一种高频远距离识别的阅读器天线及系统

摘要

本发明公开了一种高频远距离识别的阅读器天线及系统，天线包括至少四组天线线圈、四组天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路；四组天线阻抗匹配电路分别连接四组天线线圈并可向四组天线线圈传输射频信号；所述天线切换控制电路分别和四个天线阻抗匹配电路连接，分别控制四个天线阻抗匹配电路工作。本发明的高频远距离识别的阅读器天线适用于远距离自动识别领域，可以实现在55cm范围内对支持ISO14443A/B标准的证卡进行远距离、多角度的读取，解决了在人员密集等特殊场合的应用问题。

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种高频远距离识别的阅读器天线及系统。

背景技术

射频识别技术是通过无线射频信号获取物体的相关数据并加以识别的技术。天线是射频识别技术中不可缺少的重要组成部分，读写器的射频能量通过天线以电磁波能量的方式辐射出去。针对远距离识读系统，天线和读写器一般采取分离式结构，并通过阻抗匹配的同轴电缆连接到一起。

当前，工作在高频(主要指13.56MHz)的射频卡应用广泛，该证卡符合的国际标准有ISO/IEC 15693和ISO/IEC 14443两种，满足ISO/IEC 15693标准的证卡读取距离可高达一米以上，而满足ISO/IEC 14443标准的证卡读取距离只有10cm，覆盖范围小，读取速度慢。在一些特殊场合，如地铁、公交、火车站等人员密度大的场所，针对满足ISO/IEC 14443标准的证卡进行读取时，短距离、范围小、识别慢成为快速读取证卡的一大障碍。在设置卡口处，读取证卡时影响乘客通行速度，出现乘客通行缓慢、安保人员负担重等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种高频远距离识别的阅读器天线及系统，可以实现远距离、大范围的RFID证卡读取，满足在人员密集场合的特殊应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高频远距离识别的阅读器天线，包括至少四组天线线圈、四组天线阻抗匹配电路和天线切换控制电路；四组天线阻抗匹配电路分别连接四组天线线圈并可向四组天线线圈传输射频信号；所述天线切换控制电路分别和四个天线阻抗匹配电路连接，分别控制四个天线阻抗匹配电路工作。

进一步地，每个天线线圈的尺寸一致，单个天线线圈的长、宽均为450mm。

本发明还提供一种利用上述阅读器天线的证卡读取系统，包括对称设置的两个非金属门板，两个非金属门板的两侧均固定在金属支柱上；两组天线线圈上下对称地固定在其中一个非金属门板上，另外两组天线线圈上下对称地固定在另一个非金属门板上。

本发明的有益效果在于：本发明的高频远距离识别的阅读器天线适用于远距离自动识别领域，可以实现在55cm范围内对支持ISO14443A/B标准的证卡进行远距离、多角度的读取，解决了在人员密集等特殊场合的应用问题。

附图说明

图1为本发明实施例1中阅读器天线的结构示意图；

图2为本发明实施例1中天线线圈和天线阻抗匹配电路的连接示意图；

图3为本发明实施例1中天线线圈工作原理示意图；

图4为本发明实施例1中天线线圈工作俯视图；

图5为本发明实施例2中系统结构示意图；

图6为本发明实施例2中系统的工作示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种高频远距离识别的阅读器天线，如图1所示，包括四个天线线圈1、2、3、4，四个天线阻抗匹配电路5、6、7、8和天线切换控制电路9；四个天线阻抗匹配电路5、6、7、8分别连接四个天线线圈1、2、3、4并可向四个天线线圈传输射频信号；所述天线切换控制电路9分别和四个天线阻抗匹配电路连接，分别控制四个天线阻抗匹配电路工作。

需要说明的是，大功率的射频能量作为信号源，天线切换控制电路控制天线阻抗匹配电路5、6、7、8中的一个向对应的天线线圈1、2、3或4传输射频信号，将射频信号最大程度的辐射到空间中，用以激活证卡芯片，从而读取证卡信息。天线切换控制电路控制天线线圈的工作模式，使得四组天线线圈间歇性工作，即当一个天线线圈工作时，其他三个天线线圈处于关闭状态，避免与工作线圈产生耦合，干扰工作线圈正常工作。

本实施例中，每个天线线圈的尺寸一致，如图2所示，单个天线线圈的长宽均为450mm。

本实施例中，如图3所示，天线阻抗匹配电路5连接天线线圈1，并在天线上形成电流，根据通电直导线中的安培定则：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指指向就是磁感线的环绕方向，则可以画出磁感线的环绕方向，“×”表示远离，“·”表示靠近。其他各组天线阻抗匹配电路和天线线圈的原理相同。

如图4所示，当天线线圈工作时，磁感线102方向如图所示，证卡101以垂直于天线线圈中心法线方向的角度进入天线线圈的磁感线102范围时，会耦合到最大的能量，在远离天线线圈的空间范围内即可被激活，实现了远距离识别证卡信息的功能。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述阅读器天线的证卡读取系统。

如图5所示，非金属门板201、202分别对称地固定在金属支柱203、204与205、206上，门板之间的距离为70cm，两组远距离识别的天线线圈1、2对称地固定在非金属板201上，匹配板10为天线阻抗匹配电路5与6的组合电路板，同样地，两组远距离识别的天线线圈3、4对称地固定在非金属板202上，匹配板11为天线阻抗匹配电路7与8的组合电路板。

为实现天线的远距离识读，需要增大天线线圈的面积，扩大天线线圈产生的磁场范围，使RFID证卡在远离金属线圈处仍能从磁场中耦合到足够的能量来激活卡体内的芯片。对于半径为R的金属线圈回路，匝数为N时，距离线圈为x处的磁场强度为：

由于磁场强度和线圈半径R并不是线性关系，为从数学上求出最大磁场强度与线圈半径R之间的关系，对上式进行求拐点计算得出：

即发射金属天线的最佳半径是最大期望读写范围的

四组天线线圈通过天线切换控制电路快速切换，轮流工作向空间辐射能量，如图6所示，当天线线圈1工作时，大部分磁力线207会垂直穿过平行于非金属门板201的证卡208，使证卡耦合到足够的能量，实现远距离读取证卡信息的功能，如图6所示。

而由于平行于非金属门板201的证卡209距离天线线圈1比较远，存在不被激活的可能性；当天线切换控制电路切换后，天线线圈1对侧天线天线3工作时，证卡209可以耦合到足够的能量激活芯片进行通信。当证卡垂直于非金属门板进入时，如图6所示的证卡210，此时，刚进入磁场时天线线圈1产生的磁力线能够穿过证卡，读取其证卡信息，证卡与天线呈一定角度亦可。本实施例可以实现远距离读取支持ISO/IEC 14443协议的证卡信息目的。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。