CN103715498B - 一种基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型抗金属圆极化标签天线，该天线的阻抗、轴比特性良好。一种基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：自上而下包括：互相垂直的长方形辐射金属条和匹配结构的顶层、介质板、金属反射板的下层。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圆极化标签天线，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；而加载变形垂直交叉缝隙的矩形长条辐射体，提高了天线的阻抗带宽和圆极化轴比带宽。

Description

一种基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线

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圆极化抗金属标签天线。

背景技术

作为一种非接触式的自动识别技术，射频识别(RadioFrequencyIdentification）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。

在RFID系统中，天线位于系统的最前端，是RFID系统的重要组成部分，天线结构大小，阻抗，带宽，极化方式，增益等都直接影响着系统的正常运行，天线的质量好坏，对整个射频识别系统的性能有着重要的影响。作为RFID系统关键部件的天线的设计和研究变得十分紧要和迫切。

为了增加无源射频识别系统阅读器和标签的读取范围，具有高灵敏度的信号检测能力的芯片是必需的，但是这大大增加了制造成本。增加标签的读取范围，一种方法是通过增加读写器发送功率来提高，但等效全向辐射的功率的大小即EIRP，每个国家都有规定值。另一种方法，增加读写器和标签之间极化效率。大多数RFID系统采用圆极化的阅读器天线去读取偶极型线极化标签，这将导致标签天线和读写器的天线之间产生很大的极化失配，从而减少该系统可实现的最大的读取范围。需要补充的是，假若读写器天线采用线极化天线，那么想要对标签进行识别，那将对普通偶极子标签天线的放置方向和位置提出更高的要求，不便于系统的实施与控制。即使不是出于能量的考虑，那么对于无论读写器天线是何种极化形式时，提出了圆极化标签天线是必要的。

而目前整个市场上，线天线标签天线已经很多且很小，而对于圆极化标签天线的研究却比较少且实现也比较困难。

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抗金属圆极化标签天线，该天线的阻抗、轴比特性良好。一种基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：自上而下包括互相垂直的长方形辐射金属条和匹配结构的顶层、介质板、金属反射板的下层。

进一步的，所述介质板为高频微波基板。

进一步的，所述介质板和金属反射板的大小等同。

进一步的，所述长方形辐射金属条为矩形。

进一步的，所述长方形辐射金属条中切出弯折相互垂直的缝隙。

进一步的，该标签天线的馈电方式是耦合馈电方式，且匹配结构是典型的T型匹配。

进一步的，所述T型匹配上加载了一对平行开口谐振环，产生两个相近谐振频率。

进一步的，每个谐振环都会产生一个谐振频率，从而产生二个谐振频率，由于这二个谐振频率离的很近，进而拓宽带宽。

进一步的，所述介质板的底部设置金属反射板，使标签天线可以用在抗金属场景中。

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圆极化标签天线，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；而加载变形垂直交叉缝隙的矩形长条辐射体，提高了天线的阻抗带宽和圆极化轴比带宽。

附图说明

图1为本发明的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线的总体结构俯视图；

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加载平行谐振环的T型匹配结构图；

图4为标签天线实施例的回波损耗曲线；

图5为标签天线实施例的轴比曲线。

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圆极化标签天线自上而下包括顶层是加载变形垂直交叉缝隙的矩形长条辐射体和加载平行开口谐振环的变形T型匹配结构101、介质板201、金属反射板301以及00是放芯片的位置，且整个结构无通孔。

其中顶层加载变形垂直交叉缝隙的矩形长条辐射体和加载平行开口谐振环的T型匹配结构位于介质板201之上，两个长方形条宽度都为5.4mm，长度一个是F2为58mm，一个是F1为62mm，其上面分别挖的有细宽度都为1mm，宽缝隙都为2.5mm，且M为13.4mm，但是N为8.4mm，且Y为1.9mm，n1为4.5mm，n2为2.5mm，n3为2mm，m1为2.5mm，m2为3mm，m3为2mm，w为1mm，这样做的目的，就是为了实现圆极化。

位于顶层还有T型匹配结构，其实是一个变形的T型结构，变换为三角型耦合馈电，且其上面加载了一对平行的开口谐振环结构见图3所示，其中a为18.9mm，b为4.5mm，c为14.6mm，G为0.9mm，且匹配结构中线宽都为1.2mm。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，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60*60*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。

最底下一层就是金属反射板301，其大小和介质板201一样，且上下垂直对齐放置。

所述介质板201和金属反射板301大小一样，且无复杂结构，易于加工。

图4-5示出了该标签天线实施例的回波损耗曲线和轴比曲线。

本发明的变形T型匹配耦合馈源结构的小型抗金属圆极化标签天线用在抗金属的硬质物体上面，且其更可以用在对读取率要求严格的场合，可以保证被100%读取到，而不管读写器天线是何种天线，减少了标签放置位置的顾虑。

常见的圆极化天线主要采用切角、开槽、双馈电点正交馈电等方式，然而这些常见的圆极化天线阻抗带宽较窄、轴比带宽较窄，而在本发明中，采用弯折线缝隙且相互垂直的结构以及加载谐振环的耦合馈电结构，可以产生几个频率相近的谐振频率，一者可以拓展带宽，二者可以拓宽轴比带宽。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高频微波基板材料，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 (6)

1.一种基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：自上而下包括：互相垂直的长方形辐射金属条和匹配结构（101）的顶层、介质板（201）、金属反射板（301）的下层；

该标签天线的馈电方式是耦合馈电方式，且匹配结构是T型匹配结构，其实是一个变形的T型结构，变换为三角型耦合馈电；

所述T型匹配上加载了一对平行开口谐振环，产生两个相近谐振频率。

2.根据权利要求1所述的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：所述介质板（201）为高频微波基板。

3.根据权利要求1或2所述的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：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所述的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：所述长方形辐射金属条中切出弯折相互垂直的缝隙。

5.根据权利要求1所述的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：每个谐振环都会产生一个谐振频率，从而产生二个谐振频率，由于这二个谐振频率离的很近，进而拓宽带宽。

6.根据权利要求1或2所述的基于开口谐振环的小型圆极化抗金属标签天线，其特征在于：所述介质板（201）的底部设置金属反射板（301），使标签天线可以用在抗金属场景中。