CN101013774A - 共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线 - Google Patents

Abstract

共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线是一种结构简单、成本低廉、易于批量加工制造，工作频带较宽、辐射全向性较好的，共面波导馈电的缝隙贴片天线，适用于工作在微波频段的射频识别系统的标签天线，也适用于无线局域网、无线家庭网络等领域。在该天线中，金属贴片(1)贴在介质板(2)的表面上，金属贴片(1)上开有同心双半环形缝隙(3)，其中，内半环形缝隙(31)与外半环形缝隙(32)的上部相连通，内半环形缝隙(31)与外半环形缝隙(32)之间设有金属贴片半圆环(11)，金属贴片半圆环(11)的下部连接共面波导中心导带(12)，所述金属贴片(1)和介质板(2)通过共面波导(4)与外部电路相连。

Description

共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线

技术领域

本发明涉及一种小型化的宽频带印刷天线，特别涉及一种工作在微波频段的射频识别系统的标签天线。

背景技术

目前，国内外用于微波频段射频识别系统的标签天线都采用印刷结构的方案，主要型式有曲线型、口径耦合型、共面波导馈电的折合槽线型等，或是结构过于复杂，或是尺寸过大而难与系统配合，或是工作频带过窄、增益过高、全向性较差、等等，难以满足微波频段射频识别系统对标签天线的实用要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了一种结构简单，成本低廉，易于批量加工制造，工作频带较宽、辐射全向性较好的，便于单片集成的共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线。

技术方案：本发明为实现上述要求所采取的技术方案如下：金属贴片贴在介质板的表面上，金属贴片上开有同心双半环形缝隙，其中，内半环形缝隙与外半环形缝隙的上部相连通，内半环形缝隙与外半环形缝隙之间设有金属贴片半圆环，金属贴片半圆环的下部连接共面波导的中心导带，所述金属贴片和介质板通过共面波导与外部电路相连。

所述的同心双半环形缝隙的周长之和约等于工作频率在介质中的波长。所述的金属贴片的外形为矩形，其宽度约为工作频率在介质中的半波长。介质板的长度和宽度与金属贴片相同。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：(1)采用微带印刷技术，利于批量生产，降低成本。(2)工作带宽较宽，输入驻波比不超过2∶1(即回波损失≤-10dB)的相对频带宽度达到26％，是已知其他射频识别系统标签天线的2-3倍，有利于提高射频识别系统的鲁棒性和对环境的适应性。(3)天线辐射方向性图的全向性比现有技术有所改善，天线的增益比现有技术低，符合射频识别系统对全向性的要求。(4)天线远场的两个极化分量呈现的交叉极化效应，恰适用于室内环境。(5)具有较好的通用性，可应用于无线局域网，无线家庭网络等领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是工作在5.80GHz频段的天线结构示意图。

图3是工作在5.80GHz频段的天线回波损失频响曲线。

图4是天线在5.90GHz频率上实测的xoz剖面(H-面)的辐射方向性图。

图5是天线在5.90GHz频率上实测的yoz剖面(对称E-面)的辐射方向性图。

图6是天线在5.90GHz频率上实测的xoy剖面(贴片E-面)的辐射方向性图。

图7是工作在5.80GHz频段的天线的实测增益频响曲线。

具体实施方式

现对本发明的具体实施方式结合如下实施例及其附图作进一步详细描述。

实施例：用于5.80GHz频段的射频识别标签的共面波导馈电的宽频带天线，此标签天线的结构示于图2，仅由一块常规的聚四氟乙烯介质片上印制的开缝贴片构成，采用共面波导馈电。该介质片的厚度为1.6mm，相对介电常数ε_r＝4.4，损耗正切角tanσ＝0.02；介质片的长度L约等于工作频率在介质中的半波长λ_g/2，宽度为W。由于天线两侧分别是介质片与空气，在介质中的波长λ_g既不是自由空间中的波长λ_o、也不是无限大介质中的波长，可按近似公式计算。

${\mathrm{\λ}}_g={\mathrm{\λ}}_o/\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{eff}}}$

式中的等效介电常数ε_eff＝(1+ε_r)/2。该天线沿横向是左右对称的，由图2可见其缝隙部分由两个同心半圆环连接而成，其总长度约等于工作频率在介质中的波长λ_g。基于几何学中相同面积图形以圆之周长为最长的简单原理，采用圆环形折合缝隙将比相同周长的矩形折合缝隙占用更小的面积，符合结构小型化的要求。

记共面波导的中心导带宽度为W₃、缝隙宽度为W₂、至馈端的长度为L₁，如图2所示。可以利用CST公司的CST MICROWAVE STUDIO来计算共面波导的特性阻抗。可以利用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS-9.2进行了仿真分析，优选出符合要求的天线几何尺寸：L＝16mm，W＝15mm，R₁＝2.3mm，R₂＝4.7mm，R₃＝5.7mm，R₄＝7.7mm。两同心半圆环的周长之和约为34mm，恰接近1λ_g。对应有共面波导的尺寸：W₂＝W₃＝1mm，L₁＝3.3mm，对应其特性阻抗为50Ω。在仿真分析的过程中发现：影响天线匹配的参数主要是W₂和W₃，与长度L₁几乎无关。图3、图4、图5、图6、图7分别给出了该实例天线的仿真或测试结果。

Claims (4)

1.一种共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线，包括介质板、金属贴片和共面波导，其特征是金属贴片(1)贴在介质板(2)的表面上，金属贴片(1)上开有同心双半环形缝隙(3)，其中，内半环形缝隙(31)与外半环形缝隙(32)的上部相连通，内半环形缝隙(31)与外半环形缝隙(32)之间设有金属贴片半圆环(11)，金属贴片半圆环(11)的下部连接共面波导中心导带(12)，所述金属贴片(1)和介质板(2)通过共面波导(4)与外部电路相连。

2.根据权利要求1所述的共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线，其特征是所述的同心双半环形缝隙(3)的周长之和约等于工作频率在介质中的波长。

3.根据权利要求1所述的共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线，其特征是所述的金属贴片(1)的外形为矩形，其宽度约为工作频率在介质中的半波长。

4.根据权利要求1所述的共面波导馈电的缝隙贴片印刷天线，其特征是介质板(2)的长度和宽度与金属贴片(1)相同。

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