CN202395152U - 一种天线、电子标签和电子标签读写器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种天线、电子标签和电子标签读写器。所述天线包括：N层印制电路板，其中N为大于或等于2的整数；各层印制电路板上设置有线圈，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连形成的线圈包括与外部连接的两个抽头；各层线圈中电流的流向相同；所述两个抽头之间并联有至少两个平板电容。本实用新型的天线可以避免线圈匝数较多，附加电容较大对天线的发射和接受性能的影响。

Description

一种天线、电子标签和电子标签读写器

技术领域

本申请涉及电信技术领域，特别是涉及一种天线、电子标签和电子标签读写器。

背景技术

一套完整的RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)系统，是由读写器与电子标签(应答器)及应用软件系统三个部份组成，天线在电子标签与读写器数据通信过程中起着关键作用，一方面，电子标签的芯片启动电路开始工作，需要通过天线在读写器产生的电磁场中获得足够的能量；另一方面，天线决定了标签与读写器之间的通信信道和通信方式。

对于工作在低频和高频频段的RFID系统，系统工作在天线的近场，电子标签所需的能量都是通过电感耦合方式由读写器的耦合线圈辐射近场获得，工作方式为电感耦合；感应耦合系统使用的是近场感应线圈天线，由多匝电感线圈组成，电感线圈和与其相并联的电容构成并联谐振回路以耦合最大的射频能量。

目前该频段的读写器的天线一般是单面设计，不采取附加电容设计模式，而该频段的电子标签的附加天线设计多是单面设计，附加电容为线圈绕组单面平板电容。在目前实际使用过程中，随着工作在低频和高频频段的读写设备和接收设备的便携和小型化的趋势发展，要求天线形状越来越小，而根据天线工作在半波长原理，低频和高频频段的RFID系统的天线需要一定的长度，一般通过采用多匝数来解决；附加平板电容一般与其面积成正比，当线圈需要比较大的附加电容谐振时，需要增加平板电容的面积。

以上现有技术中存在的问题是：

首先，RF高、低频段天线一般要求设计多匝线圈天线，以保障RF发射天线的发射效率和接收天线感应到电压电流，使芯片正常工作。在单位面积的PCB板(印制电路板)上设计多匝线圈时，当PCB板的面积很小，而要求的线圈匝数又比较多时，会使单位面积板子密布线圈，在电磁感应中则无法通过更多的磁通量；从而降低天线上感应的电压和电流。当降低到一定程度时，可能致使芯片无法工作。

其次，在PCB板或其它柔性介质板上设计附加平板电容与线圈形成谐振时，有时需要比较大谐振平板电容，在其它条件一定时，势必在板子中增加金属平板的面积，使得PCB板的面积无法减小；并且，当需要的附加平板电容比较大时，金属平板的屏蔽作用同样影响天线电磁感应效率，致使线圈的发射接收磁通量减小；从而降低天线上感应的电压和电流，而金属平板会影响天线的发射和接收性能。当降低到一定程度时，可能致使芯片无法工作。

因此，目前需要本领域技术人员解决的一个技术问题就是，提供一种天线，避免线圈匝数较多，附加电容较大对天线的发射和接受性能的影响。

实用新型内容

本申请提供一种天线，避免线圈匝数较多，附加电容较大对天线的发射和接受性能的影响。

相应的，本申请还提供了一种电子标签和一种电子标签读写器。

为了解决上述问题，本申请公开了一种天线，包括：

N层印制电路板，其中N为大于或等于2的整数；

各层印制电路板上设置有线圈，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连形成的线圈包括与外部连接的两个抽头；各层线圈中电流的流向相同；

所述两个抽头之间并联有至少两个平板电容。

优选的，通过所述印制电路板上的过孔或通过导线，各相邻层印制电路板上的线圈之间首尾相连。

优选的，各层印制电路板上设置一匝或多匝线圈。

优选的，所述至少两个平板电容为：各层印制电路板上的金属涂层或金属片依次组成的至少两个电容。

优选的，所述至少两个平板电容具体为：相邻偶数层印制电路板上的金属涂层或金属片相连，且与线圈的一个所述抽头相连；相邻奇数层印制电路板上的金属涂层或金属片相连，且与线圈的另一个所述抽头相连。

优选的，所述各层印制电路板上的金属涂层或金属片的形状相同。

优选的，所述各层印制电路板上的金属涂层或金属片在各层印制电路板上的相对位置相同。

本申请还提供了一种电子标签，包括芯片和上述天线；

所述芯片与所述天线的两个抽头相连。

本申请还提供了一种电子标签读写器，包括本体和上述天线；

所述本体与所述天线的两个抽头相连。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请通过将所需数量的匝数天线线圈，设计在多层印制电路板的不同层面上，降低了单位面积线圈密度，使得线圈匝数较多时，电磁感应的磁通量不受影响，保证天线和芯片的正常工作；同时，本申请通过将附加平板电容，设计在多层印制电路板上，形成多个并联电容，平板电容的面积降低，使得金属平板的屏蔽作用大大减少，提升了天线的发射和接受性能。

并且，利用本申请，可以通过增加印制电路板的层数，来满足所需的线圈匝数和附加电容，利于天线的小型化设计，在很大程度上解决读写设备和接收设备小型化和便携性的问题。

附图说明

图1是本申请实施例1所述一种天线的示意图；

图2是本申请实施例1所述一种天线中平板电容连接示意图；

图3是本申请实施例1所述一种天线中线圈连接示意图；

图4是本申请实施例2所述一种天线的示意图；

图5是本申请实施例所述一种电子标签的示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

现有技术中，电子标签读写设备和电子标签的便携和小型化，要求其中的感应天线的形状越来越小。对于一定长度的天线来说，线圈形状变小，线圈匝数增多，会使单位面积板子密布线圈，在电磁感应中则无法通过更多的磁通量，影响天线和芯片的工作。为了与线圈形成谐振，有时会需要比较大的附加平板电容，从而使得天线的形状无法减小，同时，金属平板的屏蔽作用还会影响天线的发射和接收性能。

本申请的核心构思之一在于，将所需数量的匝数天线线圈，设计在多层印制电路板的不同层面上，降低了单位面积线圈密度；并将附加平板电容，设计在多层印制电路板上，形成多个并联电容，降低平板电容的面积，从而满足线圈匝数较多和附加电容较大的需求，提升天线的发射和接受性能。

本申请的一种天线包括：

N层印制电路板，其中N为大于或等于2的整数

各层印制电路板上设置有线圈，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连形成的线圈包括与外部连接的两个抽头；各层线圈中电流的流向相同；

线圈的所述两个抽头之间并联有至少两个平板电容，即线圈的两个抽头之间并联有多个平板电容。

本发明实施例提供的天线可应用于电子标签中，如手机支付卡(其含有SIM卡、UIM(User Identity Model，用户识别模块)卡或USIM(Universal Subscriber Identity Module，全球用户识别卡)卡等)等，也可应用于电子标签读写器中，如用于刷城市一卡通的公交车载机、小额消费的Pos(Point Of Sale，销售终端)机、地铁闸机等。

在本申请的一种实施例中，通过所述各层印制电路板上的过孔或通过导线，各相邻层印制电路板的线圈之间首尾相连。即通过过孔或导线，将各相邻层线圈的抽头首尾相连起来，最上层的线圈剩余的一个抽头和最下层线圈剩余的一个抽头作为天线的与外部连接的两个抽头。这两个抽头可以位于多层中的最上层和最下层，但也可根据使用需要，通过过孔连接，使两个抽头位于多层中的同一层，或者位于多层中的任意两层。本申请中的线圈设置在印制电路板上，由此各层线圈之间电绝缘。本申请中所述的包含线圈的N层印制电路板，一种实现方式可以为：在一个印制电路板中，设置N层线圈，相邻层线圈之间设置有绝缘介质层，相邻层线圈的抽头通过绝缘介质层首尾相连；在该实现方式中，每层线圈所在的一层，相当于本申请中所述的一层印制电路板，则N层线圈就对应N层印制电路板；也就是说，本申请所述的N层印制电路板，在具体实现方式中可以表现为一个印制电路板。

在本申请的一种实施例中，各层印制电路板上可以设置一匝或多匝线圈，各层印制电路板的线圈的匝数可以相等也可以不相等，各层线圈的匝数之和为该天线的线圈总匝数。相邻层的线圈相对布线位置可以为上下垂直对应一致布线，也可以为上下错开布线；各层的线圈的绕制匝数可以相同，也可以不同，视具体使用情况而定；各层线圈的形状可以为矩形、圆形或者其他形状，各层线圈的形状可以一致，也可以不一致，在此并不限定。

在本申请的一种实施例中，天线的两个抽头之间并联的多个平板电容可以为：各层印制电路板上的金属涂层或金属片，依次组成的多个电容，即相邻两层之间的金属涂层或金属片组成一个平板电容。其中，该金属涂层或金属片例如可以位于线圈区域内。对于N层印制电路板，最多可以设计(N-1)个平板电容。将多个平板电容以并联方式连接，可以使得电容值增大的同时，平板电容面积不变。例如，将印制电路板的数量由1个增加到4个，则形成3个并联的平板电容，由此在平板电容面积不变的情况下，其电容值增加为原来的3倍。由此可见，本申请中无需增加平板电容的面积就能增大电容值，与现有技术中通过增大平板电容的面积来增大电容的方式相比，本申请在减少金属平板的屏蔽作用的同时，还满足了天线小型化的要求。

具体的，上述多个平板电容可以为：相邻偶数层印制电路板的金属涂层或金属片相连，且与线圈的一个抽头相连；相邻奇数层印制电路板的金属涂层或金属片相连，且与线圈的另一个抽头相连。以4层印制电路板为例进行说明：设计天线包括4层印制电路板，第1层印制电路板上的线圈保留一个抽头，第1层到第4层中相邻层的线圈依次首尾相连，第4层的线圈保留一个抽头，第1层和第4层的两个抽头为天线与外部连接的两个抽头；将第1层和第3层印制电路板的金属涂层或金属片导通，且与第1层线圈的抽头相连；将第2层和第4层的金属涂层或金属片导通，且与第4层线圈的抽头相连；由此，从上往下，第1层和第2层电路板的金属涂层或金属片组成一个电容，第2层和第3层电路板的金属涂层或金属片组成一个电容，第3层和第4层电路板的金属涂层或金属片组成一个电容，且这3个平板电容与线圈并联。

在将各个平板电容进行并联的时候，可以将需要进行相连的金属涂层或金属片通过印制电路板上的过孔相连，也可以通过导线直接相连。

在本申请的一种实施例中，各层印制电路板上的金属涂层或金属片的形状可以相同，各层印制电路板上的金属涂层或金属片的在各层印制电路板上的相对位置可以相同，以使所形成的电容的有效面积最大。

需要说明的是，各层线圈的线宽、线距、线厚以及上下层线圈相距的距离等参数可以根据实际使用情况调节，以满足使用要求。可以通过修改本申请天线的几何参数以及电容值等方式，调节天线线圈的电感值和电容值以得到需要的最佳匹配。

参考图1，其示出了本申请实施例1所述一种天线的示意图，其中，以N为4为例进行说明，即本实施例的天线包括4层印制电路板。

所述天线包括：

4层印制电路板11；

各层印制电路板11上设置有线圈12，各相邻层印制电路板11上的线圈12首尾相连，第1层和第4层中的抽头121用于与外部连接，例如与电子标签中的芯片连接，或者与电子标签读写器的本体连接；第1层线圈中的另一头与第2层线圈的一头相连，第2层线圈的另一头与第3层线圈的一头相连，第3层线圈的另一头与第4层线圈中除抽头121之外的另一头相连；各层线圈的绕制方向要保证线圈中电流的流向相同；。

在各层印制电路板上，均敷有一层金属涂层13，如图1所示，各层上的金属涂层分别通过引线引至A、B、A′和B′点处，A点与第1层线圈的抽头121相连，B′点与第4层线圈的抽头121相连。通过将A和A′相连，实现第1层上的金属涂层13与第3层上的金属涂层13相连，并且与第1层线圈的抽头121相连；将B和B′相连，实现第2层上的金属涂层13和第4层上的金属涂层13相连，，并且与第4层线圈的抽头121相连；由此第1层和第2层之间、第2层和第3层之间、第3层和第4层之间的金属涂层分别形成一个电容，从而形成3个与线圈并联的平板电容。

在本实施例中，线圈12的总匝数为4，若印制电路板的外径为50mm*25mm，可以将各层线圈12的形状设计为46mm*23mm，线宽为1.5mm。如图1所示，设计为4层印制电路板，每层均设计一匝规格为46mm*23mm*1.5mm线圈，各层线圈12首尾相连。计算得知，通过磁通量的面积为46mm*23mm＝1058平方毫米。而采用现有技术的设计，将4匝线圈设计在一层印制电路板上，则通过磁通量的面积为38mm*15mm＝570平方毫米，仅为本申请一半。由此可见，使用本申请，当线圈匝数要求较多时，磁通量不会受到影响，对磁通量的影响，减少了线圈匝数较多对天线的发射和接受性能的影响。

参考图2，示出了本申请实施例1所述的一种天线中平板电容连接示意图。从上往下，第1层上的金属涂层13通过引线在A点处，通过1、2两层的电容过孔14与第3层上的A′相连接，A′则与第3层上的金属涂层13相连接；第2层上的金属涂层13通过引线在B点处，通过2、3两层的电容过孔14与第4层上的B′相连接，B′则与第4层上的金属涂层13相连接。如此，便实现了3个平板电容的并联。

参考图3，示出了本申请实施例1所述一种的天线中线圈连接示意图。本实施例中，各相邻层线圈12通过线圈过孔15首尾连接。可选的，各相邻层线圈12也可通过引线首尾相连。

在具体的实现中，线圈12可以为刻蚀线圈或绕线线圈。印制电路板的基板的材质可以为刚性基板材料或柔性基板材料，例如木制、陶瓷或纸质等，本申请对此并不做限制。

参考图4，其示出了本申请实施例2所述一种天线的示意图，其中以N为5为例进行说明，即本实施例的天线包括5层印制电路板。

所述天线包括：

5层印制电路板11；

各层印制电路板11上设置有线圈12，各相邻层印制电路板11上的线圈12首尾相连，各层线圈中电流的流向相同。

在各层印制电路板上，均敷有一层金属涂层13，各层印制电路板上的金属涂层13依次组成4个平板电容。

各层上的金属涂层分别通过引线引至A、B、A′、B′和A″点处，A、A′和A″通过引线或过孔相连，实现第1层上的金属涂层13、第3层上的金属涂层13与第5层的金属涂层13相连，且与第1层线圈的抽头121相连；将B和B′相连，实现第2层上的金属涂层13和第4层上的金属涂层13相连，且B′通过引线或过孔与第5层线圈的抽头121相连，从而形成并联的4个平板电容。

综上所述，本申请提供了一种天线，通过将所需数量的匝数天线线圈，设计在多层印制电路板的不同层面上，降低了单位面积线圈密度，使得线圈匝数较多时，电磁感应的磁通量不受影响，保证天线和芯片的正常工作；同时，本申请通过将平板电容，设计在多层印制电路板上，形成多个并联电容，平板电容的面积降低，使得金属平板的屏蔽作用大大减少，提升了天线的发射和接受性能。

并且，利用本申请，可以通过增加印制电路板的层数，来满足所需的线圈匝数和附加电容，利于天线的小型化设计，在很大程度上解决读写设备和接收设备小型化和便携性的问题。

本申请还提供了一种电子标签，包括上述天线和芯片，所述芯片与所述天线的两个抽头相连。

参考图5，给出了本申请实施例所述一种电子标签的示意图。

在本实施例中，芯片21位于线圈12的外侧，线圈12的两个抽头与芯片21通过导线22相连，由金属涂层13形成的平板电容通过导线22与线圈12的两个抽头相连。

本申请还提供了一种电子标签读写器，包括上述天线和本体，所述天线的两个抽头与电子标签读写器的本体相连。

以上对本申请所提供的一种天线、一种电子标签以及一种电子标签读写器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (9)

1.一种天线，其特征在于，包括：

N层印制电路板，其中N为大于或等于2的整数；

各层印制电路板上设置有线圈，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连，各相邻层印制电路板上的线圈首尾相连形成的线圈包括与外部连接的两个抽头；各层线圈中电流的流向相同；

所述两个抽头之间并联有至少两个平板电容。

2.如权利要求1所述天线，其特征在于：通过所述印制电路板上的过孔或通过导线，各相邻层印制电路板上的线圈之间首尾相连。

3.如权利要求1所述天线，其特征在于：各层印制电路板上设置一匝或多匝线圈。

4.如权利要求1所述天线，其特征在于，所述至少两个平板电容为：各层印制电路板上的金属涂层或金属片依次组成的至少两个电容。

5.如权利要求4所述天线，其特征在于，所述至少两个平板电容具体为：相邻偶数层印制电路板上的金属涂层或金属片相连，且与线圈的一个所述抽头相连；相邻奇数层印制电路板上的金属涂层或金属片相连，且与线圈的另一个所述抽头相连。

6.如权利要求4或5所述天线，其特征在于，所述各层印制电路板上的金属涂层或金属片的形状相同。

7.如权利要求6所述天线，其特征在于，所述各层印制电路板上的金属涂层或金属片在各层印制电路板上的相对位置相同。

8.一种电子标签，其特征在于，包括芯片和权利要求1-7任一所述的天线；

所述芯片与所述天线的两个抽头相连。

9.一种电子标签读写器，其特征在于，包括本体和权利要求1-7任一所述的天线；

所述本体与所述天线的两个抽头相连。

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