CN101192712A - 一种小型微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体积小、效率高、安装方便、易于加工生产的小型微带天线；该天线的结构包括基板、位于基板背面的地板，其中，所述基板为方形高频复合材料介质板，其正面具有经刻蚀工艺形成的辐射振子，所述辐射振子中间下方设置馈电点，所述辐射振子四边的中间位置分别开有凹槽；采用上述结构的天线，不仅有效简化了应用中的产品设计和装配工艺，而且实现了缩小体积和保持增益的设计要求，使天线可内置于手持式RFID读写设备，同时具有较高的工作效率。

Description

一种小型微带天线

技术领域

本发明涉及一种微带天线，特别涉及一种适用于手持式超高频RFID无线识别装置使用的小型微带天线。

背景技术

在超高频被动式射频识别(RFID)系统中，天线效率是影响系统识别距离和有效识别率的重要指标，特别是在小型RFID读写设备中，天线的体积由于受到空间的限制而随之缩小；天线的体积和效率是一个相互矛盾的问题，如何在有限的体积条件下保持尽可能高的效率是同类产品面临的共同问题。

超高频RFID技术进入中国市场比较晚，对于小型化的RFID设备，国内尚没有与之配套的产品，在手持或移动RFID设备中使用的微型天线基本是靠进口。为了尽量保持天线效率，国外产品大多数采用天线外置的方式，即天线作为一个独立部件延伸到手持或移动设备的外面，这样一来天线的体积就可以做得大一些，外形较大增益高的天线设计技术也得以应用。

现有技术中适用于手持式超高频RFID无线识别装置使用的微带天线存在以下不足之处：

1.由于天线外置，增加了识别装置的体积，且不利于装置的安装及使用，而且提高了加工生产的难度。

2.在缩小天线体积的情况下，天线的效率也会随之降低，不能保证在合理的体积条件下保持较高的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、效率高、安装方便、易于加工生产且可内置使用的小型微带天线。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是提供一种小型微带天线，该天线包括：基板、位于基板背面的地板，所述基板为方形高频复合材料介质板，其正面具有经刻蚀工艺形成的辐射振子，所述辐射振子中间下方设置馈电点，所述辐射振子四边的中间位置分别开有凹槽。

优选的，所述辐射振子可以为矩型；所述介质板可以为聚乙烯复合陶瓷，其介电常数为9.82；所述凹槽的长度为5.2mm，宽度为1.9mm；所述馈电点的匹配阻抗可以为50欧姆。

优选的，所述基板可以为双面敷铜的高介电常数介质板；所述地板可以为全敷铜地板；所述天线正面和背面的金属部分可做镀金处理，所述介质板在高温条件下做整平处理。

优选的，所述基板的四角分别设有安装孔；所述天线的一角设置有校准端。

优选的，所述天线的尺寸可以为70×70mm，厚度为2mm。

同现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

1.本发明的微带天线体积小，重量轻，剖面低，便于安装，特别是微带天线的反射面为全金属覆盖层，最大限度地减少了密集安装环境中天线与背向其他电路的相互作用和影响，使天线成为一个相对独立的部件，从而有效简化了应用中的产品设计和装配工艺。

2.本发明的微带天线使用超高频复合材料做介质的双面敷铜基板，选择适当复合材料的介电常数，实现缩小体积和保持增益的设计要求。在双面敷铜介质板的正面光刻形成辐射振子，振子为矩形，四边中间位置开槽，背面是地板；在辐射振子中间下方设置馈电点，匹配阻抗为50欧母；为了降低天线的剖面高度，本发明选择了介电常数较高的介质，这样同时也会增加损耗，因此，需要使用上述特殊的设计和加工技术，以满足天线体积与增益两项重要指标的要求。

附图说明

图1是本发明小型微带天线的结构图；

图2是本发明小型微带天线的外形示意图；

图3是本发明馈电点结构示意图；

图4是本发明开槽尺寸示意图；

图5是本发明校准端示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：使用超高频复合材料做介质的基板，选择适当复合材料的介电常数，通过特殊的设计和加工技术，进而获得符合缩小体积和保持增益设计要求的微带天线。

参照图1，是本发明小型微带天线的结构图；

基板1采用双面敷铜的高介电常数介质板，在正面经过刻蚀工艺形成辐射振子2，辐射振子2为矩型，在四个边的中间位置开有凹槽5以改善频率特性；馈电点4采用内馈方式，通过馈点位置的选择，实现50Ω的传输阻抗匹配；基板1背面为全敷铜地板3；为了降低损耗，正面和背面的金属部分均可做镀金处理，同时，介质板在高温条件下做整平处理；本发明可采用同轴线馈电，馈电点4的具体位置及结构可参见图2及图3。

为实现本发明小型微带天线的内置安装，基板1的四角分别设置有安装孔6，其中的一角设置有校准端7。

参照图2，本发明可选择厚度为2mm的高介电常数的介质基板；按照理想条件计算辐射振子的宽度Lb2，在此基础上进行优化设计。对于介质基板厚度为h，天线工作频率为fr以及有较高效率的辐射器，

其实用宽度Lb为 $\mathrm{Lb}=\frac{c}{{2f}_r}{\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_r+1}{2}\right)}^{-1/2}$

线伸长 $\mathrm{\Δl}=0.412\frac{({\mathrm{\ϵ}}_e+0.3)(\mathrm{Lb}/h+0.264)}{({\mathrm{\ϵ}}_e-0.258)(\mathrm{Lb}/h+0.8)}$

振子长度La为 $\mathrm{La}=\frac{c}{2f_r\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}-2\mathrm{\Δl}$

式中，c为光速，εr为介质介电常数，εe为等效介电常数。

图3是馈电点4的结构示意图，馈点选在中线下方适当位置以便获得最佳的匹配性能；馈点位置确定后，开一个直径为D1的光孔，并在背面地板形成45度坡角，同时将地板上相应位置的金属部分刻除，形成一个直径为D2的光板区域以便安装馈线连接器。

图4是开槽尺寸示意图，开槽的目的是改善天线的频率特性。

本发明在外形加工成型后，进行金属面镀金和热整平处理，以便在批量生产中保持良好的一致性和较低的损耗。

作为优选实施方式，本发明可采用的实际外形尺寸为70×70mm，面状，厚度为2mm；外形完全适合在手持式RFID读写设备中使用；安装方式为内置；高介电常数介质板可以采用聚乙烯复合陶瓷，设其介电常数为9.82，凹槽5的长度和宽度可以精确为5.2mm和1.9mm，以达到更佳的效果。

指标：

	项目	指标	备注
				1	增益	2.4-2.6dBi
2	驻波比	＞1.2
				3	带宽	18MHz	906-924MHZ
4	阻抗	50欧母
				5	波瓣角	40度/1.8dB
	极化方向	线极化

由于本发明背向为全金属反射面，使用中对背向其他电路影响很小，可以忽略，安装使用十分方便。正面采用聚炭酸脂或其他无线电损耗小的工程塑料进行保护，天线振子与保护外壳的距离要求大于1.5mm。

与EPC Class1-Gen1标准的RFID读写器配合测试，当读写器端口功率为0.5-1W时，可以在1-1.5m的距离内快速有效识别电子标签。

以上应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种小型微带天线，包括基板、位于基板背面的地板，其特征在于，所述基板为方形高频复合材料介质板，其正面具有经刻蚀工艺形成的辐射振子，所述辐射振子中间下方设置馈电点，所述辐射振子四边的中间位置分别开有凹槽。

2.如权利要求1所述的小型微带天线，其特征在于，所述介质板为聚乙烯复合陶瓷，其介电常数为9.82。

3.如权利要求1或2所述的小型微带天线，其特征在于，所述凹槽的长度为5.2mm，宽度为1.9mm。

4.如权利要求1所述的小型微带天线，其特征在于，所述辐射振子为矩型。

5.如权利要求1所述的小型微带天线，其特征在于，所述馈电点的匹配阻抗为50欧姆。

6.如权利要求1所述的小型微带天线，其特征在于，所述基板为双面敷铜的高介电常数介质板。

7.如权利要求6所述的小型微带天线，其特征在于，所述地板为全敷铜地板。

8.如权利要求6或7所述的小型微带天线，其特征在于，所述天线正面和背面的金属部分做镀金处理，所述介质板在高温条件下做整平处理。

9.如权利要求8所述的小型微带天线，其特征在于，所述天线的尺寸为70×70mm，厚度为2mm。

10.如权利要求9所述的小型微带天线，其特征在于，所述天线的一角设置有校准端。

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