CN104241828B - 一种用于超高频rfid的超薄平板天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超高频RFID的超薄平板天线，包括金属反射底板、天线辐射基板、输入端口匹配板、输出端匹配板及馈电微带线，其天线辐射基板设于金属反射底板上，为正方形网格状微带走线布局；输入端口匹配板为天线的馈电板，设于金属反射底板上天线辐射基板的一侧，馈电点连接到该板的馈电微带线上，通过金属化过孔与金属反射底板的另一覆铜面相连；金属反射底板上天线辐射基板的另一侧设有两个输出端口匹配板，输出端口匹配板焊接电阻后通过金属化过孔来连接金属反射底板的上下覆铜面。本发明放置在任何材质上均可读取而不受干扰，其辐射场可以被很好地控制在有限的范围内，解决了在很多RFID应用场景中遇到的天线越区错读的技术难题。

Description

一种用于超高频RFID的超薄平板天线

技术领域

本发明涉及一种RFID读写器天线，尤其涉及一种用于超高频RFID的超薄平板天线。

背景技术

目前在超高频RFID技术某些应用领域，对天线的尺寸和性能要求比较高，如书架、橱柜、零售柜台等应用场景，一般的通用天线都不适用，主要存在以下几方面的问题：(1)天线的尺寸不能完全安装嵌入到这些长条型的柜面或书架上，而且天线厚度过厚；(2)天线基于这些应用环境，其识别电子标签的表现力比较差。如在书架上应用，某一层书架上的天线，完全可以读到上、下、左、右相邻书架上的电子标签，而实际应用中，是不需要读到相邻书架上的电子标签；(3)某些超薄平板天线虽然很薄，但是在一些金属材质的环境中应用时，极大的影响天线的性能指标。(如专利号200920105552.3所提的一种超薄平板圆极化天线，该天线就不可以直接放置在金属材质的环境中应用，而且其尺寸已经固化，不能按照使用环境的尺寸要求做更改。)

因此一款超薄、可应用在任何材质上、并且具有限定的辐射区域的超高频RFID天线成为解决该应用领域相关技术瓶颈的重要办法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种可以放置在木材、金属或任何材质上均可读取而不受干扰的用于超高频RFID的超薄平板天线，该天线的辐射场可以被很好地控制在有限的范围内，解决了在很多RFID应用场景中遇到的天线越区错读的技术难题,具体技术方案如下：

一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，包括金属反射底板1、天线辐射基板2、输入端口匹配板3、输出端匹配板4及馈电微带线5，所述的天线辐射基板2、输入端口匹配板3、输出端匹配板4均为PCB双面覆铜板，天线辐射基板2设于金属反射底板1上，为正方形网格状微带走线布局；所述的输入端口匹配板3为天线的馈电板，设于金属反射底板1上天线辐射基板2的一侧，馈电点连接到该板的馈电微带线5上，通过金属化过孔与金属反射底板1的另一覆铜面相连；金属反射底板1上天线辐射基板2的另一侧设有两个输出端口匹配板4，所述的输出端口匹配板4焊接电阻后通过金属化过孔来连接金属反射底板1的上下覆铜面。

本发明通过紧贴在天线辐射基板2下的金属反射底板1实现了放置在木材、金属或任何材质上均可读取而不受干扰的技术效果。如在木质书架上使用时，因为天线的金属反射底板1的作用，使得书架的上、下层的天线在识读电子标签时，不会相互的干扰，主要表现在下层的天线不会读到上层书架上的标签；而在金属材质上使用时，因为该金属反射底板1的隔离，使得金属材质不会对天线的性能有任何的影响。另外，通过天线辐射基板2上的正方形网格矩阵来实现对天线电磁波辐射的有效范围控制使得该天线的辐射场可以被很好地控制在有限的范围内。

所述平板天线具有超薄设计，厚度仅为7mm，单向UHF天线，专门为橱柜，橱窗，展示柜，书架所设计的，并可以应用在工厂流水线的传送带上。

该天线最大的技术突破，不仅于7毫米薄的设计，而是它可以放置在任何的金属类或非金属类的材质上。而且在长度上还可以因实际场合所需而订制，以确保它的应用与功能达到最佳化。

本发明采用了RFID先进设计技术，直接读取放置在天线上的射频辨识标签，他的辨识能力超强。此天线通过限制射频信号的发射范围以更好地控制射频区域，从而减少了射频信号越区错读的现象，很好地限制了标签读取的范围。

这款超薄天线的标准尺寸可为400*250*7mm。

该天线测试的环境为摆放在木制的书架上及没有任何障碍物的空间里，读写器可读取的距离约80公分左右。虽然读取的距离一般，但此款天线的特征并非读取距离而是读取范围。因此，我们模拟了一般UHF的远场天线所不能够读取的场景，那就是将整个天线摆放在铁柜里。

如果将某款电子标签藏在有金属铁环的资料夹里，并将这些资料夹摆放在金属制的书架上。对RFID而言，处于在金属的环境里标签是不可能被读取到的。因为在这些多层的金属铁板上，加上资料夹里的铁环已经可构成RFID在发射讯号时遭到反射效应，这是一般RFID无法正常读取的主要原因。而本发明可以直接放置在金属环境中应用，而不使天线性能受到任何影响，而且天线的辐射场可以控制在有限的范围内。使得在金属货架上，上下相邻两层的货架上的天线不会相互影响，即某层的天线不会错读到其上层或下层货架上的电子标签。而通过调节读写器的发射功率，可以控制天线的辐射的电磁波的场强，即增大读写器的发射功率，场强增大，辐射范围会变大；减小读写器的发射功率，场强减小，辐射范围会缩小，这样就可以根据客户的应用需求来增大或减小读写器的发射功率来满足实际场景应用的读标签效果。通过读写器调整天线的输出及接收功率，及该天线的性能特点，可将金属与金属之间的空间，形成一个隔离的空穴，这样使其读标签的效果非常的好，而不受金属环境的影响。

该天线其超薄的外形和优越的性能特点，使它能很好的应用于对天线安装空间受限的场景，如展示柜、智能货架、传送带等。下面，将描述在一些常见的案例应用中如何使用该天线的，该天线的应用可分为“开放空间”的应用和“内金属橱柜”的应用，下面就这2种不同的应用类别做简要的介绍。

(1)开放空间的应用：

①手表的零售展示：

在手表零售商店里，为了向顾客展示手表，通常将手表放在展示柜上。而零售商店可以利用展示柜上的该超薄天线来跟踪所展示手表的受欢迎度，以及基于这些采集的数据来分析顾客的行为。

放在该天线之上的所展示的手表上的电子标签必须是在一定距离的可读取的范围内(例如：5cm)，当手表从天线的有限辐射场范围内被拿出时，该手表的标签不能被读取，则可辨别出该手表被顾客拿出柜台。

可通过射频输出功率来控制，使得手表被拿出天线的辐射区或手表离开天线一定距离时标签不被读取。

②服装零售展示：

服装展示平台的应用特点也同手表的展示平台相似，而且衣服可以叠加堆放在一起，同时商店经理可以实时的来跟踪库存量。

(2)内金属橱柜里的应用：

①书架上的活页夹管理：

办公室里放置在金属架上的活页夹，公司可以利用放置在橱柜和架子上的该超薄平板天线来跟踪活页夹里的重要文件。

活页夹里的标签必须能被放置在橱架上的天线读取，当活页夹被拿出橱架时，该活页夹电子标签不能被读取，则可辨别出该活页夹被拿走或拿出，当然通过控制射频输出功率，该天线是不会越区读到其他隔层和架子上的活页夹。

②柜式抽屉里的文件管理：

柜式抽屉里的文件管理应用同上述活页夹管理的应用相似，

电子标签可黏贴在文件或书的靠底部的位置，以至于当放置在橱柜里时，文件或书更贴近天线。

附图说明

图1为本发明一种用于超高频RFID的超薄平板天线的结构示意图；

其中，1-金属反射底板；2-天线辐射基板；3-输入端口匹配板；4-输出端口匹配板；5-馈电微带线；

图2为对本发明一种用于超高频RFID的超薄平板天线的测试区域划分示意图；其中，a-天线；b-天线测试划分的区域；

图3为本发明一种用于超高频RFID的超薄平板天线垂直面(XZ)读标签距离测试记录示意图；

图4为本发明一种用于超高频RFID的超薄平板天线水平面(XY)读标签距离测试记录示意图；

图5为本发明一种用于超高频RFID的超薄平板天线各区域读标签距离示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例一

一种用于超高频RFID的超薄平板天线，包括金属反射底板1、天线辐射基板2、输入端口匹配板3、输出端匹配板4及馈电微带线5，所述的天线辐射基板2、输入端口匹配板3、输出端匹配板4均为PCB双面覆铜板，天线辐射基板2设于金属反射底板1上，为正方形网格状微带走线布局；所述的输入端口匹配板3为天线的馈电板，设于金属反射底板1上天线辐射基板2的一侧，馈电点连接到该板的馈电微带线5上，通过金属化过孔与金属反射底板1的另一覆铜面相连；金属反射底板1上天线辐射基板2的另一侧设有两个输出端口匹配板4，所述的输出端口匹配板4焊接电阻后通过金属化过孔来连接金属反射底板1的上下覆铜面。

所述的天线辐射基板2上正方形网格的尺寸优选为：纵向微带线的长度为0.5λ，宽度为0.003λ，且纵向微带线的间隔长度为0.025λ；横向微带线的长度为λ，宽度为0.003λ，且纵向微带线的间隔长度为0.025λ；其中λ为中心频率对应的波长。

所述的馈电微带线5优选为50欧姆。

所述的与输出端口匹配板4焊接的电阻阻值优选为100Ω。

所述的金属反射底板1优选为0.3mm的金属板。

所述的输入端口匹配板(3)上，在馈电点的位置附近焊接的阻抗匹配的电容优选为68Pf,该电容连接信号线与地线。

超高频RFID超薄平板天线性能测试结果：

(1)天线场辐射范围及读标签距离测试：

我们通过测试该天线的读写范围来大致判定该天线的辐射场模式。

为了尽量提高测试的准确性，我们把该天线分成了6个测试区域，如图2所示；

首先将平板天线连接到超高频RFID读写设备上，设置读写器的输出功率：Pout＝30dBm；输出频率：902～928MHz(跳频模式)；读写模式：自动连续读标签模式；设置完且读写器工作以后，将测试专用的标签分别置于该天线被划分的6个测试区域中，分别测量其读写距离并记录；再将标签分别置于天线边缘的4个端面，测量其读写距离并记录。详细测试记录如图3-图5所示。

(2)综述

通过上述该天线的测试得知，该天线的最大读标签距离为75cm，最大写标签距离为65cm，信号的辐射区域被限定在了有限的范围内，就不会越区错读，即超出了这个识别范围，标签就不会被读到；

他是一款应用在橱柜、橱窗、展示柜、书架天线的最佳选择。

Claims (5)

1.一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，包括金属反射底板(1)、天线辐射基板(2)、输入端口匹配板(3)、输出端匹配板(4)及馈电微带线(5)，所述的天线辐射基板(2)、输入端口匹配板(3)、输出端匹配板(4)均为PCB双面覆铜板，天线辐射基板(2)设于金属反射底板(1)上，为正方形网格状微带走线布局；所述的输入端口匹配板(3)为天线的馈电板，设于金属反射底板(1)上天线辐射基板(2)的一侧，馈电点连接到该板的馈电微带线(5)上，通过金属化过孔与金属反射底板(1)的另一覆铜面相连；金属反射底板(1)上天线辐射基板(2)的另一侧设有两个输出端口匹配板(4)，所述的输出端口匹配板(4)焊接电阻后通过金属化过孔来连接金属反射底板(1)的上下覆铜面；所述的金属反射底板(1)为0.3mm的金属板，所述天线为厚度7mm，单向UHF天线。

2.根据权利要求1所述的一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，所述的天线辐射基板(2)上的纵向微带线的长度为0.5λ，宽度为0.003λ，且纵向微带线的间隔长度为0.025λ；横向微带线的长度为λ，宽度为0.003λ，且纵向微带线的间隔长度为0.025λ；其中λ为中心频率对应的波长。

3.根据权利要求1所述的一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，所述的馈电微带线(5)为50欧姆。

4.根据权利要求1所述的一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，与所述的输出端口匹配板(4)焊接的电阻阻值为100Ω。

5.根据权利要求1所述的一种用于超高频RFID的超薄平板天线，其特征在于，所述的输入端口匹配板(3)上，在馈电点的位置附近焊接的阻抗匹配的电容为68Pf,该电容连接信号线与地线。