CN103715511B - 一种微带标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有开槽结构的小型化宽频带微带标签天线。本发明公开了一种微带标签天线，通过特殊的开槽结构，降低开槽结构对天线增益的负面影响，提高天线的作用距离和性能。本发明的技术方案是，一种微带标签天线，包括介质基板及附着在所述介质基板正面的辐射单元，所述辐射单元具有开槽结构，其特征在于，所述开槽结构为枝节状开槽结构，其开槽结构的边沿有向中间的凸起，以减少开槽结构占用的辐射单元面积。本发明采用特殊的枝节状开槽结构，其开槽结构的边沿有向中间的凸起，与传统微带标签天线的开槽结构比较，减小了开槽结构的面积，在保证一定有效宽度的前提下，减少了开槽结构占用的辐射单元面积，提高了天线增益。

Description

一种微带标签天线

技术领域

本发明涉及微带天线，特别涉及一种具有开槽结构的小型化宽频带微带标签天线。

背景技术

微带标签天线结构如图1和图2所示，一般包括介质基板2及附着在介质基板2正面的辐射单元1和介质基板2背面的接地面3。有些微带标签天线也可以不需要接地面3。介质基板2通常由绝缘材料构成，辐射单元2通常包括两个具有对称结构的金属贴片或金属涂覆层构成，接地面也是由金属贴片或金属涂覆层构成。辐射单元2与馈电点（如电子标签芯片20）连接端（称为天线热端）通常还有一段微带线11。

微带标签天线正向小型化和宽频带方向发展，天线的小型化可以通过加载电感、电容等方式实现，也可通过在天线辐射单元表面增加开槽结构来实现。现有技术开槽结构通常为矩形，所以又称为矩形开槽结构，可以采用光刻或蚀刻工艺形成，如图1中的开槽结构10。微带标签天线的带宽可以通过降低Q值、采用小介电常数的基板、增加基板厚度、在地板或辐射单元表面开槽等方法来增加。由此可见，微带标签天线辐射单元的开槽结构，对于天线的小型化和带宽都有一定作用，因而是微带标签天线的一种比较普遍的结构形式。但是开槽结构对微带标签天线也存在的不利影响，如减少了辐射单元的面积，降低了天线的增益等。特别是对于小型化标签天线，由于天线本身的小型化要求（对于谐振频率915MHz的射频识别天线，天线尺寸通常可以达到1/4波长），辐射单元面积本来就十分有限，开槽结构占用的辐射单元面积对天线增益造成的影响是十分可观的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种微带标签天线，采用特殊的开槽结构，降低开槽结构对天线增益的负面影响，提高天线的作用距离和性能。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种微带标签天线，包括介质基板及附着在所述介质基板正面的辐射单元，所述辐射单元具有开槽结构，其特征在于，所述开槽结构为枝节状开槽结构，其开槽结构的边沿有向中间的凸起，以减少开槽结构占用的辐射单元面积。

本发明的技术方案，采用特殊的枝节状开槽结构，其开槽结构的边沿有向中间的凸起，与传统微带标签天线的开槽结构比较，减小了开槽结构的面积，在保证开槽结构有效宽度的前提下，减少了开槽结构占用的辐射单元面积，提高了天线增益。

优选的，所述枝节状开槽结构由相交的圆形和/或三角形构成。

本发明的微带标签天线，开槽结构可以采用相交的圆形构成（称为圆形开槽结构），也可以采用相交的三角形构成（称为三角形开槽结构），或者采用相交的圆形和三角形组合构成。对于普通的开槽结构，可以看成是由矩形构成的（称为矩形开槽结构）。通常采用相交的圆形和/或三角形构成的开槽结构，当圆形的直径或三角形的边长与矩形的宽度相同时，可以认为开槽结构的有效宽度是相同的。而根据几何原理，相同长度的圆形开槽结构或三角形开槽结构占用的辐射单元面积更小。

具体的，所述三角形为正三角形。

对于三角形构成的开槽结构，采用正三角形构成的开槽结构看起来更规整，开槽结构边沿向中间的凸起分布也更均匀，与采用圆形构成的开槽结构具有基本相同的结构均匀性，这种均匀性对于高频应用的微带标签天线是有益的。

进一步的，所述微带标签天线为小型化微带标签天线。

小型化微带标签天线，由于天线辐射单元面积本来就比较小，开槽结构占用的面积对辐射单元造成的影响比较大，采用本发明的技术方案效果更明显，更具有特别的意义。

具体的，所述小型化微带标签天线谐振频率为915MHz，带宽覆盖860～960MHz频段。

860～960MHz频段基本上涵盖了世界各个国家或地区划分的UFH频段，通常用于射频识别（RFID）领域，其中心频率约915MHz，带宽达到100MHz。采用本发明的技术方案，能够在保证足够带宽的前提下，提高天线增益，增大识别距离。

具体的，所述介质基板由柔性材料构成。

由于很多商品表面都有一定的弧度，采用柔性材料做基板的微带标签天线，可以适当弯曲，便于与商品表面共形，提高标签天线附着的牢固性。

进一步的，所述辐射单元由结构对称的两个金属贴片构成。

大多数微带标签天线都具有某种对称性，辐射单元通常采用结构对称的两个金属贴片构成，有利于提高天线辐射性能。金属贴片常见形状有矩形、圆形等，一般采用金属箔或金属涂覆层制作。

进一步的，所述介质基板背面有接地面。

对于一些特殊应用场合，如应用于金属表面的标签天线，为了降低金属材料对于天线近场的影响，通常需要在微带标签天线介质基板背面设置接地面，以提高天线的抗金属环境的能力。但接地面的加入，会降低天线增益，采用本发明的技术方案可以补偿天线增益受到的影响。

进一步的，所述辐射单元通过短路线与接地面相连。

微带标签天线的辐射单元，通过短路线与接地面相连，可以改变微带标签天线的谐振频率，通常谐振频率会降低，有利于天线的小型化。通过调整短路线的位置、尺寸等可以调整微带标签天线的谐振频率点，从而改变其工作频段。

具体的，所述短路线对称设置在辐射单元冷端。

短路线对称设置在辐射单元冷端，远离馈电点有利于提高微带标签天线性能，降低短路线对微带标签天线带来的不利影响。

本发明的有益效果是，在辐射单元表面开槽，可以实现天线小型化和展宽天线带宽，又能在满足要求的前提下，最大程度地减小开槽结构对辐射单元有效面积的影响，从而使本发明的微带标签天线能最大程度地保持天线的辐射性能，增大天线的工作距离。采用本发明的技术，对于谐振频率为915MHz的微带标签天线，最大工作带宽大于220MHz，完全能够覆盖全球不同区域的UHF-RFID频段，确保天线的通用性。本发明进一步的在辐射单元中引入短路线结构，可以调整微带标签天线谐振频点，从而可以进一步实现微带标签天线的小型化。

附图说明

图1是现有技术微带标签天线结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是实施例的微带标签天线结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是具有相同宽度的圆形开槽结构和矩形开槽结构比较示意图；

图6是具有相同宽度的三角形开槽结构和矩形开槽结构比较示意图；

图7是具有相同宽度的一边凸起一边平坦的开槽结构和矩形开槽结构比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

如图1所示的现有技术微带标签天线，其开槽结构10，可以看成是由宽度为d的矩形或边长为d的正方形串接构成，根据几何原理，本发明采用直径为d的圆形或底边长度为d的三角形相交构成的开槽结构，其面积明显小于普通开槽结构。根据圆形或三角形相交的程度不同，面积减少的程度有所不同。

实施例

本例微带标签天线结构如图3所示，包括介质基板2及附着在所述介质基板2正面的辐射单元1。其中，辐射单元1由结构对称的两个金属贴片构成，并且辐射单元具有开槽结构10。图3中，辐射单元1的开槽结构10为枝节状开槽结构，是由相交的圆形构成的开槽结构，其开槽结构的两边有向中间的凸起101，与图1所示的普通开槽结构相比，这些凸起101降低了开槽结构本身的面积，也减少了开槽结构占用的辐射单元面积。

本例微带标签天线为小型化微带标签天线，辐射单元1的谐振频率为915MHz，微带标签天线工作频段覆盖860～960MHz的UFH-RFID频段，适用于世界各个地区为该频段划分的频率资源。通过试验测试发现，采用图3所示的由相交的圆形构成的开槽结构10，与图1所示的普通开槽结构10相比，天线增益提高＞0.5dB，这对于尺寸仅约1/6波长（915MHz）的UFH-RFID标签天线可谓意义重大。本例微带标签天线，介质基板3采用PET柔性介质材料构成，可以适当弯曲，非常适合用于表面具有一定弧度的桶装商品的标签天线。

本例天线介质基板背面设置有接地面3，并在两个金属贴片对称位置设置有短路线13，使辐射单元10与接地面3通过短路线13连接在一起，形成电气连接点，可以通过调整该短路线13的宽度w和短路线13的位置，调整天线的谐振频率。这种结构的微带标签天线，短路线的作用主要是用于调整微带标签天线的谐振频率，通常谐振频率会随着短路线的加入向低频方向移动，这将有利于微带标签天线的小型化。工程上，短路线通常可以是与辐射单元10和接地面3相同的金属贴片或金属涂覆层，也可以采用导电硅胶黏贴在微带标签天线边沿构成短路线。短路线13最好设置在远离天线馈电点的冷端，如图3中，馈电点为微带线11的端部连接芯片20处，该处也是辐射单元的热端，辐射单元10的冷端则是距离该热端最远的两片金属贴片的边沿。本例微带标签天线采用超薄结构，天线厚度＜0.8mm，实际测量带宽超过200MHz。

对于谐振频率为915MHz，没有短路结构的微带标签天线，通常天线尺寸要大于1/4波长才能达到一定的天线增益。本发明采用短路线结构，天线尺寸可以减小到1/6波长，并且通过调整短路结构的尺寸，天线尺寸还可以进一步减小，但综合考虑到有限辐射面积，保持在1/6波长左右完全能够满足天线的技术性能。

微带标签天线的厚度和带宽也是一对矛盾，厚度小，带宽窄。本发明通过开槽增加带宽，克服了该矛盾，使得本发明的微带标签天线总厚度可以小于0.8mm，属于超薄微带标签天线。另一方面，因为本天线后向辐射被接地面反射回来与正向辐射叠加，该叠加对正向辐射是增强还是减弱取决于反射路径引起的相位变化，也就是介质基板厚度决定叠加效果。如果厚度为1/4波长，叠加起来最大，减小厚度，叠加效果随之减小。通常随着天线厚度减小，天线增益降低，但是本发明通过特殊的开槽结构补偿了增益的损失，天线可以做的更薄。

本例微带标签天线辐射单元1中的开槽结构10，除了可以采用图5所示的相交的圆形构成外，也可以采用图6所示的相交的正三角形构成。由图5和图6可以看出，直径为d的圆形开槽结构或边长为d的正三角形开槽结构，其边沿有向中间的凸起101，与现有技术宽度为d的矩形开槽结构比较，本发明开槽结构边沿的这些凸起101减小了开槽结构占用辐射单元的面积。对于长度为L的矩形开槽结构，占用的辐射单元面积为L*d，直径为d的圆形开槽结构或边长为d的正三角形开槽结构占用的辐射单元面积明显是小于L*d的。而对于微带标签天线，可以认为上述矩形开槽结构与圆形开槽结构或三角形开槽结构具有相同的有效宽度。由此可知，无论是圆形开槽结构还是三角形开槽结构，在有效宽度相同的情况下，其占用的辐射单元面积明显减少。图7示出的开槽结构10，上边沿有凸起101，下边沿为平坦结构，可以看出，相对于同样宽度为d的矩形开槽结构，这种开槽结构也可以减少占用的辐射单元面积。

Claims (10)

1.一种微带标签天线，包括介质基板及附着在所述介质基板正面的辐射单元，所述辐射单元具有开槽结构，其特征在于，所述开槽结构为枝节状开槽结构，其开槽结构的边沿有向中间的凸起，以减少开槽结构占用的辐射单元面积。

2.根据权利要求1所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述枝节状开槽结构由相交的圆形和/或三角形构成。

3.根据权利要求2所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述三角形为正三角形。

4.根据权利要求1所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述微带标签天线为小型化微带标签天线。

5.根据权利要求4所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述小型化微带标签天线谐振频率为915MHz，带宽覆盖860MHz～960MHz频段。

6.根据权利要求1所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述介质基板由柔性材料构成。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述辐射单元由结构对称的两个金属贴片构成。

8.根据权利要求7所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述介质基板背面有接地面。

9.根据权利要求8所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述辐射单元通过短路线与接地面相连。

10.根据权利要求9所述的一种微带标签天线，其特征在于，所述短路线对称设置在辐射单元远离天线馈电点的冷端。