CN102005644A

CN102005644A - 双频英文字母型偶极子天线

Info

Publication number: CN102005644A
Application number: CN2010105076066A
Authority: CN
Inventors: 周建华; 罗勇; 游佰强; 胡秀丽; 王菁
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2010-10-14
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2011-04-06

Abstract

双频英文字母型偶极子天线，涉及一种偶极子天线。提供一种工作在RFID的UHF频段的940～960MHz、应用性强、回波损耗较低且具有全向辐射特性的双频英文字母型偶极子天线。设有基板，在基板一面设有镀铜层，镀铜层为英文字母组成的天线辐射贴片。尺寸小、辐射特性好，双频工作频带分别为工作频段一：940～1000MHz，绝对带宽60MHz；工作频段二：2.43～2.46GHz，绝对带宽为30MHz。天线尺寸为常规偶极子天线尺寸的75％，在一定程度上缩减了RFID天线的几何尺寸。还具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点。完全能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。

Description

双频英文字母型偶极子天线

技术领域

本发明涉及一种偶极子天线，尤其是涉及一种双频英文字母型偶极子天线。

背景技术

(1)RFID

RFID(Radio Frequency Identification)是21世纪十大重要技术之一，自1937年，RFID技术被美国海军研究试验室(U.S.Naval Research Laboratory(NRL))开发用来识别盟军的飞机以来，RFID技术以其体积小、容量大、寿命长、可重复使用、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特点而被广泛地应用于物流方面。2005年，Wal-Mart百货对RFID技术在电子商品标签上的应用，以及2007年3月，由美国、德国、意大利、中国、韩国等近20家研究机构在EPC Global框架之外成立了The Global RF LabAlliance(GRFLA)，都有力地推动了RFID技术在物流供应链以及更多的领域中成功应用。

随着中国加入WTO，在国内，RFID技术也被大量应用于物流以及运输。2007年，中国第二代居民身份证使用RFID技术；2008年，北京奥运会电子门票和奥运食品供应链应用了RFID技术；2010年5月，上海世博会的门票系统将全部采用RFID技术。此外，政府开始积极推动如邮政、海关、危险品管理、药品管理、物流等各种试点工作的。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。

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，随着RFID技术系列应用的飞速发展，人们对RFID天线在宽带化、小型化、宽标定无适应性、抗破坏性、多频段多网络兼容性等方面提出了更高的要求。天线在RFID系统中具有举足轻重的地位，对其进行深入的研究具有重要的参考价值和实用意义。

(2)偶极子天线

在远距离耦合RFID应用系统中，最常用的是偶极子天线(又称对称振子天线)。典型的偶极子天线由两段同样粗细和等长的直导线排成一条直线构成，信号从中间的两个端点馈入，在偶极子的两臂上将产生一定的电流分布，这种电流分布就在天线周围空间激发起电磁场。当单个振子臂的长度L＝λ/4时(半波振子)，输入阻抗的电抗分量为零，天线输入阻抗可视为一个纯电阻。在忽略天线粗细的横向影响下，偶极子天线设计可以取振子的长度L＝λ/4的整数倍。

(3)英文字母型天线

字母型天线的创意起源于弯折结构在RFID标签天线设计上的应用([3]G.Marrocco，“Gain-optimized self-resonant meander line antennas for RFID applications，”IEEE AntennasWireless Propagat.Lett.，vol.2，pp.302-305，2003；[4]Gaetano Marrocco，Alessandro Fonte，Fernando Bardati.Evolutionary design of miniaturized meander-line antennas for RFIDapplications[J].IEEE Trans.Antennas and Propagation，2002，362-365；[5]T.J.Warnagiris andT.J.Minardo.Performance of a meandered line as electrically small transmitting antenna[J].IEEETrans.Antennas Propagat，1998，46：1797-1876；[6]B Yang，Q Feng.A folded Dipole Antenna forRFID Tag[Z].Microwave and Millimeter Wave Technology.2008)。2004年，Mikko Keskilammi等([7]M.Keskilammi and M.Kivikoski，Using Text as a Meander Line for RFID TransponderAntennas[J].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2004，Vol.3：372-374)在此基础上，设计了基于英文字母“INSTITUTE OF ELECTRONICS”的三款工作于869MHz的字母型天线。另一方面，中国被称“世界工厂”，中国的制造业是世界制造体系中最重要的一环之一，每一件由中国制造的商品，一般都会贴上“MADE IN CHINA”的英文标签。针对这种常见的情况，在字母型结构已被用于天线设计的基础上，再结合RFID技术在物流上的广泛而深入的应用，以“MADE IN CHINA”英文字母来设计RFID标签天线不但具有新颖性和创新性，而且也紧贴实际应用，进而具有极强的实用价值。

对于目前的RFID天线，常规的微带天线尺寸明显过大，且存在工作带宽小等缺点，即便通过插入短路针、使用馈电环路等技术来进行改进，效果仍不理想。偶极子天线具有尺寸小、辐射能力强，具有全向辐射特性、制造工艺简单、成本低等特点，能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。字母型结构天线，将天线隐藏于商标中普遍应用的英文字母中，简单、方便而又美观，在具有新颖性的同时也具有较强的实用性。目前，把中国产品中常用的“MADE IN CHINA”标志应用于双频偶极子天线的设计，并应用在RFID系统中的940MHz～960MHz频段和2.45GHZ工作频点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工作在RFID的UHF频段的940～960MHz、应用性强、回波损耗较低且具有全向辐射特性的双频英文字母型偶极子天线。

本发明设有基板，在基板的一面设有镀铜层，所述镀铜层为英文字母组成的天线辐射贴片。

所述基板可采用FR4基板。所述FR4基板的相对介电常数可为3.2±50％。所述FR4基板的形状可为矩形FR4基板等，所述矩形FR4基板的尺寸可为长度124mm±10mm，宽度40mm±5mm，厚度1.5mm±0.7mm。

所述英文字母组成的天线辐射贴片可为英文字母MADE IN CHINA天线辐射贴片等。

所述偶极子天线的两条臂由英文字母MADE IN CHINA构成，在字母N和C的连线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。

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、辐射特性好，其双频工作频带分别为：工作频段一：940～1000MHz，绝对带宽60MHz；工作频段二：2.43～2.46GHz，绝对带宽为30MHz。

天线尺寸为常规偶极子天线尺寸的75％，在一定程度上缩减了RFID天线的几何尺寸。本发明还具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射性能佳和易于集成等优点。完全能够满足RFID应用系统中对天线的具体要求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明实施例的回波损耗(S₁₁)性能图。在图2中，横坐标表示频率TheFrequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度The return loss(dB)。

图3为本发明实施例的H面方向图。在图3中，坐标为极坐标。

图4为本发明实施例的E面方向图。在图4中，坐标为极坐标。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参见图1，本发明实施例设有双面镀铜的FR4基板1，基板1的一面设有镀铜层，其镀铜层为“中国制造”的英文翻译“MADE IN CHINA”所对应的字母组成天线辐射贴片，尺寸大小：长度为124mm±10mm，宽度为40mm±5mm，厚度为1.5mm±0.7mm。偶极子天线的两条臂由英文字母MADE IN CHINA构成，在字母N和C的连线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。

表1给出了本发明的制造加工误差对天线特性的影响情况。

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.需采用高性能微波低耗双面镀铜FR4基板，tgδ＜0.002。

图3给出本发明实施例的回波损耗(S₁₁)性能图。从图3可以看出，天线的工作频带覆盖了940～1000MHz和2.43～2.46GHz，带宽分别为60MHz和30MHz，工作频带内的回波损耗都在-10dB以下，工作频带内的最小回波损耗为-23.1dB。天线回波损耗(S₁₁)性能在整个通频带内满足要求，可完整覆盖RFID系统中的940～960MHZ和2.45GHZ的工作频段。

参见图4，图4中可见，天线辐射覆盖了0°～360°范围，所以本发明具有全向辐射特性。

参见图5，图5中可见，天线辐射覆盖了0°～360°范围，所以本发明具有全向辐射特性。

从以上实施例可以看出，本发明具有全向辐射特性，完全可达到了射频识别(RFID)系统对于天线的要求。

Claims

1.双频英文字母型偶极子天线，其特征在于设有基板，在基板的一面设有镀铜层，所述镀铜层为英文字母组成的天线辐射贴片。

2.如权利要求1所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述基板为FR4基板。

3.如权利要求1所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述FR4基板的相对介电常数为3.2±50％。

4.如权利要求1所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述FR4基板的形状为矩形FR4基板。

5.如权利要求4所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述矩形FR4基板的尺寸为长度124mm±10mm，宽度40mm±5mm，厚度1.5mm±0.7mm。

6.如权利要求1所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述英文字母组成的天线辐射贴片为英文字母MADE IN CHINA天线辐射贴片。

7.如权利要求1所述的双频英文字母型偶极子天线，其特征在于所述偶极子天线的两条臂由英文字母MADE IN CHINA构成，在字母N和C的连线上设有断开间隙，断开间隙的两侧设有天线馈电点。