[实用新型]近远场RFID读写器可切换天线

说明书

技术领域

本实用新型属于属于电磁场微波与技术领域，具体属于一种应用于近远场RFID读写器可切换天线。

背景技术

射频识别(RFID)技术是一种通过无线射频方式进行非接触式的双向数据通信，对目标加以识别并获取相关信息的自动识别技术。射频识别的工作频率包括低频(135KHz)、高频(13.56MHz)、超高频(860MHz～960MHz)及微波频段2.4GHz以上，其中高频和超高频的应用最为广泛。读写器天线在射频识别系统中起着不可替代的作用。近年来随着单品级 RFID应用的提出，利用近场耦合的超高频RFID系统得到越来越多的重视。超高频近场RFID 系统更多的应用于零售业、医药业、贵重物品追踪等领域。超高频近场RFID读写器天线成为近场工系统的关键技术之一，它直接影响读取范围和读取距离。

按天线与标签的耦合原理RFID系统可以分为两大类：近场RFID系统和远场RFID 系统。多数情况下近场RFID系统标签与天线之间通过磁场耦合传输信号和能量，远场 RFID系统中标签是通过传输到自由空间中电磁波获得的能量。也有一些RFID系统具有较低的输出功率，标签工作在天线近场范围内，它们也属于近场系统。近场耦合技术在 LF/HF RFID系统中得到广泛应用，现在UHF近场RFID系统中也在使用。近场RFID系统的标签读取距离较短。远场RFID系统在UHF和微波RFID系统中应用的比较多。远场RFID系统的工作原理是阅读器通过天线发送特定频率的信号，标签收到信号后或产生感应电流使标签芯片工作，标签芯片通过改变它的输入阻抗从而调制反向散射信号来向阅读器发送信息。近场耦合RFID系统中，阅读器通过阅读器天线在天线与标签之间产生较强的磁场，这个磁场会使标签上产生电流来供标签工作。标签工作时，内部负载电阻的接通与断开会反映到阅读器天线上的电压变化。通过需要传输的数据控制负载电阻的通断，在阅读器端监测电压变化既可以获得数据。在天线近场区域，可以产生较强的电场和较弱的磁场，也可以产生较强的磁场和较弱的电场。这两种情况是由所设计的阅读器天线来决定的。多数情况下，UHF近场RFID系统中采用的都是磁场耦合技术，因此所使用的天线都是产生较强磁场的天线。

在实际应用中RFID读写器天线无法进行切换工作状态分别应用于近场与远场系统中，这种天线无法同时实现近场磁场耦合对近场标签进行读取，和切换工作模式实现远场应用。这样天线工作模式单一，应用成本较高，不能实现近远场多种用途。

实用新型内容

本实用新型提供一种近远场RFID读写器可切换天线及其设计方法，克服了RFID读写器天线单一的工作模式，并且极大地减少了应用成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种近远场RFID读写器可切换天线，该天线为双面结构，包括用于近远场工作模式切换的两个馈电端口、偶极子阵列结构、金属过孔、集成电阻以及介质基板，所述两个馈电端口、偶极子阵列结构、金属过孔、集成电阻均设置在介质基板上；所述两个馈电端口均与偶极子阵列结构连接，其中一个馈电端口位于偶极子阵列结构的中心位置，另一个馈电端口位于任一偶极子天线附近处；所述天线采用双面微带线馈电网络结构(QDSPSL)，由于天线正面与背面电流相位反向，能够抵消馈电网络产生的磁场，在天线切换在近场工作模式下，能够不会对天线近场磁场产生影响。该天线采用四分之一阻抗变换特性，根据公式其中Z_c为四分之一阻抗特性，R_L为输入阻抗，这里为50欧，为终端阻抗，利用阻抗特性变换，从而设计出双面微带线馈电网络结构(QDSPSL)。

所述偶极子阵列结构，包括由四个偶极子天线组成的方环，其中，每一个偶极子天线分别由四分之一阻抗变换结构馈电；所述天线采用偶极子阵列天线的结构方式，近场工作模式基于磁场耦合要求，采用偶极子阵列天线实现近场工作模式下强磁场特性。本天线利用四个偶极子天线组成方环结构，采用中心馈电，根据公式偶极子长度小于半个波长，电流相位能够保持一致，从而实现了天线中心区域磁场的增强。

所述金属过孔设有六个，其中四个金属过孔分别通过双面微带线馈电网络结构与偶极子阵列结构相连，另外两个金属过孔与一同轴馈电内芯相焊接；

所述集成电阻在远场工作模式下的馈电端口处集成，用于实现在远场工作模式下天线宽带阻抗匹配。

进一步地，所述四个偶极子天线均为矩形且等长等宽。

进一步地，所述介质基板采用陶瓷材料或者环氧树脂玻璃纤维板或者纸质材料。