專利名稱：一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻識(shí)別領(lǐng)域，尤其涉及一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線。
背景技術(shù)：
在智能圖書(shū)館、會(huì)議簽到、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門禁考勤、珠寶管理、涉密資產(chǎn)管理等應(yīng)用領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)中，長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別技術(shù)被認(rèn)為是最具前景的物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)，這里高頻指的是3MHz至30MHz的頻段，該頻段的電磁波在真空中的波長(zhǎng)為10至100米， 在這一頻段上射頻識(shí)別技術(shù)通常選取13. 56MHz或6. 78MHz作為射頻收發(fā)機(jī)的載波中心頻率，在這一頻段上所有標(biāo)簽讀取距離大于20厘米的射頻識(shí)別技術(shù)均可被視為長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別技術(shù)；目前，國(guó)際上已經(jīng)有ISO 15693、ISO 18000-3、IPX等標(biāo)準(zhǔn)定義了長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別技術(shù)的空中接口協(xié)議。長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)通常包含閱讀器和射頻標(biāo)簽，閱讀器和射頻標(biāo)簽之間利用電感耦合的方式傳遞能量和數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，閱讀器天線和標(biāo)簽天線均為線圈形式，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，其中一個(gè)線圈的電流變化所弓I起的磁通量變化會(huì)在另一個(gè)線圈上形成感生電動(dòng)勢(shì)。基于此原理，兩副天線間進(jìn)行能量傳輸和數(shù)據(jù)交換。在整個(gè)長(zhǎng)距離高頻系統(tǒng)中，閱讀器天線直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的外觀和性能。為達(dá)到最佳的讀取性能，繞制成長(zhǎng)距離高頻閱讀器天線的電纜應(yīng)當(dāng)具備高Q值、 低電阻的特性。為降低成本，絕大多數(shù)長(zhǎng)距離高頻閱讀器天線都采用75歐姆或50歐姆的同軸電纜。由于在13. 56MHz時(shí)銅線的趨膚深度僅有18微米，因此直接利用同軸電纜的屏蔽層作為電流通路，可以達(dá)到與相同直徑的單芯多股電纜相似的電阻特性；其中，兩種方式可以實(shí)現(xiàn)此類閱讀器天線，分別是短路型和開(kāi)路型。短路型天線的饋電分別加在同軸電纜屏蔽層斷開(kāi)口的兩端，同時(shí)在斷開(kāi)口處并聯(lián)電容，與天線電感形成諧振回路，接收電壓從斷開(kāi)口的兩端引出，兩端相對(duì)于直流為短路；開(kāi)路型天線的饋電分別加在同軸電纜屏蔽層斷開(kāi)口的一端和同軸電纜內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)口的一端，屏蔽層與內(nèi)芯導(dǎo)體之間的分布式特征電容作為總電容的一部分與線圈電感形成諧振回路，接收電壓為負(fù)載電阻兩端電壓，兩端相對(duì)于直流為開(kāi)路。因?yàn)榭臻g中的干擾電場(chǎng)對(duì)短路型天線的并聯(lián)電容兩端的接收電壓的影響， 比對(duì)開(kāi)路型天線負(fù)載電阻兩端的接收電壓的影響大得多，所以一般使用開(kāi)路型天線作為長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)的天線。但是，傳統(tǒng)的開(kāi)路型天線結(jié)構(gòu)具有較大的總分布電容。這限制了天線的總周長(zhǎng)，也限制了天線的讀取范圍和最大讀取距離；因此，在現(xiàn)有的會(huì)議簽到或門禁考勤通道的應(yīng)用中，通道的寬度一般不超過(guò)1.2米，在智能圖書(shū)館或者智能貨架等應(yīng)用中，通常需要多副天線覆蓋一個(gè)書(shū)架或貨架，大大增加了安裝成本。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線， 其將同軸電纜的總分布電容分解成多個(gè)串聯(lián)的分段分布電容，減少了總分布電容，提高了線圈的諧振頻率，突破了同軸電纜開(kāi)路天線的周長(zhǎng)限制，使所述天線覆蓋更大的范圍和達(dá)到更遠(yuǎn)的讀取距離。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其包括同軸電纜和饋線，所述同軸電纜為等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，其包括屏蔽層、內(nèi)芯導(dǎo)體及設(shè)置于屏蔽層和內(nèi)芯導(dǎo)體之間的絕緣層，用于接收磁場(chǎng)信號(hào)；所述饋線用不平衡方式為同軸電纜饋電。特別的，所述同軸電纜的首尾連接，所述內(nèi)芯導(dǎo)體從同軸電纜的一端開(kāi)始均勻設(shè)置有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，且內(nèi)芯導(dǎo)體從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)。特別的，所述屏蔽層在內(nèi)芯導(dǎo)體的相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的中間位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)，且屏蔽層從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)。特別的，所述內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)處，屏蔽層相連接，所述屏蔽層斷開(kāi)處，內(nèi)芯導(dǎo)體和絕緣層相連接。特別的，所述內(nèi)芯導(dǎo)體的節(jié)點(diǎn)處均可作為饋電位置，所述饋線包括饋線內(nèi)芯和饋線的屏蔽層，所述饋線內(nèi)芯與內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)處的一端連接，所述饋線的屏蔽層與同軸電纜的屏蔽層連接。特別的，所述天線的結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱。特別的，所述同軸電纜繞制成的線圈可以為單圈或多圈。本發(fā)明的有益效果，采用本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，將同軸電纜的總分布電容分解成多個(gè)串聯(lián)的分段分布電容，減少了總分布電容，從而提高了線圈的諧振頻率，突破了同軸電纜開(kāi)路天線的周長(zhǎng)限制，使所述天線覆蓋更大的范圍和達(dá)到更遠(yuǎn)的讀取距離；而且本發(fā)明的天線的結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱，可以充分抑制共模干擾，將不平衡的饋線結(jié)構(gòu)過(guò)渡到平衡的天線的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中，可以有效提高系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)成本。

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1為本實(shí)用新型等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線的示意圖；[0018]圖2為本實(shí)用新型中不平衡方式饋電的示意圖；圖3為同軸電纜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型的等效串聯(lián)諧振電路模型圖；圖5為短路型同軸天線的示意圖；圖6為開(kāi)路型同軸天線的示意圖；圖7為同軸電纜的傳輸線等效電路原理圖；圖中101、內(nèi)芯導(dǎo)體；102、絕緣層；103、屏蔽層；104、塑料外皮；105、饋線內(nèi)芯； 106、饋線的屏蔽層。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型技術(shù)原理請(qǐng)參照?qǐng)D5所示，圖5為短路型同軸天線的示意圖，只畫(huà)出了同軸電纜的內(nèi)芯導(dǎo)體101及屏蔽層103，短路型天線的饋電分別加在同軸電纜屏蔽層103斷開(kāi)口的兩端，同時(shí)在斷開(kāi)口處并聯(lián)電容，與天線電感形成諧振回路，接收電壓從斷開(kāi)口的兩端引出，兩端相對(duì)于直流為短路。圖6為開(kāi)路型同軸天線的示意圖，只畫(huà)出了同軸電纜的內(nèi)芯導(dǎo)體101及屏蔽層 103，開(kāi)路型天線的饋電分別加在同軸電纜屏蔽層103斷開(kāi)口的一端和同軸電纜內(nèi)芯導(dǎo)體 101斷開(kāi)口的一端，屏蔽層103與內(nèi)芯導(dǎo)體101之間的分布式特征電容作為總電容的一部分與線圈電感形成諧振回路，接收電壓為負(fù)載電阻兩端電壓，兩端相對(duì)于直流為開(kāi)路。圖7為同軸電纜的傳輸線等效電路原理圖，其包含分布式串聯(lián)電阻、電感，和分布式并聯(lián)電導(dǎo)、電容。由同軸電纜的傳輸線等效電路原理圖中可以看出，在同軸電纜上存在分布式串聯(lián)
Z/ Zl
電感和并聯(lián)電容，每米長(zhǎng)度的串聯(lián)電感可由1 = ^jllnO0AO估算，其中D為屏蔽層外徑，d為
2π
內(nèi)芯導(dǎo)體外徑。Ptl和μ ^分別為真空磁導(dǎo)率和絕緣層的磁導(dǎo)率。每米長(zhǎng)度的并聯(lián)電容可由
0 = 估算，其中ε。和、分別為真空中的介電常數(shù)和絕緣層的介質(zhì)介電常數(shù)。大多
數(shù)同軸電纜的每米長(zhǎng)度串聯(lián)電感小于0.5微亨，相對(duì)于用其繞制成線圈的電感量可忽略不計(jì)。通常，50歐姆同軸電纜分布式并聯(lián)電容約為96皮法每米；75歐姆同軸電纜分布式并聯(lián)電容約為64皮法每米。用開(kāi)路型同軸天線的總電容是電纜總長(zhǎng)度上的分布式并聯(lián)電容與外接匹配并聯(lián)電容之和，因此這種天線的總電容的最小值可以視為電纜總長(zhǎng)度上的分布式電容，又因?yàn)楣潭ㄩL(zhǎng)度的同軸電纜繞制成的單圈線圈相比多圈線圈電感要小，所以這種天線的總電感的最小值可以看作是等周長(zhǎng)等線徑的導(dǎo)線繞成的圓環(huán)的電感值。由此可以進(jìn)一
f 1
步得到開(kāi)路型同軸天線的最大諧振頻率為 2π Ir r 例如一副由2米長(zhǎng)75歐姆
"W mm C mm
O
的同軸電纜繞成的單圈開(kāi)路型天線，其最小電容為1 皮法，最大諧振頻率約為10. 4MHz。 該天線無(wú)法支持13. 56MHz的工作頻率，必須要縮減電纜的長(zhǎng)度，減少電容，才能提高其諧振頻率。在13. 56MHz頻率，采用同軸電纜最大只能做成0. 4米長(zhǎng)、0. 4米寬的開(kāi)路型天線， 高頻天線的讀取范圍通常不超過(guò)其尺寸的1. 5倍，這樣上述天線僅能讀取在0. 6米長(zhǎng)、0. 6 米寬的范圍內(nèi)的標(biāo)簽。本實(shí)用新型在開(kāi)路型電路的基礎(chǔ)上，同軸電纜采用等分結(jié)構(gòu)，將同軸電纜的總分布電容分解成多個(gè)串聯(lián)的分段分布電容，總分布式電容大大減少，天線讀取信號(hào)的范圍不再受天線周長(zhǎng)的限制。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)施例中，一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其包括同軸電纜和饋線。如圖1和圖3所示，圖1為本實(shí)用新型等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線的示意圖，圖中只畫(huà)出了同軸電纜的內(nèi)芯導(dǎo)體101及屏蔽層103，圖3為同軸電纜的結(jié)構(gòu)示意圖；所述同軸電纜采用等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，其包括屏蔽，103、內(nèi)芯導(dǎo)體101、設(shè)置于屏蔽層103和內(nèi)芯導(dǎo)體101之間的絕緣層102及設(shè)置于同軸電纜最外層的塑料外皮104 ；所述同軸電纜的首尾連接，其內(nèi)芯導(dǎo)體101從電纜的一端開(kāi)始間隔適當(dāng)距離均勻設(shè)置有N個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別標(biāo)記為第 1、3、5.....2N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)，且內(nèi)芯導(dǎo)體從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)，而屏蔽層103和絕緣層104均為連接
5狀態(tài)。所述屏蔽層103在內(nèi)芯導(dǎo)體101的相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的中間位置設(shè)置有節(jié)點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)
數(shù)也是N個(gè)，分別標(biāo)記為第2、4、6.....2N個(gè)節(jié)點(diǎn)，屏蔽層103從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)，而內(nèi)芯導(dǎo)體
101為連接狀態(tài)。如圖2所示，圖2為本實(shí)用新型中不平衡方式饋電的示意圖；所述內(nèi)芯導(dǎo)體101的
第1、3、5.....2N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)處均可作為饋電位置，所述饋線包括饋線內(nèi)芯和饋線的屏蔽層，
所述饋線內(nèi)芯105與內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)處的一端連接，所述饋線的屏蔽層106與同軸電纜的屏蔽層103連接；本實(shí)用新型的天線結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱，不僅可以充分抑制共模干擾，而且所述天線結(jié)構(gòu)將不平的饋線結(jié)構(gòu)過(guò)渡到平衡的天線結(jié)構(gòu)，不需要像短路型天線那樣在饋線進(jìn)入天線結(jié)構(gòu)前加入巴侖，就能完成平衡與不平衡間的轉(zhuǎn)換與匹配。忽略分布式電阻和分布式電感的影響，不平衡方式饋電的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線可以等效成如圖4所示的串聯(lián)諧振電路模型，其中Cm,n，m，n e [1,2N]表示第m和η節(jié)點(diǎn)之間的同軸電纜的總分布電容。L表示總線圈電感，Is為射頻標(biāo)簽發(fā)射的磁場(chǎng)信號(hào)的等效
電流源?？梢钥闯龅确謱?duì)稱式同軸線圈的總分布式電容只有等分前同軸線圈的近似
ο
認(rèn)為線圈電感與線圈周長(zhǎng)成正比，則達(dá)到同樣諧振頻率的2Ν等分的對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線的周長(zhǎng)是等分前開(kāi)路同軸天線的2Ν倍，由天線讀取信號(hào)的范圍與天線周長(zhǎng)成正比，那么等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線的會(huì)有更大的讀取范圍和更遠(yuǎn)的讀取距離。除圓形外，等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線也可以繞成方形，三角形等外形，只需要保證相對(duì)于地參考平面對(duì)稱即可；線圈可以為單圈，也可以視情況繞成多圈。所述等分對(duì)稱式同軸開(kāi)路天線采用等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，將同軸電纜的總分布電容分解成多個(gè)串聯(lián)的分段分布電容，減少了總分布電容，從而提高了線圈的諧振頻率，突破了同軸電纜開(kāi)路型天線的周長(zhǎng)限制，使所述天線覆蓋更大的范圍和達(dá)到更遠(yuǎn)的讀取距離； 而且本發(fā)明的天線的結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱，可以充分抑制共模干擾，將不平衡的饋線結(jié)構(gòu)過(guò)渡到平衡的天線的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)成本。上述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，包括同軸電纜和饋線，其特征在于，所述同軸電纜為等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，其包括屏蔽層、內(nèi)芯導(dǎo)體及設(shè)置于屏蔽層和內(nèi)芯導(dǎo)體之間的絕緣層， 用于接收磁場(chǎng)信號(hào)；所述饋線用不平衡方式為同軸電纜饋電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述同軸電纜的首尾連接，所述內(nèi)芯導(dǎo)體從同軸電纜的一端開(kāi)始均勻設(shè)置有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)，且內(nèi)芯導(dǎo)體從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述屏蔽層在內(nèi)芯導(dǎo)體的相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的中間位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)，且屏蔽層從節(jié)點(diǎn)處斷開(kāi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)處，屏蔽層相連接，所述屏蔽層斷開(kāi)處，內(nèi)芯導(dǎo)體和絕緣層相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述內(nèi)芯導(dǎo)體的節(jié)點(diǎn)處均可作為饋電位置，所述饋線包括饋線內(nèi)芯和饋線的屏蔽層，所述饋線內(nèi)芯與內(nèi)芯導(dǎo)體斷開(kāi)處的一端連接，所述饋線的屏蔽層與同軸電纜的屏蔽層連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述天線的結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，其特征在于，所述同軸電纜繞制成的線圈可以為單圈或多圈。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種等分對(duì)稱式開(kāi)路同軸天線，應(yīng)用于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，包括同軸電纜和饋線，所述同軸電纜為等分的同軸電纜結(jié)構(gòu)，將同軸電纜的總分布電容分解成多個(gè)串聯(lián)的分段分布電容，減少了總分布電容，提高線圈的諧振頻率，突破同軸電纜開(kāi)路型天線的周長(zhǎng)限制，使所述天線覆蓋更大的范圍和達(dá)到更遠(yuǎn)的讀取距離；所述饋線用不平衡方式為同軸電纜饋電；所述天線的結(jié)構(gòu)相對(duì)于參考地完全對(duì)稱，不僅充分抑制了共模干擾，而且將不平衡的饋線結(jié)構(gòu)過(guò)渡到平衡的天線的結(jié)構(gòu)，完成不平衡饋電；應(yīng)用于長(zhǎng)距離高頻射頻識(shí)別系統(tǒng)中，改善系統(tǒng)性能，降低系統(tǒng)成本。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK202308318SQ201120434978
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者王新華, 顏力 申請(qǐng)人:王新華, 顏力