[发明专利]一种具有陡峭边沿选择特性的近场天线

说明书

本发明提供一种具有陡峭边沿选择特性的近场天线，包括依次层叠的金属地板、介质板和辐射层，还包括第一金属柱组；辐射层包括金属环、辐射器以及用于馈电的信号输入端；辐射器均位于金属环内且均匀分布在信号输入端周围；金属环通过所述第一金属柱组接地；第一金属柱组由间距为0＜R≤0.05λ的第一金属柱组成；辐射器由辐射强区和辐射弱区构成，辐射强区位于信号输入端与辐射弱区之间；辐射强区由蛇形延伸的第一微带构成；辐射弱区由第一集总元件、第二集总元件和蛇形延伸的第二微带构成，第二微带的两端分别通过第一集总元件、第二集总元件接地；信号输入端通过第一微带分别与第二微带、第一集总元件相接；相邻两辐射强区之间间隙宽度为0＜A≤0.05λ。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是指一种具有陡峭边沿选择特性的近场天线。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术飞速发展，已经广泛应用于各个领域，尤其是仓库管理、智能物流、无人零售、智能家居、智能可穿戴设备等行业。在各行业的实际应用中，RFID系统的工作环境越来越复杂，读写天线和电子标签也更加趋于小型化、轻量化和超薄化。在这样的环境中，要提高系统的读取速度和读取正确性，对RFID系统提出了更加高的要求。其中，读写天线是影响RFID系统性能的重要部件，天线的远近场分布对读取距离和读取区域的控制起到决定性作用，会影响到标签是否漏读和串读。因此，读写天线的设计十分重要。

一般来说，超高频RFID系统利用远场辐射和散射原理来实现，作用距离通常较远，读写器天线一般为圆极化天线，如文献“Q. Liu, et al., Compact 0.92/2.45-GH Dual-Band Directional Circularly Polarized Microstrip Antenna for Handheld RFIDReader Applications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 63,no. 9, pp. 3849-3856, Sept. 2015”所描述的就是一种典型的RFID远场读写天线。对于这一类的天线而言，一般要求效率尽可能高，轴比尽可能低，轴比波宽尽可能宽，以便有足够宽的读取范围和足够远的读取距离。

近年来，随着智能物流和新零售等全新应用场景的涌现，超高频RFID近场读写系统逐渐被广泛应用。这类系统的读写天线一般采用近场天线，天线的辐射能量主要分布在近场区，远场区的能量非常小，因此，当标签放置近场区时，会感应到电磁波能量，激活标签上面的芯片，然后，把其中存储的数据信息发送给读写器，实现标签芯片与上位机的通信，而标签放在远场区不会被读到，避免了串读。与传统远场RFID系统相比，除了标签维持不变外，近场RFID读写系统对读写天线提出了全新的设计要求和设计挑战，主要体现在以下几方面：（1）正前方读取距离必须限定在特定距离内，既要避免串读到区域外的标签，也要保证区域内能的标签能被充分激活；（2）区域内场分布应尽量均匀，避免出现读写盲区；（3）区域边沿场分布应该快速衰减，避免误读邻区标签。这几点对天线设计来说，挑战是巨大的，因为均匀的场分布和陡峭的边沿衰减往往是一对矛盾。

目前市面上大多数近场天线都是微带漏波天线，利用微带线信号传输过程中泄露电磁波来感应和激活标签。但是，如果天线设计不合理，边沿感应场抑制不够，把天线口径外非目标标签也读取到，就会造成串读现象。此外，如果在天线规定口径范围内场强分布不均匀，就会出现盲点，导致标签漏读。市面上的近场天线大多存在着边沿控制差或者读取盲点较多的问题，少有看到可以同时解决这个两个问题的低成本近场天线。此外，市面上的微带近场天线大多是基于多层PCB板结构，天线辐射结构和馈电网络分布在不同层，这虽然降低了设计难度，但大幅度增加了天线成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：设计一种中间部位具有均匀的场分布、边沿场强陡峭衰减的无读写盲点的RFID近场天线。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：