CN201601219U - 发卡器及其内置天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种射频识别系统发卡器的内置天线，包括：天线基板和连接馈线，基板包括：介质板、设置在介质板上的偶极子天线、与偶极子天线处于同一平面的至少两个共面寄生单元；偶极子天线具有弯折的形状；至少两个共面寄生单元分别设置在偶极子天线的两侧并与偶极子天线耦合。本实用新型的天线场强较强，场分布均匀，尺寸相对较小，性能稳定，易批量加工，安装方便。
Description
技术领域
本实用新型专利涉及一种微波通讯天线，尤其涉及射频识别系统领域内使用的发卡器及其内置天线。
背景技术
射频识别系统发卡器天线应用频段为840MHz～845MHz，发卡器应用领域非常的广泛，主要通过人工操作，完成对单张高频、超高频或高频超高频一体RFID标签信息的建档、数据修改等操作。本质上，发卡器是一个小型的标签读写装置，需要与标签管理软件配合使用。根据发卡器的实际使用场景，其一般具有发射功率小、整机功耗低、读写距离近、便于人工操作等特点，是构建RFID应用系统的重要组成部分。
目前要求发卡器天线为内置近场天线，在工作频段内对各种标签进行读取，且在读卡区域无盲点。受实际应用场景限制，可识别距离需控制在一定范围之内，超高频标签与发卡器表面有效距离不超过10厘米，且识别范围控制在一个较小的区域内，以保证对堆放在发卡器周围的标签不误操作。
由于发卡器要求小型化，所以现有的天线在尺寸非常小的条件下场强较弱，且场分布不均匀。
针对相关技术中发卡器的内置天线在尺寸非常小的条件下场强较弱，且场分布不均匀的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种发卡器的内置天线，以至少解决现有的天线在尺寸非常小的条件下场强较弱，且场分布不均匀的问题。
根据本实用新型的一个方面，提供了一种射频识别系统发卡器的天线，包括：天线基板和连接馈线，基板包括：介质板、设置在介质板上的偶极子天线、与偶极子天线处于同一平面的至少两个共面寄生单元；偶极子天线具有弯折的形状；至少两个共面寄生单元分别设置在偶极子天线的两侧并与偶极子天线耦合。
优选地，连接馈线与偶极子天线同轴馈线连接。
优选地，介质板为95mm×77mm×1mm长方体的FR4板材，介电常数为4.4。
优选地，内置天线通过串联和并联进行阻抗匹配。
优选地，偶极子天线包括两个臂，分别为第一臂和第二臂。
优选地，第一臂包括垂直连接的第一直臂和第二直臂；第二臂包括垂直连接的第四直臂和第五直臂；第一直臂与第四直臂形成一条直线段，第二直臂和第五直臂分别设置在直线段的两侧；至少两个共面寄生单元为两个共面寄生单元，两个共面寄生单元关于直线段的中点对称并且形状相同。
优选地，两个共面寄生单元为矩形。
优选地，第一臂还包括第三直臂，第一直臂与第三直臂平行，第三直臂与第一直臂分别位于第二直臂两端并且位于同一侧；第二臂还包括与第六直臂，第四直臂与第六直臂平行，第四直臂与第六直臂分别位于第五直臂两端并且位于同一侧。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种发卡器，包括前面所述的内置天线。
优选地，发卡器为无源高频和超高频混合RFID发卡器，发卡器中包括高频线圈，高频线圈将基板包围在其中。
本实用新型的内置天线采用设置在介质板上的偶极子天线、与偶极子天线处于同一平面的至少两个共面寄生单元；偶极子天线具有弯折的形状，在较小的空间内增加了天线的有效长度，因而增强了场强，在满足发卡器系统的功率需求的情况下，极大地缩短了天线的尺寸；至少两个共面寄生单元分别设置在偶极子天线的两侧并与偶极子天线耦合，起到均匀场分布和增强场强的作用，并消除了读卡盲点，解决了现有的天线在尺寸非常小的条件下场强较弱，且场分布不均匀的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1示意性地示出了根据本实用新型实施例的一种基板的结构；
图2示意性地示出了根据本实用新型实施例的另一种基板的结构；
图3示意性地示出了根据本实用新型实施例的一种铺铜辐射面的结构；
图4示意性地示出了根据本实用新型实施例的共面共面寄生单元结构；
图5示意性地示出了根据本实用新型实施例的同轴馈线连接结构。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
现结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
如图1至图5所示，根据本实用新型实施例的一种发卡器的内置天线包括：天线基板1和连接馈线2，基板包括：介质板10、设置在介质板上的偶极子天线20、与偶极子天线处于同一平面的至少两个共面寄生单元30；偶极子天线20具有弯折的形状；至少两个共面寄生单元30分别设置在偶极子天线的两侧并与偶极子天线耦合。偶极子天线20具有弯折的形状，相对于直线形的其他天线，例如半波振子天线，弯折形状在较小的空间内增加了天线的有效长度，因而增强了场强，在满足发卡器系统的功率需求的情况下，极大地缩短了天线的尺寸。本实用新型的天线例如应用于射频识别系统发卡器内，应用频段可以为840MHz-845MHz。一般的半波振子天线的尺寸都是18cm(840MHz)左右，而我们的尺寸还不到其一半。
介质板10可以为95mm×77mm×1mm长方体的FR4板材，介电常数为4.4，这样，天线尺寸小，辐射效率及相关功能较好。
偶极子天线20通常为铺铜辐射面，其具有弯折的形状，如图2所示，偶极子天线20为圆弧形，如图3所示，偶极子天线20为台阶形或近似台阶形。这样形状较为规则，便于制作和调整。除了图中给出的两种弯折的形状外，偶极子天线20可以有更多的弯折形状，可以有各种折弯的组合。这样可以进行各种灵活调整。
至少两个共面寄生单元30，图2和图3中为两个共面寄生单元30，与偶极子天线20处于同一平面，通常也为铺铜辐射面，分别设置在偶极子天线20的两侧并与偶极子天线20耦合，起到均匀场分布和增强场强的作用，并消除了读卡盲点。当然，至少两个共面寄生单元30可以为数量合适的更多共面寄生单元30，其数目以及形状、与偶极子天线20的位置的设计可以调整场分布和场强强度。
优选地，偶极子天线包括形状相同或不相同(例如，第一臂201和第二臂203可以长度不同，也可以长度相同，图3中，两臂的长度有点不同，以便达到较好的发射效果)、对称设置的第一臂201和第二臂203。第一臂201和第二臂203可以为直臂，也可以为曲臂。如图3所示，第一臂201和第二臂203为直臂，这样便于制作和调试。
优选地，第一臂201包括垂直连接的第一直臂2011和第二直臂2013，；第二臂203包括垂直连接的第四直臂2031和第五直臂2033；第一直臂2011与第四直臂2031形成一条直线段，第二直臂2013和第五直臂2033分别设置在直线段的两侧；第一臂201和第二臂203基本呈L形，至少两个共面寄生单元30为两个共面寄生单元30。两个共面寄生单元关于直线段的中点对称并且形状相同，偶极子天线20呈台阶形，两个共面寄生单元30例如为矩形，还可以为正方形，梯形，规则或不规则的其他多边形。当然，两个共面寄生单元30如果不关于直线段的中点对称或者形状不相同，只要调整两个共面寄生单元30的形状、以及与偶极子天线20的位置也可以调整场分布和场强强度，只不过这样的调整要比两个共面寄生单元30为规则形状的调整复杂。
优选地，如图3所示，第一臂还包括第三直臂2015，第一直臂2011与第三直臂2015平行，第三直臂2015与第一直臂2011分别位于第二直臂2013两端并且位于同一侧；第二臂还包括与第六直臂2035，第四直臂2031与第六直臂2035平行，第四直臂2031与第六直臂2035分别位于第五直臂2033两端并且位于同一侧。这种形状是在前面的台阶形的两端又增加了折弯，偶极子天线20的弯折形状可以有多个弯折和各种形状，其目的是为了增强场强，均步场强。
优选地，连接馈线2与天线基板1的偶极子天线20的连接为同轴馈线馈电。所述同轴馈线馈电是将连接馈线2的的外皮与偶极子的一个臂，例如第一臂201或第二臂203进行焊接，与外皮同轴线的芯线与偶极子的另一个臂第二臂203或第一臂201进行焊接，由于同轴线的芯线和外皮相位相差180度，正好满足了偶极子的两个臂的相位差为180度的要求。
优选地，内置天线通过串联和并联匹配相结合的方式进行阻抗匹配，以使辐射效率达到最高。第一臂201和第二臂203之间通常是断开的，通过在第一臂201和第二臂203之间设置电感等部件使内置天线通过串联和并联匹配相结合的方式进行阻抗匹配。电感等部件与第一臂201和第二臂203之间的距离可以调整内置天线进行阻抗匹配的方式。为了使内置天线通过串联和并联匹配相结合的方式进行阻抗匹配，在第一臂201和第二臂203之间设置合适的距离以便给电感等部件留出串联或并联的选择余地。电感等部件设置的具体位置要根据设计要求和实际使用状况来确定。
天线的基板上有螺孔40，例如为4个，主要是用来和发卡器的相应部分进行连接使用的，发卡器的相应部分上有支撑柱，天线通过这些支撑柱保证固定在发卡器中。
本实用新型还提供了一种发卡器，包括前面所述的内置天线。优选地，发卡器为无源高频和超高频混合RFID发卡器，发卡器中包括高频线圈50，高频线圈50将基板包围在其中，因而高频线圈50将内置天线包围在其中，解决了高频线圈对超高频天线的影响，使发卡器达到高频和超高频兼容，并在馈电网络上保留了串联和并联的匹配位置，便于调试天线的驻波比，工作频带内驻波比可以小于1.2。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型实现了如下技术效果：
本实用新型的天线场强较强，场分布均匀，尺寸相对较小，性能稳定，易批量加工，安装方便。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种射频识别系统发卡器的内置天线，包括：天线基板和连接馈线，其特征在于，
所述基板包括：介质板、设置在所述介质板上的偶极子天线、与所述偶极子天线处于同一平面的至少两个共面寄生单元；
所述偶极子天线具有弯折的形状；
所述至少两个共面寄生单元分别设置在所述偶极子天线的两侧并与所述偶极子天线耦合；
所述连接馈线与所述偶极子天线连接。
2.根据权利要求1所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述天线的连接方式是同轴馈线馈电。
3.根据权利要求1所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述介质板为95mm×77mm×1mm长方体的FR4板材，介电常数为4.4。
4.根据权利要求1所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述内置天线通过采用串联和并联匹配相结合的方式进行阻抗匹配。
5.根据权利要求1所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述偶极子天线包括两个臂，分别为第一臂和第二臂。
6.根据权利要求5所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述第一臂包括垂直连接的第一直臂和第二直臂；
所述第二臂包括垂直连接的第四直臂和第五直臂；
所述第一直臂与所述第四直臂形成一条直线段，所述第二直臂和所述第五直臂分别设置在所述直线段的两侧；
所述至少两个共面寄生单元为两个共面寄生单元，所述两个共面寄生单元关于所述直线段的中点对称并且形状相同。
7.根据权利要求6所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述两个共面寄生单元为矩形。
8.根据权利要求7所述的发卡器的内置天线，其特征在于，
所述第一臂还包括第三直臂，所述第一直臂与所述第三直臂平行，所述第三直臂与所述第一直臂分别位于所述第二直臂两端并且位于同一侧；
所述第二臂还包括与第六直臂，所述第四直臂与所述第六直臂平行，所述第四直臂与所述第六直臂分别位于所述第五直臂两端并且位于同一侧。
9.一种发卡器，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的内置天线。
10.根据权利要求9所述的发卡器，其特征在于，
所述发卡器为无源高频和超高频混合RFID发卡器，所述发卡器中包括高频线圈，所述高频线圈将所述基板包围在其中。
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