CN104538724A - 应用于rfid射频识别的地埋天线骨架装置及其地下安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置及其地下安装方法，它包括绝缘介质骨架和金属外框架，所述的绝缘介质骨架为聚丙烯塑料，在其中设置有一个天线孔，所述天线孔用来安装线状天线，所述绝缘介质骨架内部一侧设置有凹槽，所述的凹槽内两端分别安装振动传感器，传感器上连接导线，所述金属外框架由钢板制成，其内部和绝缘介质骨架紧密配合，金属外框架上平面和绝缘介质骨架上平面保持一致，所述金属外框架一端设置有射频天线引线管和振动传感器引线管，本发明可以为埋在地表面之下的天线提供绝缘介质外壳，克服了地层对天线发射能量的吸收衰减，确保天线发射效率，提升天线向地表面之上发射的效率，易于安装固定在混凝土或沥清道路中，承载重型车辆碾压。

Description

应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置及其地下安装方法

【技术领域】

本发明涉及一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置及其地下安装方法。

【背景技术】

传统的RFID射频传感器都是悬挂式，称之谓天线。但是传统的悬挂式天线无法满足一些特别的射频识别：

1.公路分车道识别：在高速行进车辆上的RFID射频标牌，公路射频识别的边界条件：

普通公路分车道宽3.2米，车辆限高4.5米，分车道悬挂天线高度要大于5米，传统天线方向性的主瓣角度60度，悬挂天线在道路上方5米路面识别宽度为5.7米，与3.2米宽的路宽相比，天线识别宽度跨过相邻车道1.2米，每个车道天线不受邻道天线干扰的宽度只有0.8米，故此悬挂式天线无法应用于分车道的射频识别。

2.旅客、观众携带的射频票卡因为人身体的影响，读取距离在4米以下，而机场候机厅、场馆大厅的高度在6米以上，传统悬挂式天线安装在大厅顶棚无法识别旅客、观众携带的射频票卡。

3.一些露天货场没有顶棚，也没有立杆安装传统的悬挂天线，无法实施进出货场车辆或货物上的射频标牌。

有鉴于此，无法悬挂天线，自然会选择地埋天线，所述地埋天线与车辆RFID射频号牌，与人身上的RFID射频票卡的距离在0.3米～1.2米之间距离，十分 有利于射频识读。

之所以目前没有地埋天线的应用，是因为地表面、地层对射频发射能量产生吸收衰减作用，射频天线功能下降，埋在地表面之下的天线无法识别车辆上的RFID射频标牌。

要解决这一技术问题，所述的地埋天线还必须能够承受重型车辆的碾压，具有可靠的机械稳定性。

【发明内容】

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置及其地下安装方法，本发明可以为埋在地表面之下的天线提供绝缘介质外壳，替代天线周围电磁场能量交换区范围内的地层，克服地层对天线发射能量的吸收衰减，确保天线发射效率，并提供天线抗压、抗弯曲强度，同时本发明的金属外框架具有射频能量反射罩功能，提升天线向地表面之上发射的效率，另外本发明的绝缘介质外壳与金属框架紧密接触，金属外壳框架为绝缘介质外壳提供强度更高的机械稳定性，易于安装固定在混凝土或沥清道路中，承载重型车辆碾压。

本发明的地埋天线骨架装置可以让射频天线安装于公路、高速公路、货场、候机厅、场馆大厅的地表面之下，实施车、货、人员携带的射频识读定位。

本发明技术方案如下所述：

一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征在于，它包括绝缘介质骨架和金属外框架，所述的绝缘介质骨架为聚丙烯塑料，在其中设置有一个天线孔，所述天线孔用来安装线状天线，所述绝缘介质骨架内部一侧设置有凹槽，所述的凹槽内两端分别安装振动传感器，传感器上连接导线，所述的 绝缘介质骨架两侧设置有螺丝孔，所述金属外框架由钢板制成，其内部和绝缘介质骨架紧密配合，金属外框架上平面和绝缘介质骨架上平面保持一致，所述金属外框架一端设置有射频天线引线管和振动传感器引线管。

根据上述结构的本发明，其特征还在于，所述金属外框架底部设置有一个安装定位板，所述安装定位板用于在地埋天线槽中定位，确保稳定性。

根据上述结构的本发明，其特征还在于，所述绝缘介质骨架横截面可以是三角形、长方形和抛物线反射截面任何一种。

根据上述结构的本发明，其特征还在于，绝缘介质骨架内部天线孔的直径为30～40毫米，孔中心距离绝缘介质骨架上平面的尺寸为30～40毫米。

根据上述结构的本发明，其特征还在于，金属外框架为厚度大于4毫米的钢板制成。

根据上述结构的本发明，其特征还在于，绝缘介质骨架介电常数为1.5。

根据上述结构，绝缘介质骨架介电常数1.5，接近于空气的介电常数，对射频信号的吸收衰减极小，绝缘介质骨架上面的天线孔用来安装线状天线。在绝缘介质骨架内的振动传感器用来检测车辆通过地埋天线或地埋天线附近道路的振动。在车辆轮胎碾压天线绝缘介质骨架时，绝缘介质骨架只会低频振动，不产生弯曲变形，也不会伤及天线孔中的线状天线。

金属外框架的内尺寸与绝缘介质骨架外尺寸紧密配合，金属外框架上平面与绝缘介质上平面一致，为绝缘介质外壳提供强度保护，提高耐压强度，金属外框架下面的安装定位板便于在公路地埋天线槽中定位，浇注混凝土后具有可靠的稳定性，车辆长期碾压地天线金属框架也不变形或松动。

根据上述技术特征，本发明应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置的 地下安装方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1)根据地埋线状天线的尺寸，确定绝缘介质骨架的长度和天线孔的直径，确定绝缘介质的横截面尺寸高度80～100毫米，宽度180～200毫米从而小于普通汽车轮胎的宽度，以确保地埋天线的稳定性；

2)根据振动传感器尺寸，确定振动传感器凹槽的尺寸；

3)根据地埋天线绝缘介质骨架的外尺寸，设计金属外框架的尺寸，并安装上射频天线引线管和振动传感器引线管；

4)将振动传感器安装在绝缘介质骨架振动传感器凹槽的两端，振动传感器的连线从振动传感器引线管引出，振动传感器固定在绝缘介质骨架内；

5)将绝缘介质骨架的侧面、底面涂抹常温固化硅胶后，安装在金属外框架中，并用若干个固定螺栓固定在绝缘介质骨架的侧面螺丝孔中，待硅胶固化后，可以防止渗入水份；

6)将天线通过射频天线引线管插入绝缘介质骨架的天线孔中；

7)通过射频天线引线管向天线孔注入聚氨脂泡沫，充填天线以外的空隙，确保天线孔不会渗入水分；

8)通过振动传感器引线管注入聚氨脂泡沫，防止渗水；

9)在公路或广场混凝土开挖地埋天线槽沟，其尺寸略大于地埋电线外框架的外尺寸；

10)将上述地埋天线骨架装置放入公路地埋天线槽沟内，将地埋天线的馈线接入射频读写器，振动传感器接入振动信息处理器后，检测天线和振动传感器正常工作后，向天线槽沟注入混凝土砂浆或沥清；

11)调整地埋天线骨架装置的水平面，确保与地平面一致，至此所述地埋天线骨架装置安装完毕。

根据上述结构及技术方案，本发明地埋天线骨架装置的用途有：

1)可将筒形多振子天线或平板多振子天线安装在地表面以下，成为地埋天线并安装在公路分车道、停车场、货场地表面之下，识别车辆上的RFID射频标牌，实现车辆定位与测速测重。

2)可以安装于候机厅、场馆大厅地表面之下，识别旅客、观众携带的RFID射频票卡，实现人员定位。

3)本发明适于安装在地表面之下，耐重型车辆碾压。

4)本发明提供振动传感器安装位，获得车辆通行信息，与地埋天线的射频识读信相比对，确定没有射频标牌的车辆，提高道路交通管理能力。

根据上述技术特征，本发明的有益效果在于，本发明可以为埋在地表面之下的天线提供绝缘介质外壳，替代天线周围电磁场能量交换区范围内的地层，克服了地层对天线发射能量的吸收衰减，确保天线发射效率，并提供天线抗压、抗弯曲强度，同时本发明的金属外框架具有射频能量反射罩功能，提升天线向地表面之上发射的效率，另外本发明的绝缘介质外壳与金属框架紧密接触，金属外壳框架为绝缘介质外壳提供强度更高的机械稳定性，易于安装固定在混凝土或沥清道路中，承载重型车辆碾压。

本发明的地埋天线骨架装置可以让射频天线安装于公路、高速公路、货场、候机厅、场馆大厅的地表面之下，实施车、货、人员携带的射频识读定位。

【附图说明】

图1为本发明第一种实施方式，绝缘介质骨架横截面为三角形的结构示意图。

图2为图1中A-A向剖面图。

图3为图1中地埋天线骨架装置俯视图。

图4为绝缘介质骨架的结构图。

图5为本发明第二种实施方式，绝缘介质骨架横截面为长方形的结构示意图。

图6为本发明第三种实施方式，绝缘介质骨架横截面为抛物线反射截面的结构示意图。

在图中：1、天线；2、振动传感器；10、绝缘介质骨架；11、天线孔；12、绝缘介质骨架上平面；13、振动传感器凹槽；14、螺丝孔；20、金属外框架；21、安装定位板；22、金属外框架上平面；23、射频天线引线管；24、振动传感器引线管；25、固定螺栓；30、公路或广场混凝土；31、地埋天线槽沟的回填混凝土砂浆或沥清；32、地平面。

【具体实施方式】

如图1-6所示，本发明应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征在于，它包括绝缘介质骨架10和金属外框架20，所述的绝缘介质骨架10为聚丙烯塑料，在其中设置有一个天线孔11，所述天线孔11用来安装线状天线1，所述绝缘介质骨架10内部一侧设置有振动传感器凹槽13，所述的振动传感器凹槽13内两端分别安装振动传感器2，传感器2上连接导线，所述的绝缘介质骨架10两侧设置有螺丝孔14，所述的绝缘介质骨架10两侧设置有螺丝孔14，所述金属外框架20由钢板制成，其内部和绝缘介质骨架10紧密配合，金属外框架20的上平面22和绝缘介质骨架10的上平面12保持一致，所述金属外框架20一端设置有射频天线引线管23和振动传感器引线管24。

所述金属外框架20底部设置有一个安装定位板21，所述安装定位板21 用于在地埋天线槽中定位，确保在公路表面之下获得稳定性。

如图1、5和6所示，所述绝缘介质骨架10横截面可以是三角形、长方形和抛物线反射截面任何一种。

所述绝缘介质骨架10内部天线孔11的直径为30～40毫米，孔中心距离绝缘介质骨架上平面22的尺寸为30～40毫米。

所述金属外框架20为厚度大于4毫米的钢板制成。

所述绝缘介质骨架10介电常数为1.5。

本发明应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置的地下安装方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1)根据地埋线状天线的尺寸，确定绝缘介质骨架10的长度和天线孔11的直径，确定绝缘介质的横截面尺寸高度80～100毫米，宽度180～200毫米从而小于普通汽车轮胎的宽度，以确保地埋天线的稳定性；

2)根据振动传感器2尺寸，确定振动传感器凹槽13的尺寸；

3)根据地埋天线绝缘介质骨架10的外尺寸，设计金属外框架20的尺寸，并安装上射频天线引线管23和振动传感器引线管24；

4)将振动传感器2安装在绝缘介质骨架10振动传感器凹槽13中，接好连线，振动传感器2固定在绝缘介质骨架10内；

5)将绝缘介质骨架10的侧面、底面涂抹常温固化硅胶后，安装在金属外框架20中，并用若干个固定螺栓25固定在绝缘介质骨架10的侧面螺丝孔14中，待硅胶固化后，可以防止渗入水份；

6)将天线1通过射频天线引线管23插入绝缘介质骨架10的天线孔11中；

7)通过射频天线引线管23向天线孔11注入聚氨脂泡沫，充填天线1以 外的空隙，确保天线孔11不会渗入水分；

8)通过振动传感器引线管24注入聚氨脂泡沫，防止渗水；

9)在公路或广场混凝土30开挖地埋天线槽沟，其尺寸略大于地埋电线外框架的外尺寸；

10)将上述地埋天线骨架装置放入公路地埋天线槽沟内，将地埋天线的馈线接入射频读写器，振动传感器接入振动信息处理器后，检测天线1和振动传感器2正常工作后，向天线槽沟注入混凝土砂浆或沥清；

11)调整地埋天线骨架装置的水平面，确保与地平面32一致，至此所述地埋天线骨架装置安装完毕。

本发明地埋天线骨架装置克服地层对射频天线发射高度影响的原理如下：

1、天线埋在地表之下的地层的影响：

天线辐射有三个区：感应场区、辐射近场区、辐射远场区。

天线附近的感应场区不辐射电磁波，电场能量和磁场能量交替的贮存于天线附近的空间内，这个空间范围为λ为波长，若以920MH射频天线，天线感应场的半径为天线埋在地表面之下的地层里，地层中通常都是有水气或含水的，其介电常数(空气介电常数为1)达到10以上，对920MH的射频电磁场能量吸收衰减，导致天线效率极大降低；在天线辐射近场的发射与识别效率极低，所以地埋天线没有得到应用。

2、地埋天线骨架装置提高地埋天线的发射与识读效率：

地埋天线绝缘介质骨架使得天线孔中的天线周围80毫米范围都是聚丙烯类塑料介电常数1.5，地埋天线的感应场区范围没有地层的吸收与衰减，接近于在空气中的状态，地埋天线的大部分能量进入天线的辐射近场区和远场区。

3、金属外框架的功能——射频反射罩功能：

地埋天线金属外框架不仅提供机械稳定性，承载重型车辆碾压，而且是地天线的反射罩。

根据射频天线反射理论，地埋天线位于金属外框架的上部，金属外框架的两侧边与底边距离天线的距离大于80毫米，位于天线的感应场区之外，金属框架不会吸收天线能量而影响天线发射效率。金属框架的侧板与底板具有反射射频能量的功能，增加地埋天线向上部的发射能量与效率，根据偶极子天线反射理论，地埋天线距金属框架底板的距离为0.37波长，具有较好的反射效果。

如果将金属外框架的形状设为抛物反射面，则会有更好的反射效果，提高地埋天线的发射效率。

Claims (7)

1.一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征在于，它包括绝缘介质骨架和金属外框架，所述的绝缘介质骨架为聚丙烯塑料，在其中设置有一个天线孔，所述天线孔用来安装线状天线，所述绝缘介质骨架内部一侧设置有凹槽，所述的凹槽内两端分别安装振动传感器，传感器上连接导线，所述的绝缘介质骨架两侧设置有螺丝孔，所述金属外框架由钢板制成，其内部和绝缘介质骨架紧密配合，金属外框架上平面和绝缘介质骨架上平面保持一致，所述金属外框架一端设置有射频天线引线管和振动传感器引线管。

2.根据权利要求1所述的应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征还在于，所述金属外框架底部设置有一个安装定位板，所述安装定位板用于在地埋天线槽中定位，确保在公路表面之下获得稳定性。

3.根据权利要求1所述的应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征还在于，所述绝缘介质骨架横截面可以是三角形、长方形和抛物线反射截面任何一种。

4.根据权利要求1所述的应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征还在于，绝缘介质骨架内部天线孔的直径为30～40毫米，孔中心距离绝缘介质骨架上平面的尺寸为30～40毫米。

5.根据权利要求1所述的应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征还在于，金属外框架为厚度大于4毫米的钢板制成。

6.根据权利要求1所述的应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置，其特征还在于，绝缘介质骨架介电常数为1.5。

7.一种应用于RFID射频识别的地埋天线骨架装置的地下安装方法，其特征在于，它包含以下步骤：

1)根据地埋线状天线的尺寸，确定绝缘介质骨架的长度和天线孔的直径，确定绝缘介质的横截面尺寸高度80～100毫米，宽度180～200毫米从而小于普通汽车轮胎的宽度，以确保地埋天线的稳定性；

2)根据振动传感器尺寸，确定振动传感器凹槽的尺寸；

3)根据地埋天线绝缘介质骨架的外尺寸，设计金属外框架的尺寸，并安装上射频天线引线管和振动传感器引线管；

4)将振动传感器安装在绝缘介质骨架振动传感器凹槽的两端，振动传感器的连线从振动传感器引线管引出，振动传感器固定在绝缘介质骨架内；

5)将绝缘介质骨架的侧面、底面涂抹常温固化硅胶后，安装在金属外框架中，并用若干个固定螺栓固定在绝缘介质骨架的侧面螺丝孔中，待硅胶固化后，可以防止渗入水份；

6)将天线通过射频天线引线管插入绝缘介质骨架的天线孔中；

7)通过射频天线引线管向天线孔注入聚氨脂泡沫，充填天线以外的空隙，确保天线孔不会渗入水分；

8)通过振动传感器引线管注入聚氨脂泡沫，防止渗水；

9)在公路或广场混凝土开挖地埋天线槽沟，其尺寸略大于地埋电线外框架的外尺寸；

10)将上述地埋天线骨架装置放入公路地埋天线槽沟内，将地埋天线的馈线接入射频读写器，振动传感器接入振动信息处理器后，检测天线和振动传感器正常工作后，向天线槽沟注入混凝土砂浆或沥清；

11)调整地埋天线骨架装置的水平面，确保与地平面一致，至此所述地埋天线骨架装置安装完毕。