近场分段线阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电磁场与微波技术领域。具体涉及一种电尺寸较大的近场天线。
【背景技术】
[0002]近场天线一般是一种闭合环形或者闭合回路的结构。近场天线已经在敏感产品跟踪、运输、医药产品、医药物流和生物传感等领域得到十分广泛的研究和应用。然而，近场天线在上述领域内应用时面临一个突出的问题，即需要大面积在一定距离内强度足够强且均匀的磁场，如果近场天线的电尺寸比较大时，电流将会出现明显的反向，会导致磁场强度不均匀，影响近场天线的相关性能，例如:近场天线阅读率变低，存在过多的盲区。因此，电大尺寸的近场天线是近年来的一个研究热点。
[0003]传统近场天线的尺寸大约为半个工作波长，所绕成的面积比较小，需要进一步增大面积。针对于此，目前大多数近场天线增大面积的技术主要是使用反向电流对，或者使用分段线和寄生电容结构构成的闭合环或闭合实现的;但是前者近场天线存在较大的阅读盲区，后者因为其闭合结构只能在一定程度上增大面积。因此，需要进一步设计新型的电大尺寸的近场天线。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种近场分段线阵列天线，能实现大面积的磁场均匀，同时保证了足够的磁场强度，具有不受电大尺寸影响的特点。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]近场分段线阵列天线，包括介质板、金属层和电容器，金属层和电容器设置在介质板的上表面，馈电端子设置在介质板的下表面;所述金属层包括馈线、引向器和反射器，其中，馈线是由中心馈电的分段线构成，引向器与馈线平行且由多个分段线构成，反射器的轮廓是由中间往两边线性减小的渐变线构成;所述引向器和反射器分别位于馈线的两侧;所述电容器位于各分段线之间，且同一水平线上的电容器的电容值相等。
[0007]所述馈线包括的分段线的段数大于等于12。
[0008]进一步地，所述馈线的总长度为1.5倍的工作频率对应的波长。
[0009]所述引向器采用多个且平行排列，每个引向器的分段段数和总长度均与所述馈线相等。
[0010]进一步地，各个引向器之间的距离与所述馈线和相邻引向器间的距离均相等。
[0011]所述馈线上电容器的电容值和每排引向器上电容器的电容值成等差数列。
[0012]本发明所提供的近场分段线阵列天线和现有的近场天线相比，有益效果在于:
[0013](I)提供了一种开环形式的近场天线，打破了电小尺寸的局限，提供更大面积均匀且足够强度的磁场；
[0014](2)分段线和电容器的谐振决定了天线的工作频率;利用电容器的相位滞后特性，在馈线上和每个引向器上实现电流同向，最终使得天线突破电小尺寸的局限；
[0015](3)通过引向器，天线在近场范围内实现了更大面积的磁场均匀；
[0016](4)利用反射器使得磁场强度增强，且反射器渐变线的结构很好地实现了天线的匹配。
【附图说明】
[0017]图1(a)为根据本发明提出的近场分段线阵列天线的三维示意图及其(b)设计参数标注图。
[0018]图2为本发明所提出的近场分段线阵列天线回波损耗的仿真结果图。
[0019]图3为本发明所提出的近场天线阵列天线馈源正上方50mm处的磁场强度的仿真结果图。
[0020]其中，附图标记说明如下:1_介质板;2-馈线;3-引向器;4-反射器;5-电容器。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明提供的一种近场分段线阵列天线实施进行具体说明:
[0022]本发明设计的一种近场分段线阵列天线如图1(a)所示，包括介质板上的馈线2，介质板上的七个引向器3，一个具有渐变线结构的反射器4，其轮廓是中间往两边线性减小，以及同一水平方向上分段线间的电容器5。
[0023]如图1(b)所示介质板的长度为1，宽为W，厚度为h，馈线的长度为I1，宽为W1，反相器与馈线之间的最短间距为12，分段线的间距为d，各引向器的间距和馈线与最近引向器的距离均为S。
[0024]本发明根据图1设计的工作频率在920MHz的近场分段线阵列天线，其介质基板的介电常数为4.4，介质基板的长度I = 600mm，宽度为W = 450mm厚度为h= 1.6mm，分段线的长度为I1 = STmm,宽度为W1 = 5mm，间距d=lmm，各引向器的间距和馈线与最近引向器的距离为s = 40mm，反相器与馈线之间的最短距离12= 10mm。
[0025]图2是使用HFSS仿真软件对具有上述尺寸的本发明近场分段线阵列天线的回波损耗的仿真结果图，可以看到该天线-1OdB的工作频率范围在866MHz?957MHz之间，谐振频点基本在920MHz处，符合国内近场标签的规范。
[0026]图3是本发明的磁场强度仿真结果图，可以看到在很大范围内实现了磁场均匀，在输入功率为30dBmW的前提下能够获得足够强度的磁场。同时，本发明中的馈线总长度为455mm，约为工作波长的1.5倍，实现了近场天线的电大尺寸设计，且最终的阅读面积为455mm X 300mm，周长约为5倍的工作波长，相较于之前的一些设计，实现了近场天线更大面积的读写。
【主权项】
1.近场分段线阵列天线，包括介质板、金属层和电容器，其特征在于:金属层和电容器设置在介质板的上表面，馈电端子设置在介质板的下表面;所述金属层包括馈线、引向器和反射器，其中，馈线是由中心馈电的分段线构成，引向器与馈线平行且由多个分段线构成，反射器的轮廓是由中间往两边线性减小的渐变线构成;所述引向器和反射器分别位于馈线的两侧;所述电容器位于各分段线之间，且同一水平线上的电容器的电容值相等。2.根据权利要求1所述的近场分段线阵列天线，其特征在于:所述馈线包括的分段线的段数大于等于12。3.根据权利要求2所述的近场分段线阵列天线，其特征在于:所述馈线的总长度为1.5倍的工作频率对应的波长。4.根据权利要求1所述的近场分段线阵列天线，其特征在于:所述引向器采用多个且平行排列，每个引向器的分段段数和总长度均与所述馈线相等。5.根据权利要求4所述的近场分段线阵列天线，其特征在于:各个引向器之间的距离与所述馈线和相邻引向器间的距离均相等。6.根据权利要求4或5所述的近场分段线阵列天线，其特征在于:所述馈线上电容器的电容值和每排引向器上电容器的电容值成等差数列。
【专利摘要】本发明公开了一种近场分段线阵列天线，包括介质板、金属层和电容器。金属层包括馈线、引向器和反射器，其中，馈线是由中心馈电的分段线构成，引向器与馈线平行且由多个分段线构成，反射器的轮廓是由中间往两边线性减小的渐变线构成；引向器和反射器分别位于馈线的两侧；电容器位于各分段线之间，且同一水平线上的电容器的电容值相等。本发明分段线和电容器的谐振决定了天线的工作频率；利用电容器的相位滞后特性，实现了电流在馈线上和引向器上同向；通过多个引向器，天线在近场范围内实现了更大面积的磁场均匀；同时，利用反射器使得磁场强度增强，且反射器渐变线的结构很好地实现了天线的匹配。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q21/00, H01Q19/10
【公开号】CN105514621
【申请号】CN201610086730
【发明人】唐万春, 黄承, 沈来伟, 庄伟 , 王橙, 刘升, 朱建平
【申请人】南京师范大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年2月16日