CN108054503B - Rfid读写器及其读写天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种RFID读写器及其读写天线，包括电路板、天线振子及反射振子。电路板包括相互层叠设置的信号层、地层及反射层，地层及反射层位于信号层的同侧；其中，信号层设置有传输线，地层设置有地线；天线振子包括两个分别设置于信号层及地层的谐振臂，谐振臂具有馈电端及辐射末端，两个谐振臂的馈电端分别与传输线及地线电连接，且两个谐振臂在反射层上的投影成轴对称；反射振子设置于反射层，且反射振子与天线振子在反射层上的投影相对设置。本发明提供的RFID读写器及其读写天线具有使用方便的特点。

Description

RFID读写器及其读写天线

技术领域

本发明涉及无线电技术领域，特别是涉及一种RFID读写器及其读写天线。

背景技术

RFID读写器即无线射频识别读写器，其内部包括RFID读写天线。RFID读写天线是指通过发送或接收无线电讯号，识别特定目标并获取相关数据的天线。RFID读写天线无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，无需人工干预，操作快捷方便。RFID读写天线目前广泛应用于物流、防伪溯源、ETC等。

天线增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元空间同一点处所产生的信号的功率密度之比。增益越高，信号辐射越强。

然而，现有的RFID读写天线增益较低，方向性不强，导致RFID读写天线漏读前方标签或误读后方标签的情况时有发生，使用不方便。

发明内容

基于此，有必要针对现有的RFID读写器及其读写天线使用不方便的问题，提供一种方便使用的RFID读写器及其读写天线。

一种RFID读写天线，包括：

电路板，包括相互层叠设置的信号层、地层及反射层，所述地层及所述反射层位于所述信号层的同侧；

其中，所述信号层设置有传输线，所述地层设置有地线；

天线振子，包括两个分别设置于所述信号层及所述地层的谐振臂，所述谐振臂具有馈电端及辐射末端，两个所述谐振臂的所述馈电端分别与所述传输线及所述地线电连接，且所述两个谐振臂在所述反射层上的投影成轴对称；及

反射振子，设置于所述反射层，且所述反射振子与所述天线振子在所述反射层上的投影相对设置。

在其中一个实施例中，所述天线振子呈弧形。

在其中一个实施例中，还包括两个平行设置的平面巴伦，两个所述平面巴伦的一端分别与所述两个谐振臂的所述馈电端电连接，另一端分别与所述传输线或所述地线电连接。

在其中一个实施例中，所述平面巴伦呈梯形，且包括相对平行设置的长边及短边，所述长边与所述馈电端电连接，所述短边与所述传输线或所述地线电连接。

在其中一个实施例中，所述反射层设置于所述信号层及所述地层之间。

在其中一个实施例中，所述反射层设置于所述地层背向所述信号层的一侧。

在其中一个实施例中，所述反射振子包括呈一字形的增强部及两个呈V形的反射部，两个所述反射部分别位于所述增强部相对的两端，且两个所述反射部的一端分别与所述增强部的两端连接。

在其中一个实施例中，两个所述反射部远离所述增强部的一端分别与所述两个谐振臂的所述辐射末端相对设置。

在其中一个实施例中，还包括两个柔性的保护层，所述两个保护层分别覆设于所述电路板相对两侧的表面。

一种RFID读写器，包括；

收发器，具有输出端；及

上述RFID读写天线，所述输出端与所述传输线电连接。

上述RFID读写器及其读写天线，两个谐振臂分别设置于信号层及地层。当两个谐振臂的馈电端接入高频电流时，天线振子产生并辐射电磁波。而反射振子具有反射电磁波的功能，反射振子与天线振子在反射层上的投影相对设置，反射振子反射接收到的电磁波；进一步的，反射振子设置于反射层，使得经反射振子反射回的电磁波具有对称性，进而使得天线振子发射方向的电磁波被增强，故增益提高、方向性增强。因此，上述RFID读写器及其读写天线能有效地避免漏读或误读后方标签的情况发生，具有使用方便的特点。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中RFID读写天线的结构示意图；

图2为图1所示RFID读写天线中电路板各层之间的位置关系图；

图3为图1所示RFID读写天线中电路板在另一实施例中的各层之间的位置关系图；

图4为图1所示RFID读写天线在频率为800MHz～1.05GHz范围内的增益图；

图5为图1所示RFID读写天线在频率为915MHz下的方向图；

图6为图1所示RFID读写天线在频率为800MHz～1.05GHz范围内的驻波比图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种RFID读写器及其读写天线。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的RFID读写器(图未示)包括收发器及RFID读写天线100。

收发器一般为调频发射机或调幅发射机。收发器为RFID读写天线100的能量输入及接收设备。具体的，收发器向RFID读写天线100输入能量时，输入的可以是高频振荡电流、电磁波或其它形式的能量。具体在本实施例中，收发器输入的为超高频的射频信号，频率范围为825MHz～1.02GHz。此种频率范围内的RFID读写天线具有穿透性强、数据记忆容量大的特点，被广泛应用于物流、防伪溯源、ETC等领域。

收发器具有输出端，输出端与RFID读写天线100通过同轴线连接。收发器的输出端通过同轴线向RFID读写天线100传输能量。同轴线为常见的信号传输线，具有使用方便，成本低的特点。

RFID读写器工作时，收发器通过输出端向RFID读写天线100输送能量，RFID读写天线100在RFID读写器中作为变换器，可以将接收到的能量转换成在无界媒介中传播的电磁波并向四周发射。进一步的，RFID读写天线100接收电磁波的信号，并将其转化为收发器需要的信号，返回收发器，从而实现对特定目标的识别并获取相关数据的功能。

请一并参阅图2，本发明较佳实施例中的RFID读写天线100包括电路板110、天线振子120及反射振子130。

电路板110一般由FR4(玻璃纤维环氧树脂覆铜板材质)、有机树脂或其它高分子材料制作而成。具体在本实施例中，电路板110由FR4材料制作，且电路板110的厚度为0.6mm。由FR4制作成的电路板110表面光滑、电绝缘性能优良。同时，由于FR4具有良好的抗冲击性能，使得电路板110在受到撞击或者被弯曲的情况下，仍能保持性能其固有的电气性能，便于使用。

电路板110包括相互层叠设置的信号层112、地层114及反射层116。地层114及反射层116位于信号层112的同侧。信号层112上设置有传输线，传输线通过同轴线与输出端电连接；地层114上设置有地线；反射层116上设置有反射振子130。

进一步的，在本实施例中，电路板110还包括辅助层118。辅助层118与信号层112、地层114及反射层116层叠设置。

具体的，辅助层118可为1～29层。其中，辅助层118既可设置于电路板110的表面，也可夹持于信号层112、地层114及反射层116的任意两层中间。

天线振子120包括两个谐振臂122。谐振臂122具有馈电端1222及辐射末端1224。两个谐振臂122在反射层116上的投影成轴对称。具体在本实施例中，当两个谐振臂122投影于反射层116时，两个谐振臂122的馈电端1222之间的距离小于两个谐振臂122的辐射末端1224之间的距离，以使天线振子120呈角度张开，便于辐射电磁波。天线振子120在RFID读写天线100中起辐射电磁波的作用。因此，天线振子120一般由导电性能较好的铜、铁、铝或其它金属材质制造。具体的，其形状可以是弧形、L形、杆形或其它形状。具体在本实施例中，天线振子120呈弧形。

具体的，两个谐振臂122呈轴对称的镰刀形，以使形成的天线振子120呈弧形。天线振子120辐射电磁波时，张角越大，辐射就越强，增益越高。呈弧形的天线振子120的两个谐振臂122张开的角度大，能够增强电磁波的辐射，提高增益。同时，弧形的天线振子120由于不需要两个谐振臂122完全张开，因此能够有效的减小天线振子120的体积，便于RFID读写天线100的小型化。

进一步的，两个谐振臂122分别设置于信号层112及地层114。谐振臂122具有馈电端1222及辐射末端1224。

两个谐振臂122的馈电端1222分别与传输线及地线电连接。具体的，两个谐振臂122的其中一个馈电端1222与传输线连接；另一个馈电端1222与地线电连接。

反射振子130具有反射天线振子120辐射的电磁波的作用。因此，反射振子130一般由铜、铝、银或其他金属材料制成。

进一步的，反射振子130设置于反射层116。反射振子130与天线振子120在反射层116上的投影相对设置。具体的，反射振子130可以是U形、V形、W形或者其他形状，只需确保反射振子130能达到反射电磁波的功能即可。

因此，反射振子130反射接收到的电磁波。进而，天线振子120发射方向的电磁波被增强，辐射增大，增益提高。

请再次参阅图2，在本实施例中，反射层116设置于信号层112及地层114之间。

因此，反射振子130对于位于信号层112及地层114的天线振子120发射的电磁波具有相同的反射功能，反射回的电磁波也关于反射层116具有高度对称性，进而使得天线振子120发射方向的电磁波被增强，辐射增大，增益提高。

进一步的，反射层116设置于信号层112及地层114之间还可以增加RFID读写天线100的带宽。在无线电技术领域，天线的带宽越宽，则天线的适应性更好。反射层116设置于信号层112及地层114之间，RFID读写天线100带宽指数可高达195MHz，从而提升RFID读写天线100的适应性。

请一并参阅图3，在另一个实施例中，反射层116也可以设置于地层114背向信号层112的一侧，只需确保设置于反射层116的反射振子130能够反射接收到的电磁波，使得天线振子120的辐射增大，增益提高即可。

具体在本实施例中，反射振子130包括增强部132及两个反射部134。增强部132呈一字形，反射部134呈V形。两个反射部134分别位于增强部132相对的两端，且两个反射部134的一端分别与增强部132的两端连接。

在反射振子130中，增强部132位于中部，反射部134位于两端。增强部12及反射部134均具有反射电磁波的功能。然而，反射振子130反射电磁波的功能是建立在一定距离范围内的。如果反射振子130与天线振子120的距离超过该范围，反射振子130的反射功能将减弱，甚至消失。正常情况下，将反射振子130设置于与天线振子120相对距离保持不变的范围内，且在这个范围内反射振子130具有良好的反射电磁波的功能。进一步的，由于增强部132呈一字形，且设置于两个V形反射部134的中间，使得反射振子130中间部分距天线振子120的距离与反射振子130两端距天线振子120的距离保持一致，从而增强反射振子130的反射作用，使得电磁波具有更好的定向性，RFID读写天线100的增益更高。

进一步的，在本实施例中，两个反射部134远离增强部132的一端分别与两个谐振臂122的辐射末端1224相对设置。

如此，反射部134远离增强部132的端部与辐射末端1224实现耦合。反射振子130在反射电磁波的过程中，尖端部分发生耦合，形成的反射效果会强于反射振子130其他部分的反射效果。因此，反射部134远离增强部132的一端与两个谐振臂122的辐射末端1224相对设置可以增强反射振子130的反射效果，提高RFID读写天线100的增益，并使得天线振子120发射的电磁波具有良好的定向性。

如图4所示，在频率为800MHz～1.05GHz的超高频范围内，天线振子120的增益可达5dB。如图5所示，在频率为915MHz的条件下，RFID读写天线100在0～180度主波瓣上，电磁波辐射的集中效果好，定向效果佳。

在本实施例中，RFID读写天线100还包括两个平行设置的平面巴伦140，两个平面巴伦140的一端分别与两个谐振臂122的馈电端1222电连接，另一端分别与传输线或地线电连接。

平面巴伦140具有调节RFID读写天线100阻抗的作用。正常情况下，RFID读写器同轴线上的阻抗与RFID读写天线100的阻抗是不匹配的。不匹配的阻抗导致传输过程中的能量损耗增大，天线的辐射功率减小，影响RFID读写天线100的增益。而平面巴伦140可以调节RFID读写天线100的阻抗，并使之与同轴线上的阻抗相匹配，进而降低传输过程中的能量损耗，提升RFID读写天线100的增益和带宽。

具体的，平面巴伦140可以是Marchand巴伦、LC巴伦、同轴巴伦或其它形式的巴伦，只需确保平面巴伦140能够达到调节RFID读写天线100的阻抗，并使之与同轴线上的阻抗相匹配即可。在无线电技术领域，驻波比用来衡量天线阻抗与同轴线阻抗的匹配程度。驻波比为1，表示天线阻抗与同轴线阻抗完全匹配，辐射效果最好，但这仅仅是一种理想情况。驻波比越大，匹配程度越低，带宽越窄。

如图6所示，RFID读写天线100在频率为800MHz～1.05GHz范围内的驻波比最低可达1.39。由此可见，平面巴伦140的使用，使得天线阻抗与同轴线阻抗匹配良好。如此，降低了传输过程中的能量损耗，便于RFID读写天线100辐射能量。

具体的，平面巴伦140可以是长方形，梯形或其它的形状。具体在本实施例中，平面巴伦140呈梯形。平面巴伦140包括相对平行设置的长边及短边，长边与馈电端1222电连接，短边与传输线或地线电连接。

带宽与平面巴伦140的形状息息相关。梯形的平面巴伦140，长边与馈电端1222电连接，短边与传输线或地线电连接，输入的信号由短边传输到长边，从而增强RFID读写天线100的适应性，便于提升RFID读写天线100的工作效率。

请再次参阅图1，两个平面巴伦140包括第一平面巴伦142及第二平面巴伦144。其中，第一平面巴伦142及第二平面巴伦144为完全相同的两个平面巴伦140，仅为了便于描述才对其标号进行区分。

第一平面巴伦142设置于信号层112。第一平面巴伦142的长边与位于信号层112的馈电端1222电连接，短边与传输线连接。电路板110远离天线振子120的一侧设置有同轴线焊接点150，传输线通过同轴线焊接点150与同轴线焊接，将输出端输出的信号通过同轴线的传输，进入传输线，并在平面巴伦140处发生耦合。

具体的，传输线可以是微带线、带状线，共面波导或其它传输线。只需确保输出端的信号能够传入第一平面巴伦142即可。具体在本实施例中，传输线为微带传输线，微带传输线具有可靠性高，使用频带宽的特点。微带传输线的使用可获得较低的后瓣增益。

第二平面巴伦144设置于地层114。第二平面巴伦144的长边与位于地层114的馈电端1222电连接，短边通过地线接地。第二平面巴伦144接地后，在第一平面巴伦142及第二平面巴伦144之间形成相反的相位。从微带传输线输入第一平面巴伦142的信号在第一平面巴伦142及第二平面巴伦144之间发生耦合，并输入到位于信号层112及地层114的馈电端1222。信号经过第一平面巴伦142及第二平面巴伦144的作用，输入两个馈电端1222的信号相等，相位相反，且均为微带传输线上信号的一半。相反相位的信号进入天线振子120，形成电磁场且发射电磁波。

在本实施例中，RFID读写天线100还包括两个柔性的保护层160，两个保护层160分别覆设于电路板110相对两侧的表面。

保护层160的设置，可以有效的保护RFID读写天线100在受到冲击和弯曲时，仍然具有良好的电气性能，维持RFID读写天线100的功能。

具体的，保护层160可以由PVC塑料、橡胶或其它高分子材料制成，只需确保保护层160具有保护RFID读写天线100能够抵抗外界冲击的作用即可。

具体在本实施例中，保护层160由PVC材料制成。PVC材料具有耐候性、稳定性及良好的抗弯曲能力。PVC制成的保护层160与电路板110粘黏在一起，对于电路板110上设置的元件具有保护作用，可延长RFID读写天线100的使用寿命。

在本实施例中，RFID读写天线100还包括指示灯170。指示灯170设置于电路板110上，并与同轴线电连接。

指示灯170用于指示RFID读写天线100的工作状态。指示灯亮，说明RFID读写天线100处于工作状态；指示灯170熄灭，则说明RFID读写天线100停止工作或者发生故障，即可对RFID读写天线100进行维修。

需要指出的是，RFID读写天线100作为一个设置于RFID读写器中的一个部件，体积越小越好。因此，根据RFID读写天线100各元件之间的配合作用，将电路板100设置为轴对称图形，并沿轴线方向设置信号部、过渡部及连接部。天线振子120及平面巴伦140设置于信号部，反射振子130、传输线及地线设置于过渡部，同轴线焊接点150设置于连接部。信号部根据天线振子120的形状设置为圆弧形，过渡部根据反射振子130的形状设置为梯形，连接部为了便于与收发器连接设置为长方形。

长方形—梯形—圆弧形的电路板110的设置，不仅外形美观，同时合理的根据RFID读写天线100元件的形状设置外形，有利于减小RFID读写天线100的体积，进而进一步减小RFID读写器的体积。

上述RFID读写器及其读写天线100，两个谐振臂122分别设置于信号层112及地层114。当两个谐振臂122的馈电端1222接入高频电流时，天线振子120产生并辐射电磁波。而反射振子130具有反射电磁波的功能，反射振子130与天线振子120在反射层116上的投影相对设置，使得反射振子130反射接收到的电磁波；进一步的，反射振子130设置于反射层116，使得经反射振子130反射回的电磁波具有对称性，进而使得天线振子120发射方向的电磁波被增强，辐射增大，增益提高。因此，上述RFID读写器及其读写天线100具有使用方便的特点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种RFID读写天线，其特征在于，包括：

电路板，包括相互层叠设置的信号层、地层及反射层，所述地层及所述反射层位于所述信号层的同侧；

其中，所述信号层设置有传输线，所述地层设置有地线；

天线振子，所述天线振子呈弧形，所述天线振子包括两个分别设置于所述信号层及所述地层的谐振臂，所述谐振臂具有馈电端及辐射末端，两个所述谐振臂的所述馈电端分别与所述传输线及所述地线电连接，且所述两个谐振臂在所述反射层上的投影成轴对称；及

反射振子，设置于所述反射层，且所述反射振子与所述天线振子在所述反射层上的投影相对设置；所述反射振子包括呈一字形的增强部及两个呈V形的反射部，两个所述反射部分别位于所述增强部相对的两端，且两个所述反射部的一端分别与所述增强部的两端连接。

2.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，还包括两个平行设置的平面巴伦，两个所述平面巴伦的一端分别与所述两个谐振臂的所述馈电端电连接，另一端分别与所述传输线或所述地线电连接。

3.根据权利要求2所述的RFID读写天线，其特征在于，所述平面巴伦呈梯形，且包括相对平行设置的长边及短边，所述长边与所述馈电端电连接，所述短边与所述传输线或所述地线电连接。

4.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，所述反射层设置于所述信号层及所述地层之间。

5.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，所述反射层设置于所述地层背向所述信号层的一侧。

6.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，两个所述反射部远离所述增强部的一端分别与所述两个谐振臂的所述辐射末端相对设置。

7.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，还包括两个柔性的保护层，所述两个保护层分别覆设于所述电路板相对两侧的表面。

8.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，电路板还包括辅助层，所述辅助层与所述信号层、所述地层以及所述反射层层叠设置。

9.根据权利要求1所述的RFID读写天线，其特征在于，所述反射振子的材料为铜、铝或银。

10.一种RFID读写器，其特征在于，包括；

收发器，具有输出端；及

如上述权利要求1～9中任意一项所述的RFID读写天线，所述输出端与所述传输线电连接。