CN106299595B - 双频rfid标签读取设备的天线、双频rfid标签读取设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种双频RFID标签读取设备的天线和双频RFID标签读取设备，其中，所述双频RFID标签读取设备的天线包括：低频环形天线，用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以激活所述双频RFID标签；以及高频环形天线，位于所述低频环形天线所围成的环形区域内，用于接收所述双频RFID标签发出的高频电磁波；其中，所述高频环形天线包括串联连接的多个谐振子，其中，每个所述谐振子包括串联连接的单芯导线和电容。该技术方案，可以有效地简化高频环形天线的结构和制作工艺，同时也降低了材料成本，更加适合批量生产。

Description

双频RFID标签读取设备的天线、双频RFID标签读取设备
技术领域
本发明涉及无线射频技术领域，具体而言，涉及一种双频RFID标签读取设备的天线和一种双频RFID标签读取设备。
背景技术
目前，双频RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)标签读取设备的天线包括：低频环形天线和高频环形天线，如图1所示，其中，低频环形天线用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以激活该双频RFID标签，而高频环形天线用于接收双频RFID标签发送的高频电磁波信号。一般地，高频环形天线是由同轴线构成的，即多段同轴线的线芯与屏蔽层交叉串联而成，这种高频环形天线的材料成本较高，制作工艺比较复杂，且天线尺寸的灵活性低。
因此，如何简化双频RFID标签读取设备的天线的高频环形天线部分的结构和制作工艺，降低其材料成本，从而降低双频RFID标签读取设备的天线的成本成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出了一种新的双频RFID标签读取设备的天线，其高频环形天线包括多个由单芯导线和电容串联形成的谐振子，即通过使用单芯线材有效地简化了高频环形天线的制作工艺和结构，同时也降低了材料成本，更加适合批量生产。
本发明的另一个目的在于提出了一种具有该天线的双频RFID标签读取设备。
为实现上述至少一个目的，根据本发明的第一方面，提出了一种双频RFID标签读取设备的天线，包括：低频环形天线，用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以激活所述双频RFID标签；以及高频环形天线，位于所述低频环形天线所围成的环形区域内，用于接收所述双频RFID标签发出的高频电磁波；其中，所述高频环形天线包括串联连接的多个谐振子，其中，每个所述谐振子包括串联连接的单芯导线和电容。
根据本发明的双频RFID标签读取设备的天线，包括低频环形天线以及位于其围成的环形区域内的高频环形天线，其中，低频环形天线用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以供双频RFID标签将该低频电磁波转换成供电电源进行激活，然后发出高频电磁波以将双频RFID标签中的信息发送给双频RFID标签读取设备的高频环形天线，即双频RFID标签读取设备和双频RFID标签均具有低频天线和高频天线，两者之间通过近场电磁波传输信号；具体地双频RFID标签读取设备的高频环形天线包括多个谐振子，而每个谐振子包括串联连接的单芯导线和电容，其中该单芯导线相当于电感，进一步地，该多个谐振子串联连接形成一个环路，即等同于一个LC谐振回路，且该高频环形天线的谐振频率与双频RFID标签发来的高频电磁波的频率一致，从而双频RFID标签发出的高频电磁波能够在高频环形天线中产生谐振，使高频环形天线将双频RFID标签的高频电磁波转换成电流信号供双频RFID标签读取设备解码，如此，通过使用单芯线材有效地简化了高频环形天线的制作工艺和结构，同时也降低了材料成本，更加适合批量生产。
需要说明的是，上述技术方案中的谐振子为单芯导线和电容串联直接而成，一方面通过将接收到的高频电磁波转换为谐振电流的形式读取双频RFID标签的信号，另一方面相较于由电感线圈和电容组成LC谐振电路结构简单、占用空间小且功耗低。
根据本发明的上述实施例的双频RFID标签读取设备的天线，还可以具有以下技术特征：
在上述任一技术方案中，优选地，所述低频环形天线连接至发射电路，所述高频环形天线连接至接收电路，以及所述发射电路和所述接收电路集成在一个解码器中。
在该技术方案中，低频环形天线通过发射电路向双频RFID标签发送用以激活该标签的低频电磁波，高频环形天线通过接收电路接收被激活的双频RFID标签发来的高频电磁波，进一步地可以将连接至低频环形天线的发射电路和连接至高频环线天线的接收电路封装集成在一个解码器中。
在上述技术方案中，优选地，连接至所述接收电路的所述高频环形天线的末端谐振子的电容位于所述接收电路中。
在该技术方案中，为了实现对高频环形天线的谐振频率的自动调节，可以将其连接至接收电路的末端谐振子中的电容布设至接收电路中，以通过自动、方便地调节电容值而达到改变高频环形天线的谐振频率，实现自动调谐。
在上述任一技术方案中，优选地，所述高频环形天线呈矩形。
在该技术方案中，多个谐振子可以形成矩形结构的高频环形天线，比如可以应用于马拉松计时毯中；当然也可以为其他形状，比如正方形等。
在上述任一技术方案中，优选地，所述低频环形天线呈矩形，以及所述低频环形天线和所述高频环形天线的单芯导线之间间隔5cm～20cm。
在该技术方案中，低频环形天线可以与高频环形天线一样呈矩形布设在其外圈，且低频环形天线和高频环形天线的单芯导线之间可以有5cm～20cm的间隔。
在上述任一技术方案中，优选地，所述高频环形天线呈圆形。
在该技术方案中，在该技术方案中，多个谐振子可以形成圆形结构的高频环形天线；当然也可以为其他形状，比如椭圆形等。
在上述任一技术方案中，优选地，所述低频环形天线呈圆形，以及所述低频环形天线和所述高频环形天线之间间隔5cm～20cm。
在该技术方案中，低频环形天线可以与高频环形天线一样呈圆形布设在其外圈，且低频环形天线和每个高频环形天线的单芯导线之间可以有5cm～20cm的间隔。
在上述任一技术方案中，优选地，所述高频环形天线环绕成多圈。
在该技术方案中，还可以将多个谐振子串联连接环绕呈多圈。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：闭合环形导线，位于所述低频环形天线的外圈。
在该技术方案中，为了降低整个双频RFID标签读取设备的天线在接收高频电磁波时受外界其他电磁波的干扰，可以在低频环形天线的外圈围设一个闭合环形导线，以产生一个抵抗电磁场阻止外部交变电磁场的变化，提高双频RFID标签读取设备的天线的抗干扰能力。
根据本发明的第二方面，提出了一种双频RFID标签读取设备，包括：如上技术方案中任一项所述的双频RFID标签读取设备的天线，因此，该双频RFID标签读取设备具有如上述技术方案中任一项所述的双频RFID标签读取设备的天线的所有有益效果，在此不再赘述。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了相关技术中的双频RFID标签读取设备的天线的示意图；
图2示出了本发明的实施例的双频RFID标签读取设备的天线的示意框图；
图3示出了本发明的实施例的谐振子的示意图；
图4示出了本发明的第一实施例的高频环形天线的示意图；
图5示出了本发明的第二实施例的高频环形天线的示意图；
图6示出了本发明的第三实施例的高频环形天线的示意图。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图2至图6对本发明的双频RFID标签读取设备的天线的具体实施例进行详细说明。
如图2所示，根据本发明的实施例的双频RFID标签读取设备的天线20，包括：低频环形天线202和高频环形天线204。
其中，低频环形天线202，用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以激活所述双频RFID标签；以及高频环形天线204，位于所述低频环形天线202所围成的环形区域内，用于接收所述双频RFID标签发出的高频电磁波；其中，所述高频环形天线204包括串联连接的多个谐振子2042，其中，每个所述谐振子2042包括串联连接的单芯导线L’和电容C’，如图3所示。
根据本发明的双频RFID标签读取设备的天线20，包括低频环形天线202以及位于其围成的环形区域内的高频环形天线204，其中，低频环形天线202用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以供双频RFID标签将该低频电磁波转换成供电电源进行激活，然后发出高频电磁波以将双频RFID标签中的信息发送给双频RFID标签读取设备的高频环形天线204，即双频RFID标签读取设备和双频RFID标签均具有低频天线和高频天线，两者之间通过近场电磁波传输信号；具体地双频RFID标签读取设备的高频环形天线204包括多个谐振子2042，而每个谐振子2042包括串联连接的单芯导线L’和电容C’，其中该单芯导线L’相当于电感，进一步地，该多个谐振子2042串联连接形成一个环路，即等同于一个LC谐振回路，且该高频环形天线204的谐振频率与双频RFID标签发来的高频电磁波的频率一致，从而双频RFID标签发出的高频电磁波能够在高频环形天线204中产生谐振，使高频环形天线204将双频RFID标签的高频电磁波转换成电流信号供双频RFID标签读取设备解码，如此，通过使用单芯线材有效地简化了高频环形天线204的制作工艺和结构，同时也降低了材料成本，更加适合批量生产。
需要说明的是，上述实施例中的谐振子2042为单芯导线L’和电容C’直接串联而成，一方面通过将接收到的高频电磁波转换为谐振电流的形式读取双频RFID标签的信号，另一方面相较于由电感线圈和电容组成LC谐振电路结构简单、占用空间小且功耗低。
在上述实施例中，进一步地，所述低频环形天线202连接至发射电路，所述高频环形天线204连接至接收电路，以及所述发射电路和所述接收电路集成在一个解码器中。
在该技术方案中，低频环形天线202通过发射电路向双频RFID标签发送用以激活该标签的低频电磁波，高频环形天线204通过接收电路接收被激活的双频RFID标签发来的高频电磁波，进一步地可以将连接至低频环形天线202的发射电路和连接至高频环线天线的接收电路封装集成在一个解码器中。
在上述任一实施例中，连接至所述接收电路的所述高频环形天线204的末端谐振子的电容位于所述接收电路中。
在该技术方案中，为了实现对高频环形天线204的谐振频率的自动调节，可以将其连接至接收电路的末端谐振子中的电容布设至接收电路中，以通过自动、方便地调节电容值而达到改变高频环形天线204的谐振频率，实现自动调谐。
对于本发明的双频RFID标签读取设备的天线20的高频环形天线204，具体可以包括以下具体实施例：
实施例一：所述高频环形天线204呈矩形。
在该技术方案中，多个谐振子2042可以形成矩形结构的高频环形天线204，比如可以应用于马拉松计时毯中；当然也可以为其他形状，比如正方形等。
具体地，如图4所示，该高频环形天线204包括4个串联连接的谐振子2042，该4个谐振子2042围成矩形形状。
进一步地，在该实施例的双频RFID标签读取设备的天线20中，所述低频环形天线202呈矩形，以及所述低频环形天线202和所述高频环形天线204的单芯导线L’之间间隔5cm～20cm。
在该技术方案中，低频环形天线202可以与高频环形天线204一样呈矩形布设在其外圈，且低频环形天线202和高频环形天线204的单芯导线L’之间可以有5cm～20cm的间隔。
实施例二：所述高频环形天线204呈圆形。
在该技术方案中，在该技术方案中，多个谐振子2042可以形成圆形结构的高频环形天线204；当然也可以为其他形状，比如椭圆形等。
具体地，如图5所示，该高频环形天线204包括3个串联连接的谐振子2042，该3个谐振子2042围成圆形形状。
进一步地，在该实施例的双频RFID标签读取设备的天线20中，所述低频环形天线202呈圆形，以及所述低频环形天线202和所述高频环形天线204之间间隔5cm～20cm。
在该技术方案中，低频环形天线202可以与高频环形天线204一样呈圆形布设在其外圈，且低频环形天线202和每个高频环形天线204的单芯导线L’之间可以有5cm～20cm的间隔。
实施例三：所述高频环形天线204环绕成多圈。
在该技术方案中，还可以将多个谐振子2042串联连接环绕呈多圈，如图6所示，图中所示的圆点表示电容C’。
在上述任一实施例中，双频RFID标签读取设备的天线20还包括：闭合环形导线(图中未示出)，位于所述低频环形天线202的外圈。
在该技术方案中，为了降低整个双频RFID标签读取设备的天线20在接收高频电磁波时受外界其他电磁波的干扰，可以在低频环形天线202的外圈围设一个闭合环形导线，以产生一个抵抗电磁场阻止外部交变电磁场的变化，提高双频RFID标签读取设备的天线20的抗干扰能力。
具体地，在本发明的实施例的双频RFID标签读取设备的天线的应用场景中，比如马拉松计时，比较常用的双频RFID标签读取设备的天线是3m×1m，或者6m×1m，如果用一根单芯导线绕一个3m×1m的单圈环路，其电感值在十几mH，如果用一个电容与其串联，形成6.8MHz的谐振回路，则需要0.1pF级的电容，但现实中没有这样小的电容产品，因此，简单地将一个单芯导线绕一圈然后与电容串联形成一个串联谐振天线是不可行的。
而在本发明的实施例中，采用多段单芯导线和对应的相同数量的电容串联形成一个大面积的LC谐振回路，很容易使其谐振在6MHz左右的高频。具体地，根据楞次定律，一根单芯导线可以等效为一个电感，一根长L的单导线，半径是R，它的电感值由可以由以下公式表示：L0＝μ0×L×(ln2L/R-0.75)/2π，其中，L0为圆截面单芯直导线的电感(单位：H)，L为导线长度(单位：m)，R为导线半径(单位：m)，μ0为真空导磁率，ln表示对数函数。根据理论计算和实际制作测试，我们得出：一根直径1mm，长1米左右的单芯导线的等效电感值为1000pH，则这个电感与一个几百pF的电容就能形成6MHz的谐振回路。
通过本发明的技术方案，通过将一段单芯导线与一个电容相串联，就形成一个串联谐振电路，即谐振子，并将多个谐振子再串联在一起围成一个环，便形成了一个谐振在某个频点上的谐振环，即形成一个双频RFID标签读取设备的天线的高频环形天线，其谐振频率就可以处于双频RFID标签的高频工作点上，进一步地，该谐振环可以是矩形的，也可以是圆形的，还可以使其它形状，以及还可以将这个谐振环绕成多圈。
显然，上述实施例中的高频环形天线制作工艺非常简单，材料成本也很低，且天线的形状、大小都很灵活，比如可以做成3m×1m、6m×1m这样的大面积的天线，也可以做成0.5m×0.5m这样的小面积的天线，还可以做成直径为0.1m的多圈天线。
进一步，为了微调上述实施例中的高频环形天线的谐振频率，可以微调其中的一个电容，比如末端的电容，即通过改变这个电容的值，则能改变整个高频环形天线的谐振频率，并可以将该末端的电容放在双频RFID标签读取设备的天线的接收电路中，实现自动调谐。
综上，通过使用单芯线材，比同轴线的成本低很多，且天线的结构和制作工艺都更简单，适合批量生产。
作为本发明的一个实施例，可以将上述任一实施例中的双频RFID标签读取设备的天线应用于双频RFID标签读取设备中，因此，该双频RFID标签读取设备具有如上实施例中任一项所述的双频RFID标签读取设备的天线的所有有益效果。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过使用单芯线材制作双频RFID标签读取设备的天线的高频环形天线，具体地该高频环形天线包括多个由单芯导线和电容串联形成的谐振子，有效地简化了高频环形天线的制作工艺和结构，同时也降低了材料成本，更加适合批量生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，包括：
低频环形天线，用于向双频RFID标签发送低频电磁波，以激活所述双频RFID标签；以及
高频环形天线，位于所述低频环形天线所围成的环形区域内，用于接收所述双频RFID标签发出的高频电磁波；
其中，所述高频环形天线包括串联连接的多个谐振子，其中，每个所述谐振子包括串联连接的单芯导线和电容；
所述低频环形天线连接至发射电路，所述高频环形天线连接至接收电路，以及所述发射电路和所述接收电路集成在一个解码器中；
连接至所述接收电路的所述高频环形天线的末端谐振子的电容位于所述接收电路中。
2.根据权利要求1所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，所述高频环形天线呈矩形。
3.根据权利要求2所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，所述低频环形天线呈矩形，以及所述低频环形天线和所述高频环形天线的单芯导线之间间隔5cm～20cm。
4.根据权利要求1所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，所述高频环形天线呈圆形。
5.根据权利要求4所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，所述低频环形天线呈圆形，以及所述低频环形天线和所述高频环形天线的单芯导线之间间隔5cm～20cm。
6.根据权利要求1所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，所述高频环形天线环绕成多圈。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双频RFID标签读取设备的天线，其特征在于，还包括：
闭合环形导线，位于所述低频环形天线的外圈。
8.一种双频RFID标签读取设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的双频RFID标签读取设备的天线。
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