CN109950683A - 一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线，包括天线线圈、天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路；所述天线线圈呈矩形，包括前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，所述前天线线圈、后天线线圈对称设置，所述左天线线圈和右天线线圈对称设置；所述前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈分别连接一天线阻抗匹配电路，各天线阻抗匹配电路均连接于射频能量信号源；所述天线切换控制电路分别连接于前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，用于控制前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈之间进行切换。本发明可以达到远距离识读13.56MHz RFID标签信息的要求，满足公安领域在人员密集场合的特殊应用。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线。
背景技术
近年来发生的多起暴恐事件表明，地铁、公交、火车站等人员密度大的场所成为恐怖袭击的首选目标。然而，目前这些场所针对乘客身份的安检手段还比较有限，主要由民警在现场使用普通手持或桌面式的第二代居民身份证阅读器进行抽检，这几类阅读器的主要缺点是识读距离近、范围小，存在安检效率低、排查人员比例小、民警负担重等问题，时有大规模人员滞留或存疑人员漏检的情况出现。
我国使用的第二代居民身份证及其阅读器就是采用了射频识别技术，目前第二代居民身份证阅读器读证的距离不超过10cm，而且需要证件垂直于阅读器天线的中心法线方向。主要是受阅读器中读写器和天线集成在一起的局限性所影响，限制了第二代居民身份证阅读器在特殊场合的应用范围。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线，可以达到远距离识读13.56MHz RFID标签信息的要求，满足公安领域在人员密集场合的特殊应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线，包括天线线圈、天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路；所述天线线圈呈矩形，包括前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，所述前天线线圈、后天线线圈前后对称设置，所述左天线线圈和右天线线圈左右对称设置；所述前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈分别连接一天线阻抗匹配电路，各天线阻抗匹配电路均连接于射频能量信号源；所述天线切换控制电路分别连接于前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，用于控制前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈之间进行切换。
进一步地，所述左天线线圈的尺寸为长400mm，宽1200mm，所述右天线线圈的尺寸与所述左天线线圈的尺寸一致。
进一步地，所述前天线线圈的尺寸为长700mm，宽2000mm，后天线线圈的尺寸与前天线线圈的尺寸一致。
进一步地，前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈均采用4mm2的单芯铜线绕制而成。
本发明还提供一种利用上述远距离识别的13.56MHz阅读器天线的采集系统，包括对称设置的左侧非金属门板和右侧非金属门板，以及连接于所述左侧非金属门板和右侧非金属门板的顶端之间的顶柜，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的前侧共同形成前门框，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的后侧共同形成后门框；前天线线圈和后天线线圈分别对称地安装在前门框和后门框上，所述左天线线圈和右天线线圈分别对称设置在左侧非金属门板和右侧非金属门板上。
本发明的有益效果在于：本发明适用于远距离自动识别领域，可以实现在35cm范围内对法定证件信息进行远距离、多角度的读取，解决了在人员密集等特殊场合的应用问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的组成示意图；
图2为本发明实施例1的左天线线圈示意图；
图3为本发明实施例1的前天线线圈示意图；
图4为本发明实施例1中矩形天线线圈的工作原理示意图；
图5为本发明实施例1中矩形天线线圈的工作俯视图；
图6为本发明实施例2的系统示意图；
图7为本发明实施例2的其中一种工作状态示意图；
图8为本发明实施例2的另一种工作状态示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
本实施例提供一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线，如图1所示，包括天线线圈、天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路6；所述天线线圈呈矩形，包括前天线线圈1、后天线线圈2、左天线线圈3和右天线线圈4，所述前天线线圈1、后天线线圈2前后对称设置，所述左天线线圈3和右天线线圈4左右对称设置；所述前天线线圈1、后天线线圈2、左天线线圈3和右天线线圈4分别连接一天线阻抗匹配电路7、8、9、10，各天线阻抗匹配电路7、8、9、10均连接于射频能量信号源5；所述天线切换控制电路6分别连接于前天线线圈1、后天线线圈2、左天线线圈3和右天线线圈4，用于控制前天线线圈1、后天线线圈2、左天线线圈3和右天线线圈4之间进行切换。
进一步地，如图2所示，所述左天线线圈3的尺寸为长400mm，宽1200mm，所述右天线线圈4的尺寸与所述左天线线圈3的尺寸一致。
进一步地，如图3所示，所述前天线线圈1的尺寸为长700mm，宽2000mm，后天线线圈2的尺寸与前天线线圈1的尺寸一致。
更进一步地，前天线线圈1、后天线线圈2、左天线线圈3和右天线线圈4均采用4mm2的单芯铜线绕制而成。
在上述天线中，大功率的射频能量作为信号源，分别经由四个天线阻抗匹配电路的阻抗匹配后传输到各个天线线圈，再通过天线线圈最大程度地输出射频能量。天线切换控制电路用于控制四个不同线圈之间快速切换，轮流工作，当一个天线线圈向外输出能量时，另外三个天线线圈处于关闭状态，不向外输出能量。上述天线可以在天线线圈磁场范围内提供均匀的能量，可远距离多角度的识读13.56MHz RFID标签信息。
如图4所示，天线阻抗匹配电路连接天线，并在天线上形成电流(电流方向如图中箭头所示)。根据通电直导线中的安培定则，用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指指向就是磁感线的环绕方向，则可以画出磁感线的环绕方向，“×”表示远离，“·”表示靠近。
如图5所示，当俯视矩形天线线圈103工作时，即向外输出能量时，磁感线102方向如图所示，13.56MHz RFID标签101以垂直于矩形天线线圈103中心法线方向的角度进入矩形天线线圈103的磁感线102范围时，会耦合到最大的能量，在远离矩形天线线圈103的空间范围内即可被激活，实现了远距离识读13.56MHz RFID标签信息的功能。
需要说明的是，为实现天线的远距离识读，需要增大天线线圈的面积，扩大天线线圈产生的磁场范围，使13.56MHz RFID标签在远离金属线圈处仍能从磁场中耦合到足够的能量来激活卡体内的芯片。对于半径为R的金属线圈回路，匝数为N时，距离线圈为x处的磁场强度为：
由于磁场强度和线圈半径R并不是线性关系，为从数学上求出最大磁场强度与线圈半径R之间的关系，对上式进行求拐点计算得出：
即发射金属天线的最佳半径是最大期望读写范围的倍。
在本实施例中，左天线线圈和右天线线圈由4mm2的单芯铜线绕制成40cm宽、120cm长的矩形，通过网络分析仪对天线线圈的频点调整到13.56MHz,回波损耗调整到-10dB以下，可在垂直于矩形天线线圈中心法线方向的35cm处读取到13.56MHz RFID标签信息；
在本实施例中，前天线线圈1和后天线线圈2由4mm2的单芯铜线绕制成70cm宽、200cm长的矩形，通过网络分析仪对天线的频点调整到13.56MHz，回波损耗调整到-10dB以下，可在垂直于矩形天线线圈中心法线大于35cm处读取13.56MHz RFID标签信息。
实施例2
本实施例提供一种利用实施例1所述的远距离识别的13.56MHz阅读器天线的采集系统，如图6所示，包括对称设置的左侧非金属门板200和右侧非金属门板201，以及连接于所述左侧非金属门板200和右侧非金属门板201的顶端之间的顶柜202，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的前侧共同形成前门框，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的后侧共同形成后门框；前天线线圈1和后天线线圈2分别对称地安装在前门框和后门框上，所述左天线线圈3和右天线线圈4分别对称设置在左侧非金属门板200和右侧非金属门板201上。
如图7所示，四组线圈通过天线切换控制电路快速切换，轮流工作向空间辐射能量。当左天线线圈3工作时，大部分磁力线203会垂直穿过平行于左侧非金属门板的13.56MHz RFID标签204，使13.56MHz RFID标签204耦合到足够的能量，实现远距离读取13.56MHz RFID标签信息。而由于13.56MHz RFID标签205距离左天线线圈3比较远，存在不被激活的可能性；此时天线切换控制电路切换右天线线圈4工作，13.56MHz RFID标签205可以耦合到足够的能量激活芯片进行通信。13.56MHz RFID标签204、205与左侧非金属门板或右侧非金属门板呈一定角度时亦是如此。
如图8所示，当身份证件平行于系统进入时，即垂直于左侧非金属门板和右侧非金属门板进入时，前天线线圈1产生的电磁场206可以穿过三个不同位置的13.56MHz RFID标签207、208、209，使其获得足够的能量激活芯片进行通信。在另一侧，后天线线圈2同样也以相同方式可以读取身份证件信息，当标签与天线呈一定角度亦可。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种远距离识别的13.56MHz阅读器天线，包括天线线圈、天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路；其特征在于，所述天线线圈呈矩形，包括前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，所述前天线线圈、后天线线圈前后对称设置，所述左天线线圈和右天线线圈左右对称设置；所述前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈分别连接一天线阻抗匹配电路，各天线阻抗匹配电路均连接于射频能量信号源；所述天线切换控制电路分别连接于前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈，用于控制前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈之间进行切换。
2.根据权利要求1所述的远距离识别的13.56MHz阅读器天线，其特征在于，所述左天线线圈的尺寸为长400mm，宽1200mm，所述右天线线圈的尺寸与所述左天线线圈的尺寸一致。
3.根据权利要求1所述的远距离识别的13.56MHz阅读器天线，其特征在于，所述前天线线圈的尺寸为长700mm，宽2000mm，后天线线圈的尺寸与前天线线圈的尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的远距离识别的13.56MHz阅读器天线，其特征在于，前天线线圈、后天线线圈、左天线线圈和右天线线圈均采用4mm2的单芯铜线绕制而成。
5.一种利用上述任一权利要求所述的远距离识别的13.56MHz阅读器天线的采集系统，其特征在于，包括对称设置的左侧非金属门板和右侧非金属门板，以及连接于所述左侧非金属门板和右侧非金属门板的顶端之间的顶柜，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的前侧共同形成前门框，所述左侧非金属门板、右侧非金属门板、顶柜的后侧共同形成后门框；前天线线圈和后天线线圈分别对称地安装在前门框和后门框上，所述左天线线圈和右天线线圈分别对称设置在左侧非金属门板和右侧非金属门板上。
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