，各个谐振器的至少一部分与从导体的供电端口延伸到开口端的线成锐角。通过这种方式，货架天线分别产生沿货架天线的长边方向的电场分量和沿货架天线的短边方向的电场分量。这导致了无论电场方向如何，平行于货架天线表面的平面中具有均匀的电场强度。在下文中，将对所述导体和谐振器进行描述。根据第四实施方式的货架天线的其他组件的解释可以参考根据第一实施方式的货架天线的相应组件的解释。
图12是根据第四实施方式的货架天线的平面图。在图12中，根据第四实施方式的货架天线4的各个组件的参考标记与图9中所示的货架天线3的相应组件的参考标记相同。
在所述根据第四实施方式的货架天线4中，如同所述第三实施方式中的情况，形成微带天线部分的导体12'包括曲折形状，其中，所述导体在两个相邻的谐振器之间的多个位置处被弯曲成直角。因此，所述导体12'包括沿所述货架天线4的长边方向的部分121，以及平行于所述货架天线4的短边方向的部分122。因此，所述导体12'产生平行于所述货架天线4的长边方向的电场分量，以及平行于所述货架天线4的短边方向的电场分量。
为简单起见，沿所述货架天线4表面的长边方向被称为x轴方向，而沿所述货架天线4表面的短边方向被称为y轴方向。
各个谐振器13-1到13-7由长度大致等于设计波长的线型导体组成，并被提供在所述基片10的上层10-2的表面上。所述谐振器13-1被布置在距离导体12'的开口端12b大致为设计波长的一半处，以使得所述谐振器13-1被布置在流经导体12'的电流的驻波节点的附近。此外，所述谐振器13-2到13-7也被布置为使得两个相邻的谐振器之间沿导体12'的距离大致等于设计波长，并且，所述谐振器13-2到13-7被布置在流经导体12'的电流的驻波节点附近。
在本实施方式中，所述谐振器13-1到13-7包括三个分别具有直线形状的元件13a到13c。中央的元件13a在其中部与从所述导体12'的开口端12b延伸到供电端口12a的线（在下文中，为简单起见，称为中心线）垂直交叉。另一方面，位于中央的元件13a的两侧的元件13b和13c靠近导体12'的开口端12b时靠近中心线，而靠近供电端口12a时则远离中心线，从而使得分别与中心线形成锐角。由此，各个谐振器被形成为朝向导体12'的开口端12b的凸形。
因此，作为由导体12'所产生的电场的情况，各个谐振器产生的电场也具有沿x轴方向的分量（即平行于中心线的分量），以及沿y轴方向的分量（即垂直于中心线的分量）。因此，在所述货架天线4表面附近，x轴方向的瞬间电场分量的强度和y轴方向的瞬间电场分量的强度的组合会根据流经导体12'和各个谐振器的电流的相位的改变而改变，并且这导致了瞬间的电场方向的改变。因此，无论电场的方向如何，所述货架天线4可以使电场的强度更均匀。此外，将各个谐振器形成为朝向开口端12b的凸形允许所述货架天线4谐振的波长一致，以及阻抗匹配的波长一致。
所述谐振器13-1到13-7两侧的元件13b和13c与中心线组成的角被优选地确定为使所述元件13b和13c未与导体12'重叠。如果所述谐振器13-1到13-7在中心线以外的位置与导体12'重叠，那么在重叠的位置则会出现谐振器与导体12'之间的电磁耦合。这导致谐振器中电流分布不均匀，从而使谐振器产生不均匀的电场。
另一方面，所述谐振器13-1到13-7两侧的元件13b和13c与中心线之间的角度越大，各个谐振器产生的平行于y轴方向的电场分量相对越强，而平行于x轴方向的电场分量相对越弱。因此，所述谐振器13-1到13-7两侧的元件13b和13c与中心线之间的角度被优选地设定为使平行于y轴方向的电场强度大致等于平行于x轴方向的电场强度。
此外，两侧的元件13b和13c越短，所述谐振器13-1到13-7产生的平行于x轴方向的电场分量越弱。因此，所述元件13b和13c的长度也被优选地设定为使平行于y轴方向的电场强度大致等于平行于x轴方向的电场强度。在本实施方式中，所述元件13b和13c的长度被设定为大致三分之一的设计波长或更长。
图13A是示出了所述货架天线表面附近形成的平行于x轴方向的电场分量的强度的模拟结果的图。图13B是示出了所述货架天线表面附近形成的平行于y轴方向的电场分量的强度的模拟结果的图。
如图13A和图13B所示的模拟中，模拟的条件如下定义。所述基片10沿x轴方向的长度为500mm，沿y轴方向的长度为200mm。此外，导体12'的宽度为3mm。所述导体12'的弯曲部分中平行于y轴方向的最长部分的长度为61mm，位于最长部分的前部和后部的并且平行于x轴方向的部分的长度分别为18mm。中心线上两个相邻的谐振器之间的距离为63mm，以使得两个相邻的谐振器之间沿导体12'的长度大致等于设计波长。
另一方面，各个谐振器13-1到13-7的宽度为4mm，长度为182mm。各个谐振器13-1到13-7的中央元件13a的长度为60mm，元件13b和13c的长度分别为61mm。此外，元件13b、13c和中心线之间的角度为55度（即元件13b、13c和中央的元件13a之间的角度为35度）。上述货架天线3的各个组件之外的各个组件的尺寸和材料与根据第一实施方式的货架天线1的模拟中设定的尺寸和材料相同。
在图13A和图13B中，横轴表示沿x轴方向距供电端口12a的距离。另一方面，纵轴表示电场的强度。曲线图1301到1305分别表示，在距离所述货架天线4的表面400mm的上方处，在x轴方向离供电端口12a的距离和平行于x轴的电场分量强度之间的关系。其中，所述曲线图1301表示，在y轴方向离中心线距离为0mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于x轴方向的电场分量强度之间的关系。此外，所述曲线图1302和1303表示，在y轴方向离中心线距离分别为50mm和-50mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于x轴方向的电场分量强度之间的关系。此外，所述曲线图1304和1305表示，在y轴方向距中心线的距离分别为100mm和-100mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于x轴方向的电场分量强度之间的关系。值得注意的是，在图12中，在y轴方向离中心线的距离在中心线的上部用正值表示，在中心线的下部用负值表示。
另一方面，曲线图1311到1315分别表示，在距离所述货架天线4表面400mm的上方处，沿x轴方向距供电端口12a的距离和平行于y轴的电场分量强度之间的关系。其中，所述曲线图1311表示，在y轴方向距中心线距离为0mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于y轴方向的电场分量强度之间的关系。此外，所述曲线图1312和1313表示，在y轴方向距中心线距离分别为50mm和-50mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于y轴方向的电场分量强度之间的关系。此外，所述曲线图1314和1315表示，在y轴方向距中心线距离分别为100mm和-100mm的位置处，距供电端口12a的距离和平行于y轴方向的电场分量强度之间的关系。
如曲线图1301到1305和1311到1315中所示，可发现，在距离所述货架天线4表面400mm的上方处，平行于x轴的电场分量的强度分布和平行于y轴的电场分量的强度分布之间的差别很小。
图14是示出了关于所述货架天线4的S参数的频率特性的模拟结果的图。在该模拟中，假定所述货架天线4的各个组件的尺寸和电特性与图13A和图13B中所示的模拟中的尺寸和电特性相同。在图14中，横轴表示频率[GHz]，纵轴表示S11参数的值[dB]。曲线图1400表示所述货架天线4的S11参数的频率特性，根据有限元法，通过电磁场模拟得到。如曲线图1400中所示，可发现，在所述货架天线4中，所述S11参数在用于RFID系统的912MHz到934MHz之间等于或小于-10dB，所述范围表明了极好的天线特征。
当所述货架天线4与其他通信设备通信时，例如被附着到位于所述货架天线4上的物品上的RFID标签，所述其他通信设备可以朝向反向于所述货架天线4的各种方向。然而，根据本实施方式，无论电场的方向如何，所述货架天线4可以使得电场强度均匀。因此，无论所述其他通信设备的天线方向如何，所述货架天线4均可以与其他通信设备进行很好的通信。
图15是根据所述第四实施方式的修改的货架天线的平面图。
同样，在本实施方式中，所述各个谐振器13-1到13-5由长度大致等于设计波长的线型导体组成，并且各个谐振器均被提供在基片的上层10-2的表面上。各个谐振器13-1到13-5被布置为使两个相邻的谐振器之间沿导体12'的距离大致等于设计波长。
在本修改中，所述各个谐振器13-1到13-5包括两个直线形状的元件13a和13b，这两个元件在它们与从导体12'的开口端12b延伸到供电端口12a的中心线重叠的位置处相互连接。所述元件13a和13b相对于中心线对称，并且与中心线成锐角，因此所述元件在它们与中心线重叠的位置处最靠近开口端12b，而靠近供电端口12a则离开中心线。因此，在本修改中，所述谐振器13-1到13-5也分别被形成为朝向导体12'的开口端12b的凸形。
图16A和图16B分别是根据所述第四实施方式的进一步修改的货架天线的平面图。在如图16A和图16B中所示的修改中，各个谐振器的形状和方向与图12中所示的货架天线4不同。在图16A中所示的修改中，谐振器13-1到13-7两侧的两个元件13b和13c与中央元件13a各自形成的角度是互不相同的。具体而言，元件13b和中央元件13a之间的角度大于元件13c和中央元件13a之间的角度。因此，各个谐振器相对于从供电端口12a延伸到开口端12b的中心线是不对称的。
此外，在图16B中所示的修改中，各个谐振器被布置成倾斜于中心线，以使从供电端口12a延伸到开口端12b的中心线与各个谐振器13-1到13-7的中央元件13a之间的角度是锐角。因此，在本修改中，谐振器一侧的元件13b和中心线之间的角度小于另一侧的元件13c和中心线之间的角度。因此，各个谐振器相对于中心线是不对称的。在两种修改中，各个谐振器均被形成为朝向导体12'的开口端12b的凸形，并且谐振器的至少一部分与中心线之间的角度均为锐角。因此，如图16A和图16B中所示，即使当各个谐振器被形成为相对于中心线不对称时，各个谐振器也可以产生x轴方向的电场分量和y轴方向的电场分量。
图17是根据所述第四实施方式的进一步修改的货架天线的平面图。在该修改中，各个谐振器的形状与图12中所示的货架天线4中的谐振器不同。在该修改中，所示谐振器13-1到13-7被形成为弧形形状。同样，在该修改中，各个谐振器被形成为朝向导体12'的开口端12b的凸形，并且被布置为使得各个谐振器的中点穿过导体12'。因此，除了谐振器的中点，由于谐振器和从供电端口12a延伸到开口端12b的线之间的角为锐角，所以各个谐振器可以产生平行于x轴方向的电场分量和平行于y轴方向的电场分量。因此，无论电场的方向如何，根据这种修改的货架天线4可以使电场强度均匀。因此，无论其他通信设备的天线的方向如何，这种货架天线能够实现与其他通信设备的通信，例如RFID标签。
值得注意的是，同样，在第四实施方式的这些修改中，各个谐振器最好不与导体的曲折部分重叠，以避免谐振器中电流的不均匀分布。
此外，根据上述各种实施方式的修改，各个谐振器可以具有线型以外的形状。图18A到图18C分别是示出了根据其他实施方式的谐振器的形状的图。在各种修改中，各个谐振器被布置在流经微带天线的电流的驻波节点附近，即距开口端距离为设计波长一半和设计波长的一半的整数倍的任一位置处的附近。
图18A中所示的例子中，谐振器14-1到14-3包括两个以X字符形状布置的线型导体。在这个例子中，形成谐振器的两个导体也具有大致等于设计波长的长度。各个谐振器被布置为使得形成谐振器的两个导体的交叉点正好位于导体12上。
图18B中所示的例子中，谐振器15-1到15-3具有蝴蝶结领结形状。所述各个谐振器15-1到15-3被布置为使得沿导体12的轴向宽度最小的部分位于导体12上。
图18C中所示的例子中，谐振器16-1到16-3分别包括曲折形状。在这种情况下，所述各个谐振器16-1到16-3被设计为使沿曲折导体的长度大致等于设计波长。每一个谐振器被布置为使谐振器的中点位于导体12上。此外，各个谐振器的形状可以互相不同。例如，如果货架天线包括三个谐振器，其中一个谐振器可以是如图3中谐振器13-1所示的线性导体，另一个谐振器可以是如图18A中所示的X字符型导体，另一个谐振器可以是图18B中所示的蝴蝶结领结型导体。
根据另一种修改，各个谐振器可以被布置为使谐振器的轴向和作为微带天线部分的导体的轴向成锐角。
在任一种实施方式和它们的修改中，谐振器之一被优选地布置在离微带天线的开口端距离为设计波长一半的位置附近，即流经微带天线的电流的驻波节点中最接近开口端的节点的附近。这是因为，离开口端最近的节点附近的电场比其他节点附近的电场更强，因此，布置在节点附近的谐振器可以与微带天线更强地电磁耦合。

Claims (12)

1.一种近场天线，包括：
基片，其包括第一介电层和第二介电层，所述第二介电层设置在第一介电层上面；
接地电极，其被布置在所述第一介电层的下表面；
导体，其被布置在所述第一介电层和所述第二介电层之间，并与所述接地电极一起形成微带天线，所述导体的一端与供电端口相连接，所述导体的另一端是开口端；以及
至少一个谐振器，其被布置在所述第二介电层的上表面的某一范围内，在所述范围内，对于流经所述微带天线的电流的驻波的任一个节点，所述谐振器能够与所述微带天线电磁耦合，其中，所述流经所述微带天线的电流取决于从所述微带天线发射的或通过所述微带天线接收的具有某一设计波长的电波。
2.如权利要求1所述的近场天线，其中，所述至少一个谐振器中的第一谐振器被布置在沿导体距开口端的距离是设计波长的一半处。
3.如权利要求2所述的近场天线，其中，
所述至少一个谐振器包括多个谐振器，并且，
所述多个谐振器中每一个谐振器被布置为使得沿所述导体两个相邻的谐振器之间的距离是设计波长的一半。
4.如权利要求2所述的近场天线，其中，
所述至少一个谐振器包括多个谐振器，并且，
所述多个谐振器中的每一个谐振器被布置为使得沿所述导体两个相邻的谐振器之间的距离为设计波长。
5.如权利要求4所述的近场天线，其中，
所述导体包括两个相邻的谐振器之间的曲折形状，并且，
所述两个相邻的谐振器之间的间隔短于设计波长。
6.如权利要求3所述的近场天线，其中，
所述导体包括两个相邻的谐振器之间的曲折形状，并且，
所述两个相邻的谐振器之间的间隔短于设计波长的一半。
7.如权利要求5所述的近场天线，其中，
所述多个谐振器被形成为朝向所述导体的开口端的凸形，并且，所述多个谐振器中的每一个谐振器的至少一部分与从所述导体的供电端口延伸到开口端的线成锐角。
8.如权利要求7所述的近场天线，其中，
所述多个谐振器的至少一部分是谐振器的两端。
9.如权利要求5所述的近场天线，其中，
所述多个谐振器被形成为使得不与所述导体的包含曲折形状的部分重叠。
10.如权利要求1到6中任一项所述的近场天线，其中，
所述至少一个谐振器包括一种当与所述导体的距离更大时沿所述导体的轴向的宽度更宽的形状。
11.如权利要求1到6中任一项所述的近场天线，其中，
所述至少一个谐振器包括两个第二导体，其被布置为互相交叉成X字符的形状，并且，
所述两个第二导体的交叉点正好位于所述导体上方。
12.如权利要求1到6中任一项所述的近场天线，其中，所述至少一个谐振器包括曲折形状。
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