CN105098339B - 一种uhf频段rfid读写器天线及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种UHF频段RFID读写器天线及系统，天线包括倒F型天线，倒F型天线包括地平面、倒F型天线辐射单元及馈电点，其特征在于，还包括：第一金属线，形成在地平面的一个端部，并沿垂直于地平面的方向延伸。通过平面构型，在有限的面积内增加了整个天线的谐振强度，提高增益。

Description

一种UHF频段RFID读写器天线及系统

技术领域

本发明涉及RFID技术，特别涉及一种UHF频段RFID读写器天线及系统。

背景技术

物联网技术将是互联网和移动互联技术之后，信息技术发展的重要方向。射频识别(FRID，Radio Frequency Identification)技术则是物联网核心技术之一。

RFID技术是利用无线信号进行非接触的双向通信，以自动识别目标，获取目标相关数据和信息的技术。在日常生活中有着广泛的应用，如金融系统的身份识别、超市和仓库的物品管理、交通运输系统的车辆监控、工业生产中的安全监控和供应链管理、医疗卫生系统的信息管理、图书档案管理系统以及军事防御等诸多领域，该技术使得生产和生活更便捷和安全，提高了效率。

依据RFID系统工作频率的不同，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。低频和高频段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。

超高频段RFID系统用远场工作原理，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。因此，对于便携式UHF频段RFID系统，小型化、高增益UHF频段RFID读写器天线的设计是国际上的研究的热点和难点之一。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷，提供一种便于小型化且具有高增益的UHF频段RFID读写器天线及系统。

本发明提供了一种一种UHF频段RFID读写器天线，包括倒F型天线，倒F型天线包括地平面、倒F型天线辐射单元及馈电点，其特征在于，还包括：第一金属线，形成在地平面的一个端部，并沿垂直于地平面的方向延伸。

可选的，所述第一金属线形成在靠近地平面的馈电点的端部，且沿倒F型天线辐射单元延伸；倒F型天线辐射单元上延伸出第二金属线，所述第二金属线与第一金属线形成电容耦合。

可选的，所述第二金属线具有与倒F型天线辐射单元的水平端垂直的第一部分、位于第一部分端部并与其垂直的第二部分和位于第二部分端部并与其垂直的第三部分，第三部分与第一金属线形成电容耦合。

可选的，在第二金属线与倒F型天线辐射单元接合处具有电容结构。

可选的，在馈电点一侧具有相对地平面的电容结构。

可选的，还包括第三金属线，形成在地平面的另一个端部，并沿垂直于地平面的方向延伸，且延伸方向与第一金属线的延伸方向相反。

此外，本发明还提供了一种UHF频段RFID读写器天线系统，包括以上所述的任一UHF频段RFID读写器天线。

可选的，还包括基板、金属平面引向器和支架；其中：

天线，位于基板的表面上；

金属平面引向器，至少为一个，位于基板的一侧；

基板与金属平面引向器层叠、间隔排列地固定于支架上。

可选的，基板与金属平面引向器的尺寸基本相同，对应长宽比的范围为0.8-1.2。

可选的，金属平面引向器与基板的距离或金属平面引向器之间的距离为平面天线中心工作频率对应真空波长的0.05-0.1倍。

本发明实施例提供的UHF频段RFID读写器天线及系统，在地平面的一个端部形成了金属线，通过平面构型，在有限的面积内增加了整个天线的谐振强度，提高增益。更进一步地，倒F型天线辐射单元上延伸出第二金属线与第一金属线形成电容耦合，进一步增加谐振的强度。

此外，更进一步地，在天线系统中引入了平面引向器，大大降低了天线的平面尺寸。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的RFID读写器的平面天线的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的RFID读写器的平面天线系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的平面天线系统回波损耗的仿真测量结果示意图；

图4为本发明实施例的平面天线系统软件仿真的天线三维增益图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

正如背景技术所描述的，高增益且易于小型化的超高频段的RFID读写器天线是设计中的热点和难点。为此，本发明提出了一种UHF频段RFID读写器天线，在有限的面积内提高增益。参考图1所示，该UHF频段RFID读写器天线包括：

倒F型天线5，倒F型天线包括地平面5-1、倒F型天线辐射单元5-2及馈电点，其特征在于，还包括：第一金属线6，形成在地平面5-1的一个端部，并沿垂直于地平面5-1的方向延伸。

本发明在地平面的一个端部形成了金属线，通过平面构型，在有限的面积内增加了整个天线的谐振强度，提高增益。

为了更好的理解本发明，以下将结合具体的实施例进行详细的描述。

如图1所示，在本实施例中，该天线形成在基板12上，在地平面5-1的一个端部上形成了第一金属线6，该金属线与地平面成直角，并在倒F型天线辐射单元5-2一侧延伸，该金属线增加了谐振长度。此外，在倒F型天线辐射单元5-2的端部形成了第二金属线的端部7与第一金属线6形成了电容耦合，这样，进一步的增加了谐振的强度。

在本实施例中，该第二金属线在倒F型天线辐射单元5-2的馈电点的一侧形成，具有与倒F型天线辐射单元的水平端垂直的第一部分、位于第一部分端部并与其垂直的第二部分和位于第二部分端部并与其垂直的第三部分7，该第三部分7与第一金属线6形成电容耦合。馈电点位于天线激励信号加载区域10、11之间。

为了进一步增加谐振长度，可以在地平面5-1的另一端也形成第三金属线6’，该第三金属线6’沿与第一金属线6相反的方向延伸。在本发明实施例中，金属线为金属线条。

为了进一步调节，在第二金属线与倒F型天线辐射单元接合5处串联电容结构8，在馈电点一侧具有相对地平面的并联电容结构9，这些电容结构8、9为匹配电容，可以为叉指型电容，可以通过印刷电路制作，通过改变叉指的间隙、长度、叉指单元的数目等来改变电容值的大小，实现电容值的精确控制。

此外，本发明还提出了基于上述天线设计的天线系统。在本发明的实施例中，如图2所示，该天线系统包括UHF频段RFID读写器天线1、基板2、金属平面引向器3、3’和支架4，其中：

天线1，位于基板2的表面上；

金属平面引向器3、3’，至少为一个，位于基板的一侧；

基板2与金属平面引向器3、3’层叠、间隔排列地固定于支架4上。

在本实施例中采用了金属平面引向器作为反射器件，根据电磁场的理论，当平面寄生单元的尺寸大于0.5倍天线工作波长时，起反射器作用；方平面寄生单元的尺寸小于0.5倍天线工作波长时，起引向器作用。因此，在相同的情况下，平面引向器的横向平面尺寸要小于平面反射器的横向平面尺寸，起到减小整个天线系统尺寸的作用。

在本发明实施例中，基板采用矩形形状，平面引向器与基板采用基本相同的形状和尺寸，长宽比的范围可以为0.8-1.2。本实施例中，金属平面引向器的数量为2个，在其他实施例中，可以根据需要，选择更多数量的平面引向器，平面引向器件的距离可以采用不等的间距。金属平面引向器(距离基板最近的平面引向器)与基板的距离或平面引向器之间的间距为平面天线中心工作频率对应真空波长的0.05-0.1倍。相较于传统平面反射器与天线辐射单元之间的间距在0.25倍工作波长左右，金属平面引向器与基板的距离或平面引向器之间的间距可以采用更小的间距，从纵向上进一步减小天线系统的整体尺寸。

对本实施例的天线系统进行了仿真和测量，如图3所示，从仿真与测量的对比结果看，天线系统的中心工作频率在919MHz，-10dB回波损耗对应工作带宽为852～983MHz；覆盖中国920.5～924.5MHz的UHF RFID系统频段。

图4是天线增益的电磁仿真结果，可以看到，天线的最大增益在Z轴的负方向；结合图2中天线的整体结构，可以看到，天线的平面引向器也位于天线辐射单元的下部，沿Z轴的负方向排列，与天线的最大增益方向一致，这也进一步说明该平面引向器起到了很好的引向作用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种UHF频段RFID读写器的天线系统，其特征在于，包括UHF频段RFID读写器天线；

还包括基板、金属平面引向器和支架；其中：

天线，位于基板的表面上；

金属平面引向器，至少为一个，位于基板的一侧；

基板与金属平面引向器层叠、间隔排列地固定于支架上；

UHF频段RFID读写器天线，包括倒F型天线，倒F型天线包括地平面、倒F型天线辐射单元及馈电点，还包括：第一金属线，形成在地平面的一个端部，并沿垂直于地平面的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，所述第一金属线形成在靠近地平面的馈电点的端部，且沿倒F型天线辐射单元延伸；倒F型天线辐射单元上延伸出第二金属线，所述第二金属线与第一金属线形成电容耦合。

3.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，所述第二金属线具有与倒F型天线辐射单元的水平端垂直的第一部分、位于第一部分端部并与其垂直的第二部分和位于第二部分端部并与其垂直的第三部分，第三部分与第一金属线形成电容耦合。

4.根据权利要求2所述的天线系统，其特征在于，在第二金属线与倒F型天线辐射单元接合处具有电容结构。

5.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，在馈电点一侧具有相对地平面的电容结构。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的天线系统，其特征在于，还包括第三金属线，形成在地平面的另一个端部，并沿垂直于地平面的方向延伸，且延伸方向与第一金属线的延伸方向相反。

7.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，基板与金属平面引向器的尺寸基本相同，对应长宽比的范围为0.8-1.2。

8.根据权利要求1所述的天线系统，其特征在于，金属平面引向器与基板的距离或金属平面引向器之间的距离为平面天线中心工作频率对应真空波长的0.05-0.1倍。