CN104466391A - 一种可用于显示器边框的美化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于显示器边框的美化天线，该美化天线包括功分器、基板材料、附着在基板材料上的由金属材质构成的2个平面倒F型天线、附着在基板材料下的由金属材质构成的地平面，其中：该美化天线经由功分器馈电，使用同轴馈电或微带馈电；所述功分器由馈线对2个倒F型天线馈电形成，位于两个相互垂直排列倒F型天线的夹角处，且馈线长度相等或接近相等；所述2个倒F型天线具有窄边及窄的接地平面，且2个倒F型天线相互垂直排列，其馈电端位于靠近直角的一端。与现有技术相比，该天线可充分利用显示器边框空间，具有美观和节省空间的效果，使用互相垂直的排列方式，可提高天线增益，增强天线极化特性。

Description

一种可用于显示器边框的美化天线

技术领域

本发明涉及UHF频段RFID读写器天线，特别涉及一种可用于显示器边框的美化天线。

背景技术

物联网技术是继互联网技术之后，未来信息技术发展的重要方向。射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)技术则是物联网的核心技术之一。RFID技术是利用无线信号进行非接触的双向通信，可以自动识别目标，获取目标相关数据和信息的技术。它在人类日常生活有广泛应用，可用于金融系统的身份识别、大型超市和仓库的物品管理、交通运输系统车辆监控、工业生产中的安全监控和供应链管理、医疗卫生系统信息管理、图书档案管理及军事防御等诸多领域，可以极大的提高人类生产和生活的便捷性、安全性和效率，对中国建设资源节约型和环境友好型社会亦有极大的推动作用。

依据技术类型不同，工作距离在几十厘米到几十米范围内RFID系统可以工作在不同的频率，按照工作频率可以分为低频(LF，125～135KHz)、高频(HF，13.56MHz)、超高频(UHF，840～960MHz)和微波(MW，2.4～2.5GHz)等系统。LF和HF频段RFID技术均采用近场工作原理，当前已经比较成熟，在日常生活中，各种门卡、银行卡、公交卡等都是其具体应用，但由于近场电磁储能衰减很快，其读写区域和距离不大，通常在几十厘米的范围内。

超高频和微波频段RFID技术使用远场工作原理，读写距离远可达1米～几十米，同时还具有数据传输速率快、天线方向性好、标签小巧平面化、抗干扰能力强、使用寿命长等优势，在高速公路车辆自动识别、集装箱识别、自动收费系统、城市交通管理、物流、仓库管理等场合有着巨大的应用前景。张俊等人申请号为201210358539.5、201210359310.3、201210451080.9的中国专利“计算机自动安全防护和结论系统及方法”，利用无线收发等装置，实现计算机的安全防护及节能，可使用UHF RFID的无线收发系统。

UHF频段RFID系统依据各国标准不同，其工作频率主要分布在840～960MHz范围，对应工作波长在33cm左右，读写器天线的尺寸通常在十几到几十厘米量级或更大，读写器天线的尺寸从根本上决定了整个读写器系统的尺寸。整个读写器系统的大小，会影响系统应用的便捷性和舒适性，譬如，大尺寸的读写器系统放置在电脑旁边，会占用有限的工作空间，也影响美观。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于，在基于电脑办公、家庭电视、电脑娱乐等UHF RFID的应用场景中，为提高UHF RFID系统的便捷性和美观性，提供一种可安装于显示器边框的UHF频段RFID读写器美化天线。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种可用于显示器边框的美化天线，该美化天线包括功分器、基板材料、附着在基板材料上的由金属材质构成的2个平面倒F型天线、附着在基板材料下的由金属材质构成的地平面，其中：该美化天线经由功分器馈电，使用同轴馈电或微带馈电；所述功分器由馈线对2个倒F型天线馈电形成，位于两个相互垂直排列倒F型天线的夹角处，且馈线长度相等或接近相等；所述2个倒F型天线具有窄边及窄的接地平面，且2个倒F型天线相互垂直排列，其馈电端位于靠近直角的一端。

上述方案中，所述2个倒F型天线的窄边宽度均不大于15毫米，长边长度均不大于200毫米。

上述方案中，该美化天线工作于满足中国标准的UHF RFID频段之一，即在920.5～924.5MHz，回波损耗小于-10dB。

上述方案中，通过改变所述倒F型天线的长度参数，能够使天线工作于满足其他频率标准的UHF RFID频段。

上述方案中，所述功分器为Wilkinson功分器。

上述方案中，所述地平面为2个倒F型天线通过金属连接共用的地平面。

上述方案中，所述地平面边缘呈阶梯形开口形状，以保证倒F形天线特性。通过金属连接，位于其中一个倒F天线下方的地平面充当了其中另一个倒F形天线的延伸地平面，以保证倒F形天线特性。

上述方案中，所述美化天线安装在应用UHF RFID系统的办公电脑、家用电脑或家庭电视的显示器的边框直角拐角处。所述美化天线安装于显示器边框表面、内部及背后。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供的可用于显示器边框的美化天线，利用了倒F型天线的结构特点，应用于显示器的边框，实现美化效果；通过两个倒F天线垂直排列组合，并共用地平面，使得位于一倒F天线下方的地平面充当了另一倒F形天线的延伸地平面，反之亦然；在窄边框情况下，这种共用地平面的方式，在一定程度上保证了倒F形天线需要较大地平面的特性，进而保证了倒F型天线的工作性能。

附图说明

图1为本发明提供的UHF频段RFID读写器美化天线的结构示意图；

图2为图1所示的UHF频段RFID读写器美化天线的侧面结构示意图；

图3为图1所示的UHF频段RFID读写器美化天线中边缘呈阶梯形的地平面的示意图；

图4为本发明提供的UHF频段RFID读写器美化天线安装于显示器边框的示意图；

图5为本发明提供的UHF频段RFID读写器美化天线的HFSS仿真和测量的回波损耗的示意图；

图6为本发明的UHF频段RFID读写器美化天线的HFSS仿真的三维增益图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不限于实施例所表述的范围，特别是在工作其他UHF工作频段。

如图1和图2所示，本发明提供的可用于显示器边框的美化天线，包括功分器、基板材料、附着在基板材料上的由金属材质构成的2个平面倒F型天线、附着在基板材料下的由金属材质构成的地平面，其中：该美化天线经由功分器馈电，使用同轴馈电或微带馈电；所述功分器由馈线对2个倒F型天线馈电形成，位于两个相互垂直排列倒F型天线的夹角处，且馈线长度相等或接近相等；所述2个倒F型天线具有窄边及窄的接地平面，且2个倒F型天线相互垂直排列，其馈电端位于靠近直角的一端。

其中，该美化天线工作于满足中国标准的UHF RFID频段之一，即在920.5～924.5MHz，回波损耗小于-10dB。所述2个倒F型天线的窄边宽度均不大于15毫米，长边长度均不大于200毫米。通过改变所述倒F型天线的长度参数，能够使天线工作于满足其他频率标准的UHF RFID频段。

功分器为Wilkinson功分器。地平面为2个倒F型天线通过金属连接共用的地平面。地平面边缘呈阶梯形开口形状，以保证倒F形天线特性。通过金属连接，位于其中一个倒F天线下方的地平面充当了其中另一个倒F形天线的延伸地平面，以保证倒F形天线特性。

美化天线安装在应用UHF RFID系统的办公电脑、家用电脑或家庭电视的显示器的边框直角拐角处，美化天线也可以安装于显示器边框表面、内部及背后。

再次参照图1和图2，本发明提供的可安装于显示器边框的UHF频段RFID读写器美化天线，包括功分器1、基板材料2、附着在基板材料上的由金属材质构成的2个平面倒F型天线3和3’、附着在基板材料下的由金属材质构成的地平面4。由于目前UHF频段的工作频率都在1GHz以下，高频损耗较低，对基板材料的使用要求不高，通常采用玻璃纤维板(FR-4)，厚度范围通常在3mm以下。

结合图1，在本实施例中，类似直角尺形状的基板材料2，所选介质材料为玻璃纤维板(FR-4)，厚度为1.6mm；窄边长度8为15mm，长边长度7为115mm。

功分器1为2路Wilkinson等功率功分器；为有效利用空间，输入信号的馈线6位于功分器内部，使用同轴线11进行馈电，6’为同轴线馈电点。输入信号的馈线6的特征阻抗为50欧姆，依据基板材料2的厚度以及介电常数，可以计算获得输入信号馈线6的宽度；同理，依据Wilkinson功分器的设计理论，也可获得功分器四分之一波长阻抗变换传输线、输出信号的馈线101和102的线宽；连接在2个输出信号馈电线101和102之间的隔离电阻5为100欧姆；通过HFSS电磁仿真软件仿真发现，输出信号馈电线101和102具有相等或近似相等的长度，天线可以达到高增益，非相差四分之一工作波长；

结合图1和图2，依据倒F天线的结构特征，2个倒F型形天线的末端9和9’通过通孔与地平面4相连。

结合图1和图3，附着在基板材料2下表面的边缘呈阶梯形开口形状的地平面4，由于不能直接在基板材料2的上表面显示，在图1中用虚线表示，其具体形状结构如图3所示。地平面4不是完全附着覆盖基板材料2的整个下表面，而是边缘呈阶梯状开口形状；地平面4可以看成是由基板材料2的下表面剪切去虚线表示的矩形平面12和12’、矩形平面13和13’得到；剪去矩形平面12和12’使得倒F型天线的辐射主体部分露出，以满足倒F型天线的结构特征，实现倒F型天线的辐射性能；矩形平面13的宽度比矩形平面12的宽度要窄，一方面可以实现阻抗匹配的调节；另一方面扩展了地平面4的面积，可以起到隔离作用，减小背面材质的介电特性对天线性能的影响，譬如天线放置在显示器边框时，可以减小显示器边框的工程塑料介电特性、厚度等对天线性能的影响；矩形平面12的内窄边沿121与倒F天线的馈线边沿301在上下平面方向对齐；矩形平面13的内窄边沿131与倒F天线的接地线边沿302在上下平面方向对齐；14为通过地平面的同轴线过孔；

结合图3，虚线框表示的矩形区域15，为2个倒F天线的地平面401和402的交叠区域，实现了2个倒F天线共用地平面；传统的倒F天线结构，为保证倒F天线的性能，其地平面要求很大；通过矩形区域15实现共用地平面，原本比较小的地平面401通过402得以扩展，同理原本比较小的地平面402通过401也得以扩展。

结合图4，是本发明实例的天线16安装于显示器17的边框18的结构示意图；本发明实施例中，天线16可安装于边框18的一个左上角的直角拐角处；天线16也可以安装于另外3个直角拐角处；依据性能要求和覆盖范围，也可以安装天线16于边框18的多个直角拐角处。

图5是使用三维电磁场仿真软件HFSS对于本发明实施例的一个仿真结果，以及使用网络分析仪的实际测量结果；仿真结果中，天线谐振频率在944.7MHz处，在-10dB回波损耗处，其对应频率为913.3MHz和990.4MHz，带宽为77.1MHz；实际的测量结果中，天线的谐振频率在962.0MHz，在-10dB回波损耗处，其对应频率为919.4MHz和1043.3MHz，带宽为123.9MHz；因此，在测量结果中天线的频率覆盖中国UHF频段920.5MHz～924.5MHz；另外，需要指出的是，通过改变倒F型天线的长度，可以改变天线的谐振频率，使得谐振频率刚好在中国UHF频段920.5MHz～924.5MHz附近；

图6是HFSS电磁仿真结果的三维增益图，最大增益在2.58dBi；最大增益方向在Z轴正方向，对应图1中Z轴方向，即垂于基板材料2所在平面指向读者的方向。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，该美化天线包括功分器、基板材料、附着在基板材料上的由金属材质构成的2个平面倒F型天线、附着在基板材料下的由金属材质构成的地平面，其中：

该美化天线经由功分器馈电，使用同轴馈电或微带馈电；

所述功分器由馈线对2个倒F型天线馈电形成，位于两个相互垂直排列倒F型天线的夹角处，且馈线长度相等或接近相等；

所述2个倒F型天线具有窄边及窄的接地平面，且2个倒F型天线相互垂直排列，其馈电端位于靠近直角的一端。

2.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述2个倒F型天线的窄边宽度均不大于15毫米，长边长度均不大于200毫米。

3.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，该美化天线工作于满足中国标准的UHF RFID频段之一，即在920.5～924.5MHz，回波损耗小于-10dB。

4.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，通过改变所述倒F型天线的长度参数，能够使天线工作于满足其他频率标准的UHF RFID频段。

5.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述功分器为Wilkinson功分器。

6.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述地平面为2个倒F型天线通过金属连接共用的地平面。

7.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述地平面边缘呈阶梯形开口形状，以保证倒F形天线特性。

8.根据权利要求7所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，通过金属连接，位于其中一个倒F天线下方的地平面充当了其中另一个倒F形天线的延伸地平面，以保证倒F形天线特性。

9.根据权利要求1所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述美化天线安装在应用UHF RFID系统的办公电脑、家用电脑或家庭电视的显示器的边框直角拐角处。

10.根据权利要求9所述的可用于显示器边框的美化天线，其特征在于，所述美化天线安装于显示器边框表面、内部及背后。