CN101527390B - 一种抗金属电子标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增益高、尺寸小的抗金属电子标签天线，该天线由微带天线和偶极子天线结合而成，其中微带天线由地板(1)和主辐射体(2)组成，偶极子天线由天线第一臂(2)和第二臂(3)组成；所述微带天线的主辐射体(2)和偶极子天线的第一臂(2)为同一个导体；所述微带天线的地板(1)与偶极子天线的第二臂(3)之间直流短路。该天线结构包括底层、中间层和顶层三层，其中底层为地板(1)，顶层包括偶极子天线的两臂，中间层包括FR4基材(4)和过孔(7)，基材(4)用于填充底层与顶层之间的空隙，过孔用于基材(4)两侧实体之间的电连接。本发明为微带天线与偶极子天线的巧妙结合，实现了电子标签可直接贴附于金属表面。

Description

一种抗金属电子标签天线

技术领域

本发明属于微波通讯技术领域，尤其涉及一种抗金属电子标签天线。

背景技术

抗金属电子标签，简称金属标签，是一类应用环境比较特殊的标签。该类标签通常贴附于其它物体的金属外表面。电子标签由标签内心inlay和inlay外面的封装例如塑料壳构成。标签内心Inlay通常由天线和芯片组成。由于目前的芯片供应商能够为全球的标签制造商广泛提供电子标签芯片，所以电子标签的核心竞争力集中在天线方面。

目前的抗金属电子标签天线，在超高频频段一般为偶极子天线。偶极子天线通常由等长的两臂组成，天线的材料通常为良导体，例如铜、铝。偶极子天线的辐射效率很高，是常用的天线类型之一，同时也经常用作阵列天线的天线单元。由于临近导体的影响，会导致偶极子型抗金属电子标签天线性能的急剧恶化，包括增益急剧降低，并且阻抗急剧变化，和芯片严重失配，最终使电子标签无法工作。为了解决这一难题，目前主要有两种做法：

方法一、增加电子标签天线和贴附物金属外表面的距离，减小临近导体对偶极子天线的影响，直到性能达到可以接受的程度。天线和贴附物金属表面之间增加一层介质材料，例如有机玻璃、聚氯乙烯来保证所需要的距离。目前，基于这种设计思想的抗金属标签厚度通常为5mm至10mm，并且天线的长度大都超过了100mm，多为150mm左右，工作频率为900MHz频段。

方法二在天线和贴附物的金属表面之间增加一层微波吸波材料。该方法相比于前一种，优势是天线的阻抗便于和芯片匹配。其缺点包括：厚度较大，不小于5mm；长度较大，大都超过了100mm，多为150mm左右，工作频率为900MHz频段。

以上两种方法设计的天线，增益通常只能达到-10dBi左右甚至更低。正是由于抗金属电子标签天线的尺寸大、增益低，使用非常不便，因而限制了金属标签在一些领域的应用，例如笔记本电脑管理系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种增益高、尺寸小的抗金属电子标签天线。

为解决上述技术问题，本发明抗金属电子标签天线，由一个微带天线和一个偶极子天线结合而成，其中微带天线由地板和主辐射体组成，偶极子天线由天线第一臂和天线第二臂组成；

所述微带天线的主辐射体和所述偶极子天线的第一臂为同一个金属导体；主辐射体和偶极子天线的天线第二臂不在同一直线上，两者组成变形偶极子天线；天线第一臂和天线第二臂平行设置；天线第二臂的长度为整个抗金属电子标签天线长度的一半左右，宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的一半左右；天线第一臂的长度尽可能占满整个抗金属电子标签天线的长度，两端可留出1～3mm，天线第一臂的宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的三分之一左右；

所述微带天线的地板与所述偶极子天线的第二臂之间直流短路。

进一步，该天线的结构分为底层、中间层和顶层三层，所述微带天线的地板在底层；顶层由三块彼此独立的金属导体组成，包括所述天线第一臂、天线第二臂和一个方形焊盘；

该天线的中间层包括高频介质基材，该基材用于填充底层与顶层之间的空隙。

进一步，所述基材为FR4基材。

进一步，所述天线的中间层还包括过孔，该过孔用于基材两侧实体之间的电连接。

进一步，该抗金属电子标签天线的馈点的第一点在所述天线第一臂上靠近该天线馈点第二点的一端，该天线馈点的第二点在一个与地板直流短路的金属导体上。

进一步，所述天线馈点的第二点所在的金属导体为所述方形焊盘。

进一步，所述天线第一臂远离天线馈点的一端向所述天线第二臂方向有一个折弯。

本发明提出的抗金属电子标签天线样式为微带天线与偶极子天线的巧妙结合，把贴附物的金属表面作为天线的一部分，有效地利用该金属面，使金属面也参加辐射，增大了天线的辐射面积，使天线有较好的方向性和较高的增益，天线与贴附物金属表面之间的距离不再是主要的影响因素。本发明抗金属电子标签天线实现了电子标签可直接贴附于金属表面，尺寸小、应用范围广、性能稳定、易批量加工、安装方便。

附图说明

图1是抗金属电子标签天线结构示意图；

图2是抗金属电子标签天线位于贴附物金属表面的方向图（含增益）；此时天线模型中包含贴附物的金属表面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是抗金属电子标签天线结构示意图，如图所示，该天线分为三层结构：底层、顶层、中间层。底层是一块完整的金属导体，例如铜箔，形成微带天线的地板1。顶层由三块彼此独立的金属导体例如铜箔组成，包括偶极子天线的两臂和一个方形焊盘6，该偶极子天线的第一臂2和微带天线的主辐射体2为同一块金属导体，该金属导体也是本发明抗金属电子标签天线的主辐射体，该偶极子天线的第二臂3于地板1之间通过过孔直流短路。方形焊盘6与地板1通过过孔直流短路，该方形焊盘上有本发明抗金属电子标签天线馈点中的第二个点6，该天线馈点的第一个点5在偶极子天线第一臂2上靠近方形焊盘6的一端。天线馈点表示天线和芯片的电气连接位置。中间层由FR4基材4和数目不少于两个的过孔7组成，FR4基材能有效缩小天线的尺寸，其厚度为2.0mm；过孔7是基材4两侧实体的电气连接部分。

主辐射体2和偶极子天线的第二臂3不在同一直线上，两者组成变形偶极子天线形式。根据天线辐射原理可以知道当天线的辐射阻抗达到一定的值以后该天线才能够有效的辐射，所以本发明采用变形偶极子来提高天线的辐射阻抗。本发明实施例中该变形偶极子天线是一个近似平衡双线馈电的非对称形式的天线，所以其水平方向上的电场分量相互叠加。按矢量分析的方法可将该天线形式等效为许多水平方向上的线载流元，所以该天线形式的主极化方式为水平极化。本发明实施例中，偶极子天线的第一臂2和第二臂3平行设置，第二臂3的长度为整个抗金属电子标签天线长度的一半左右，宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的一半左右，可以通过调整偶极子天线第二臂3的长和宽来调节天线的性能；偶极子天线第一臂2的长度应尽可能占满整个抗金属电子标签天线的长度，两端可留出1至3mm，偶极子天线第一臂2的宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的三分之一左右。在整个天线长度有限的情况下，例如：天线的长度不足0.25个波长，偶极子天线第一臂2远离馈点的一端向第二臂3的方向折弯变形，使总长度增加，适当调节折弯部分增加的长度，能够调节天线的增益、谐振频率和阻抗的大小，从而使天线能够谐振在所需的频率上，并且使天线的阻抗与芯片的特性阻抗达到共扼匹配，使得标签芯片的能量以最小损耗传到天线上，再通过天线发射出去。调节这些相应的天线参数最后得到一个理想的抗金属电子标签天线。连接微带天线地板1和偶极子天线第二臂3的过孔，应保证地板1加上偶极子天线第二臂3的电长度尽可能长。

整个金属电子标签的尺寸设计为64mm*32mm*3mm，其封装采用标贴的形式。天线馈点的第二个点6所在的方形焊盘6的边长设计为2mm*2mm，其边缘距离整个天线右侧板边、偶极子天线第一臂2的最右边缘、偶极子电线第二臂3上边缘的距离均为1mm。

在地板1和主辐射体2组成的微带天线中，地板1和主辐射体2共同形成辐射，同时地板1还起到类似于手电筒中反光镜的作用，反光镜越大、聚束能力越强，则前方就会更亮。在微带天线不靠近其它导体时，它有一个自带的较小的反光镜即地板；当它靠近其他导体时，相当于获得了一个较大的反光镜，相当于增大的地板，从而获得较高的亮度即增益。地板的大小，影响了天线的方向图，从而影响增益。同时，地板1还消除了偶极子天线靠近其它导体时，输入阻抗的急剧变化。

本发明提出的抗金属电子标签天线样式为微带天线与偶极子天线的巧妙结合，把贴附物的金属表面作为天线的一部分，有效地利用该金属面，使金属面也参加辐射，增大了天线的辐射面积，使天线有较好的方向性和较高的增益，普通的偶极子标签天线方向性增益一般为2至3dBi，而本发明设计的标签可达到7.11dBi，详见图2。天线与贴附物金属表面之间的距离不再是主要的影响因素。本发明抗金属电子标签天线实现了电子标签可直接贴附于金属表面，尺寸小、应用范围广、性能稳定、易批量加工、安装方便。

采用本发明抗金属电子标签天线的抗金属电子标签封装过程为：首先确定FR4天线基板4的形状及尺寸，然后在此基板正面用铜箔丝印抗金属电子标签天线，反面也用铜箔丝印接地面天线部分；然后将芯片与抗金属电子标签天线邦定在一起；标签接地板背面再贴上一层双面胶，安装时将胶表面的纸撕开，即可直接将标签贴于金属表面。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应注意的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求记载的技术方案及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种抗金属电子标签天线，其特征在于：该抗金属电子标签天线由一个微带天线和一个偶极子天线结合而成，其中微带天线由地板（1）和主辐射体（2）组成，偶极子天线由天线第一臂（2）和天线第二臂（3）组成；

所述微带天线的主辐射体（2）和所述偶极子天线的第一臂（2）为同一个金属导体；主辐射体（2）和偶极子天线的天线第二臂（3）不在同一直线上，两者组成变形偶极子天线；天线第一臂（2）和天线第二臂（3）平行设置；天线第二臂（3）的长度为整个抗金属电子标签天线长度的一半，宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的一半；天线第一臂（2）的长度尽可能占满整个抗金属电子标签天线的长度，两端可留出1～3mm，天线第一臂（2）的宽度为整个抗金属电子标签天线宽度的三分之一；

所述微带天线的地板（1）与所述偶极子天线的第二臂（3）之间直流短路。

2.根据权利要求1所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：该天线的结构分为底层、中间层和顶层三层，所述微带天线的地板（1）在底层，顶层由三块彼此独立的金属导体组成，包括所述天线第一臂（2）、天线第二臂（3）和一个方形焊盘（6）；

该天线的中间层包括高频介质基材（4），该基材（4）用于填充底层与顶层之间的空隙。

3.根据权利要求2所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：所述基材（4）为FR4基材。

4.根据权利要求2所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：所述天线的中间层还包括过孔（7），该过孔（7）用于基材（4）两侧实体之间的电连接。

5.根据权利要求2所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：该抗金属电子标签天线的馈点的第一点（5）在所述天线第一臂（2）上靠近该天线馈点第二点（6）的一端，该天线馈点的第二点（6）在一个与地板（1）直流短路的金属导体上。

6.根据权利要求5所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：所述天线馈点的第二点（6）所在的金属导体为所述方形焊盘（6）。

7.根据权利要求5所述的抗金属电子标签天线，其特征在于：所述天线第一臂（2）远离天线馈点的一端向所述天线第二臂（3）方向有一个折弯。

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