CN103700931A - 一种加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线 - Google Patents

Abstract

一种加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，所述天线自上而下依次包括：具有树杈形枝节和匹配结构的顶层、介质板、金属反射板。本发明提供了带宽覆盖全球整个超高频频段的小型抗金属分形树杈标签天线，馈电结构是加载了一对平行开口谐振环的T型匹配结构，这样做可以增加了天线的带宽；通过在介质板的背部加上反射板，主要是想达到抗金属的目的；而采用变形分形树杈偶极子辐射体，就是为了缩小尺寸的同时增加天线的带宽。

Description

一种加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线

技术领域

本发明涉及物联网领域，特别是涉及射频识别技术中的树杈分形抗金属标签天线。

背景技术

作为一种非接触式的自动识别技术，射频识别(Radio Frequency Identification，RFID）技术利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的。同其它识别技术相比，射频识别技术具有很多优点，尤其是随着电子技术的迅猛发展和制造技术水平的不断提高，通过无线雷达原理实现的射频识别技术的发展非常迅速，在物流、商业贸易、生产制造、防盗技术、识别技术和医学应用等领域中，具有巨大的应用潜力。这使得作为RFID系统关键部件的天线的设计和研究变得十分重要。

RFID系统主要是由读写器(阅读器，Reader/Interrogator)、电子标签(Tag/Transponder)和后台计算机（数据处理系统）三部分组成的一种短距离无线通信系统。RFID 系统的基本工作原理是：将标签中的数据通过无线系统传输给阅读器，阅读器也可以通过无线系统对标签信息进行修改。其基本过程：标签天线接收到阅读器天线所发射的特定频率信号,产生感应电流,启动标签芯片进行工作；一般来讲,标签天线只有在阅读器浏览的时候才能启动；一旦芯片启动,就会将芯片中存储的数据经标签天线传递给阅读器,阅读器天线将其所接受的信号传递给后端数据管理进行识别。这个过程就可以实现RFID系统的识别，也可以称为读操作。而相反则可以对标签进行写操作。

目前标签天线主要采用偶极子天线及其变形形式、平面倒 F 天线、缝隙天线、圆形天线等。最近国内外的天线研究主要集中在标签天线的抗金属及小型化等方面。目前实现标签天线抗金属的方式主要有采用人工磁表面（AMC）和电子禁带（EBG）结构,或调整标签与金属板之间的距离及对传统天线进行改造等，但是这样做会增大天线的尺寸，不便于天线的推广与应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种小型分形树杈抗金属标签天线，该天线的阻抗、带宽特性良好。其具体的技术方案如下：

一种加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，所述天线自上而下依次包括：具有树杈形枝节和匹配结构的顶层、介质板、金属反射板。

进一步的，所述介质板为高频微波介质板。 

进一步的，所述介质板和金属反射板的大小等同。

进一步的，所述树杈形枝节是变形分形树杈偶极子，其代替一般偶极子标签天线中的弯折线。

进一步的，所述变形分形树杈偶极子由三节树杈构成，且后节树杈分开的角度是前节树杈的两分之一倍的关系，长度是后一节比前一节小了0.3-0.7mm。

进一步的，馈电方式采用加载一对平行开口谐振环在T型匹配内部的馈电方式。

进一步的，所述平行开口谐振环的线路宽度小于匹配结构的线路宽度。 

进一步的，由于每个谐振环都会产生一个谐振频率，总共有二个谐振频率产生，而这二个谐振频率离的很近，进而可以拓宽带宽。

进一步的，所述金属反射板起抗金属的作用，此标签天线可以运用在抗金属场景中。

本发明的有益效果为：本发明提供了带宽覆盖全球整个超高频频段的小型抗金属分形树杈标签天线，馈电结构是加载了一对平行开口谐振环的T型匹配结构，这样做可以增加了天线的带宽；通过在介质板的背部加上反射板，主要是想达到抗金属的目的；而变形分形树杈偶极子辐射体，就是为了缩小尺寸。

附图说明

图1为本发明的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线实施例的总体结构俯视图；

图2为标签天线实施例的总体结构侧视图；

图3为标签天线实施例的回波损耗曲线；

图4为标签天线实施例的阻抗曲线；

图5为标签天线实施例的功率传输系数图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1-2所示，本发明的小型抗金属分形树杈标签天线自上而下依次包括：一对加载在典型T型匹配内部的平行谐振环的馈源和变形分形树杈偶极子101、介质板201、下层金属反射板301以及00是放芯片的位置，整个结构无通孔。

其中顶层是所述加载在典型T型匹配内部的平行谐振环的馈源和变形分形树杈偶极子101位于介质板102之上，其中树杈之前的弯折线宽度为0.6mm，树杈枝节L1、L2和L3长度依次为2.5mm，2mm，1.5mm，宽度却依次为0.6mm，0.4mm，0.2mm，且a为11mm，m为5.1mm，这样做的目的，就是为了更好的实现天线的小型化。所述变形分形树杈偶极子，其代替一般的弯折线偶极子就是出于实现小型化考虑的。

所述变形分形树杈偶极子，其由三节树杈构成，且后节树杈分开的角度是前节树杈的两分之一倍的关系，长度是后一节比前一节小了0.3-0.7mm。

位于顶层还有T型匹配结构，其实一个变形的T型结构，且其上面加载了一对平行的开口谐振环结构。T型匹配的线路宽度都为0.6mm，但是其加载的谐振环的宽度却为0.7mm。其中s为8mm，b为12.2mm，加载了一对开口谐振环的T型匹配，其可以使匹配更加容易，且带宽会有所增加。加载了一对开口谐振环的T型匹配的标签天线，其带宽之所以增加主要是由于每个谐振环都会产生一个谐振频率，总共有二个谐振频率产生，而这二个谐振频率离的很近，进而可以拓宽带宽。

中层是介质板201，其大小为35*14*0.8mm³的长方体，上层的辐射面和匹配结构所处位置如图所示。

最底下一层就是反射板301，其大小和介质板一样，且上下垂直对齐放置。

根据上述方案，本发明新型变形T型匹配馈源结构的小型抗金属分形树杈标签天线用在抗金属的硬质物体上面，且其更可以用在对空间尺寸要求严格的场合，可以保证被很好的放置。

所述介质板和金属地板大小一样，且无复杂结构，易于加工。

如图3-5所示，分别示出了该加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线标的回波损耗曲线、阻抗曲线和功率传输系数图。

本发明的标签天线是用分形树杈代替简单偶极子上的弯折线，并在T型匹配上加载了。之所以这样做，就是为了使天线更加紧凑，且标签天线的带宽宽，易于调节。一对平行开口谐振环结构可以产生几个频率相近的谐振频率，进行频率简并，可以拓展带宽。基板的背部放置有反射板，此板作为标签天线的一部分，其是出于金属物品对标签影响性考虑的，即标签抗金属。

由于标签芯片的阻抗一般不是50欧姆,这就需要标签天线能够实现非50欧姆与芯片阻抗的共扼匹配,以提供最大功率给芯片。一般情况下,标签需要大规模使用,这就要求标签天线成本低,加工简单，所以本发明的材料选择最便宜的基板材料，且无过孔，以减少复杂性。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述天线自上而下依次包括：具有树杈形枝节和匹配结构（101）的顶层、介质板（201）、金属反射板（301）。

2.根据权利要求1所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述介质板（201）为高频微波介质板。

3.根据权利要求1或2所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在：所述介质板（201）和金属反射板（301）的大小等同。

4.根据权利要求1或2所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述树杈形枝节是变形分形树杈偶极子，其代替一般偶极子标签天线中的弯折线。

5.根据权利要求4所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述变形分形树杈偶极子由三节树杈构成，且后节树杈分开的角度是前节树杈的两分之一倍的关系，长度是后一节比前一节小了0.3-0.7mm。

6.根据权利要求1或2所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：馈电方式采用加载一对平行开口谐振环在T型匹配内部的馈电方式。

7.根据权利要求6所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述平行开口谐振环的线路宽度小于匹配结构的线路宽度。

8.根据权利要求6所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：由于每个谐振环都会产生一个谐振频率，总共有二个谐振频率产生，而这二个谐振频率离的很近，进而可以拓宽带宽。

9.根据权利要求1或2所述的加载开口谐振环的小型分形树杈抗金属标签天线，其特征在于：所述金属反射板（301）起抗金属的作用，此标签天线可以运用在抗金属场景中。

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