CN101271998A - 用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线 - Google Patents

Abstract

用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，涉及一种偶极子天线。提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线。设有单面覆铜的介质基板，在介质基板的覆铜区域设有金属偶极子辐射贴片和镜像补偿贴片；金属偶极子辐射贴片设有直臂和2个折臂，2个折臂的结构尺寸相同且对称位于直臂的两端。直臂的横向中心线上设有断开间隙，断开间隙位于直臂的中心线上；镜像补偿贴片与金属偶极子辐射贴片的结构尺寸相同且与金属偶极子辐射贴片呈对称设置。

Description

用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线

技术领域

本发明涉及一种偶极子天线，尤其是涉及一种用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线。

背景技术

射频识别(RFID)技术是20世纪90年代开始兴起的一种用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等，将此技术与互联网、通讯等技术相结合，用于物流、制造、公共信息服务等行业，可实现高效管理与运作，降低成本。随着安全软信息相关技术的不断完善和成熟，RFID系列产业将成为一个新兴的高技术产业群，成为国民经济新的增长点，对提升社会信息化水平、促进经济可持续发展、提高人民生活质量、增强公共安全与国防安全等方面都将产生深远的影响，并具有重大的战略性意义。可以预计RFID技术将成为继移动通讯技术、互联网技术之后又一项影响全球经济与人类生活的新一代先进技术。

天线设计及制造技术是射频识别技术的核心关键技术之一，天线的各项特性及形态大小，极大程度地影响了射频识别系统的工作性能及应用领域，天线在RFID系统中具有举足轻重的地位。射频识别系统的常用工作频段——ISM频段的频率范围是2.4～2.4835GHz，带宽达83.5MHz，对于RFID系统的天线设计要求大带宽、小尺寸，且在整个方位平面上提供均匀覆盖，增益在0dBi以上。

对于目前工作频率小于3GHz的RFID天线，常规的微带天线尺寸明显过大，即便通过插入短路针等技术来小型化，效果仍不理想。

目前，把折叠偶极子天线与“镜像补偿”结构结合起来应用在RFID系统中的ISM频段(2.4～2.4835GHz)的相关技术未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线。

本发明设有单面覆铜的介质基板，在介质基板的覆铜区域设有金属偶极子辐射贴片和镜像补偿贴片；金属偶极子辐射贴片设有直臂和2个折臂，2个折臂的结构尺寸相同且对称位于直臂的两端。直臂的横向中心线上设有断开间隙，断开间隙位于直臂的中心线上；镜像补偿贴片与金属偶极子辐射贴片的结构尺寸相同且与金属偶极子辐射贴片呈对称设置。

介质基板最好为长方形介质基板，其尺寸最好是长度为(24±1)mm，宽度为(20±1)mm，厚度为(0.8±0.05)mm。介质基板最好选用相对介电常数为4.4±0.22的介质基板。介质基板最好采用环氧树脂玻璃布介质基板。

2个折臂最好与直臂垂直。直臂和2个折臂的线宽最好均为2mm。镜像补偿贴片与金属偶极子辐射贴片之间最好相互平行且间距最好为2mm。2个折臂的外边沿与介质基板边沿的距离最好均为2mm。2个折臂的内边沿与介质基板的竖向中心线的间距最好为(8±0.1)mm。2个折臂的端面与直臂的内边沿的距离最好均为(5±0.1)mm。

与用于射频识别(RFID)系统的常规微带天线比较，本发明具有以下突出的优点和显著的效果：尺寸小、带宽大、辐射特性好，其带宽可达到570MHz(2.13～2.70GHz)以上，相对带宽达到23.64％以上，可覆盖整个RFID系统中的ISM频段(2.4～2.4835GHz)。尺寸为常规微带天线尺寸的10％，达到了小型化RFID天线的目的，完全可以将其放到RFID标签或读写器里。而且本发明具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点。能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。由于本发明设有镜像补偿贴片，使用时，将馈电点设于金属偶极子辐射贴片的中部(断开间隙两侧)。“镜像补偿”结构能够很好地改善天线的回波损耗，有效降低回波损耗，扩展天线的工作带宽，减小天线的尺寸和表面波的产生，提高天线的效率，改善天线的性能等。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。图1中的点划线表示天线结构的对称线。

图2为本发明实施例实测回波损耗(S₁₁)性能图。图2中的横坐标表示频率，单位为MHz，纵坐标表示回波损耗强度，单位为dB；光标1表示频率为2415.06MHz时，天线的反射系数S₁₁为-16.45dB；光标2表示频率为213151MHz时，天线的反射系数S₁₁为-10.00dB；光标3表示频率为2702.66MHz时，天线的反射系数S₁₁为-10.00dB；天线实际测试频率从0.300MHz开始(Start)至3000.000MHz停止(Stop)。

图3为本发明实施例在2.45GHz时的实测H面方向图。坐标为极坐标。

图4为本发明实施例在2.45GHz的实测E面方向图。坐标为极坐标。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明设有单面覆铜层的长方形介质基板1，覆铜层经刻蚀成金属偶极子辐射贴片2和镜像补偿贴片3。金属偶极子辐射贴片2与镜像补偿贴片3的结构尺寸相同，并且以介质基板1的横向中心线11为界呈上下对称设置。金属偶极子辐射贴片2设有直臂21和2个折臂22，2个折臂22对称位于长臂21的两端且与长臂21垂直。金属偶极子辐射贴片2上设有中间断开间隙(图中未画出，中间断开间隙可为激光切割形成的极小缝隙)。金属偶极子辐射贴片2和镜像补偿贴片3以介质基板1的竖向中心线12为界均呈左右对称设置。

介质基板1采用相对介电常数为4.4的环氧树脂玻璃布(FR4)介质板。介质基板1的长度为24mm，宽度为20mm，厚度为0.8mm。金属偶极子辐射贴片2和镜像补偿贴片3的线宽均为2mm。金属偶极子辐射贴片2与镜像补偿贴片3相互平行且间距为2mm，2个折臂22的外边沿与介质基板1边沿的距离均为2mm。2个折臂22的内边沿与介质基板1的竖向中心线12的间距为8mm。2个折臂22的端面与直臂21的内边沿的距离均为5mm。本发明的制造加工误差对天线特性的影响参见表1。

表1

注：1.表中数据已有一定冗余，各参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求特殊设计；

2.采用高性能微波低耗单面覆铜介质板，tgδ＜0.003。

参见图2，图2给出了本发明实施例实测的回波损耗(S₁₁)性能图。从图2可以看出，天线的工作频带覆盖了2.13～2.70GHz，带内的回波损耗都在-10dB以下，最小回波损耗为-16.45dB。天线回波损耗(S₁₁)性能在整个通频带内满足要求，且带宽达到570MHz，远优于常规偶极子天线，满足射频识别(RFID)系统中的ISM频段(2.4～2.4835GHz)对于天线的要求。

参见图3，图3中可见，两H面的图形状大致相同，天线有两个瓣，一个在300°～60°之间，另一个在120°～240°之间。两个瓣基本上覆盖了大部分角度，所以本发明具有全向辐射特性。

参见图4，图4中可见，天线主瓣在300°～60°之间。

将图3与图4对比可以看出，方向图上半部分的形状基本一致。

从实际测试的天线回波损耗(S₁₁)性能图可以看出，天线已经覆盖了2.13～2.70GHz这个频带，达到了射频识别(RFID)系统中的ISM频段(2.4～2.4835GHz)对于天线的要求。从实际测试的天线在2.45GHz的H面和E面方向图可以看出，天线具有全向辐射特性。

Claims (10)

1.用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于设有单面覆铜的介质基板，在介质基板的覆铜区域设有金属偶极子辐射贴片和镜像补偿贴片；金属偶极子辐射贴片设有直臂和2个折臂，2个折臂的结构尺寸相同且对称位于直臂的两端；直臂的横向中心线上设有断开间隙，断开间隙位于直臂的中心线上；镜像补偿贴片与金属偶极子辐射贴片的结构尺寸相同且与金属偶极子辐射贴片呈对称设置。

2.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于介质基板为长方形介质基板，其尺寸是长度为24±1mm，宽度为20±1mm，厚度为0.8±0.05mm。

3.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于介质基板为相对介电常数为4.4±0.22的介质基板。

4.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于介质基板为环氧树脂玻璃布介质基板。

5.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于2个折臂与直臂垂直。

6.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于直臂和2个折臂的线宽均为2mm。

7.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于镜像补偿贴片与金属偶极子辐射贴片之间相互平行且间距为2mm。

8.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于2个折臂的外边沿与介质基板边沿的距离均为2mm。

9.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于2个折臂的内边沿与介质基板的竖向中心线的间距为8±0.1mm。

10.如权利要求1所述的用于射频识别系统的带有镜像结构的小型化折叠偶极子天线，其特征在于2个折臂的端面与直臂的内边沿的距离均为5±0.1mm。

Images