CN103985958B - 基于ebg结构的小型抗金属uhf标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线。本发明标签天线是在耦合馈电上加载了两对开口谐振环结构增加标签天线的带宽，又运用EBG结构增加增益和抗金属特性。采用上述结构的标签天线更加紧凑，带宽宽，且易于调节。两对开口谐振环结构可以产生四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EBG周期结构，此EBG周期结构作为标签天线的一部分。EBG周期结构的采用实现抗金属特性。
Description
技术领域
本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种加载谐振环的耦合馈电结构和运用电磁带隙结构(EBG，Electromagnetic Bandgap Structure）的小型抗金属UHF RFID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 FrequencyIdentification，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，采用无线电和雷达技术实现的射频识别技术的发展非常迅速，在诸如货物采购与分配、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，具有巨大的发展和应用潜力。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紧要和迫切。
RFID标签天线作为RFID系统的重要组成部分，它的性能将极大的影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益等。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特性及小型化等方面。目前实现标签天线抗金属的方式主要采用微带天线和倒F天线形式，采用AMC和EBG结构的标签天线却很少见。出于抗金属和高增益的考虑，本设计提出了一种新颖的基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线，共有五层。
顶层为两对开口谐振环加载在耦合馈电结构中的弯折偶极子结构且芯片焊接在chip处。次定层为微波高频介质板。中间层为EBG结构的上表面。次底层为EBG结构的介质基板。底层为金属地板。
所述的两对开口平行谐振环用于拓展天线的带宽。
所述芯片采用的是Alien公司的Higgs系列。
整个天线的尺寸为49mm × 28mm，最远阅读距离达到9.59m。
本发明具有的有益效果是：本发明的UHF RFID标签天线具有小型结构，且天线的带宽能够覆盖全球的UHF射频识别频段，同时天线在基板的上半空间具有良好的全向性，其阅读距离满足一般的需求。可贴附于包含金属材料在内不同物质属性的目标物体表面使用。同时该天线具有良好的可调节特性，可通过调节开口谐振环尺寸来调节天线的匹配。
附图说明
图1为标签天线的主视图；
图2为标签天线的侧视图；
图3为标签天线的俯视图；
图4为标签天线的EBG周期结构俯视图；
图5为标签天线的回波损耗图；
图6为915MHz时标签天线的辐射方向图。
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，对本发明尽心进一步详细说明。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。
本设计的标签天线是在耦合馈电上加载了两对开口谐振环结构增加标签天线的带宽，又运用EBG结构增加增益和抗金属特性。采用上述结构的标签天线更加紧凑，带宽宽，且易于调节。两对开口谐振环结构可以产生四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EBG周期结构，此EBG周期结构作为标签天线的一部分。EBG周期结构的采用实现抗金属特性。本发明的标签天线不仅仅应对抗金属，而且对于复杂环境中的应用，也显示出极为出色的抗干扰能力，所以本设计的RFID标签天线是一种比较好的选择。
如图1、2、3所示，根据本发明是基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线，其自上而下共五层结构，包括顶层是两对开口谐振环加载在耦合馈电结构中的弯折偶极子且芯片焊接在chip处、其次一种微波高频介质板、然后下面是EBG结构的上表面、接着是EBG结构的介质基板以及最下层是金属地板。
如图3所示，它是由2对开口谐振环加载在馈电结构上；中间部分部分四条垂直的矩形条构成一对开口谐振环，谐振环是垂直放置的，是为了结构的紧凑，水平的一对开口谐振环位于垂直放置的谐振环中间，一大一小。采用空间耦合进行馈电的方式，加载谐振环及此种馈电方式可以拓宽天线的带宽。天线的辐射枝节采用弯折线的形式来减小尺寸。具体天线的参数如下：L=35,W=18,A1=20.6,A2=18,A3=16,A4=15.5,A5=13,m=8.3,n=3.1,a=10.7，b=7.3,c=1,s=8.3,h=2.8,w1=1,g=0.7,g1=1,w2=1.5,w3=2.5,d=0.6。各参数的单位为mm。
天线的EBG周期结构的俯视图，如图4所示，它是由方形面EBG结构单元周期组成的，其单元的边长为ss，单元与单元之间的缝隙为gap。EBG的上表面通过短路针与最后层的地板进行连接，短路的半径为rr。具体的参数ss=28，gap=1mm，rr=1mm。
该天线仿真的回波损耗图，如图5所示，所采用的芯片是Alien公司的Higgs系列。调整耦合馈电结构调整天线的匹配结构，最终的带宽覆盖了860MHz~960MHz整个超高频频段。且中心频率在915MHz。
标签天线的仿真辐射方向图，如图6所示，在EBG周期结构的上半平面，标签天线表现为良好的辐射特性，且天线的增益在915MHz时约为1.3dBi，具有不错的增益。
本发明的RFID标签的优点包括：
（1）标签天线的尺寸小且阅读距离远。如图1，整个天线的尺寸只有49mm × 28mm，是RFID天线中较为小型的类型。标签的最远阅读距离可以达到9.59m，远超过类似尺寸的其他RFID标签。
（2）标签天线带宽覆盖世界整个超高频频段，且工作良好。如图5所示，天线可以正常工作在915MHz频点下，完全可以满足大多数RFID应用场合的设计需要。
（3）标签天线在其上半空间具有良好的辐射特性。
（4）加载EBG周期结构作为反射地板。该结构的加载使标签天线的具有抗金属特性，且基本不受金属环境的影响，另外也相应增加了天线的读取距离，使其定向性。
本发明陈述了一种加载了两对开口谐振环结构的耦合馈电方式的小型抗金属UHFRFID标签天线，创新性地将开口谐振环结构加载在天线馈电的结构上，同时运用了超材料之一的EBG周期结构做为标签天线的反射底板，使得RFID天线带宽覆盖整个超高频段且具有抗金属特性，同时整个天线尺寸很小，且在天线面的上表面具有良好的辐射特性，适用于贴附在目标物体的表面，而且可以在复杂的环境中运用。本设计采用的介质板常见且价格便宜。而其结构加工制作简单方便且成本低廉。综上所述，设计出的RFID标签天线不仅克服了传统RFID天线的只适用于简单应用环境问题，而且还具有尺寸小，阅读距离远，结构简单，成本低等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。
Claims (1)
1.基于EBG结构的小型抗金属UHF标签天线，共有五层，其特征在于：
顶层为弯折偶极子结构，所述的弯折偶极子结构利用设置在顶层上的耦合馈电结构进行耦合馈电，所述的耦合馈电结构为带有缺口的长方形环状结构，芯片焊接在缺口处，且所述长方形环状结构的焊接有芯片的边上加载有垂直放置的一对开口谐振环和位于所述垂直放置的一对开口谐振环中间的一对水平放置的开口谐振环；
次顶层为微波高频介质板；
中间层为EBG结构的上表面；
次底层为EBG结构的介质基板；
底层为金属地板；
两对所述的开口谐振环用于拓展天线的带宽；
所述芯片采用的是Alien公司的Higgs系列；
整个天线的尺寸为49mm×28mm，最远阅读距离达到9.59m。
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