CN104124519A - 一种天线 - Google Patents

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沈俊
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Abstract

一种天线，包括主辐射贴片天线、第一PCB基板、同轴射频激励端口，以及地板；其中，主辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于在第一PCB基板的一侧，并由多个分形结构组成；主辐射贴片天线与第一PCB基板中的同轴射频激励端口相连；第一PCB基板的另一侧附上金属薄层作为地板。本发明的天线采用分形结构的设计，天线被分成段设置，其长度显然小于传统微带天线的长度，极大地减少了贴片所需体积，从而使整机的尺寸大大缩小，而且，增加了辐射带宽，减少了现有微带天线对厚度的要求，更有利于RFID超薄化的需求。本发明天线能够应用于小型终端的RFID系统中，且满足了RFID系统的可靠性，从而满足了RFID技术当前发展和未来发展的潜在需求。

Description

一种天线
技术领域
本发明涉及近场通信技术领域，尤指一种应用于RFID系统的天线。
背景技术
无线射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)是从二十世纪九十年代开始兴起并逐渐走向成熟的，利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。RFID利用射频信号通过空间耦合来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。RFID系统的关键部件是天线，RFID技术实际应用的关键也取决于其天线的设计。而天线是影响无线通信系统可靠性等性能的关键因素之一。选择合适的天线使其满足系统性能指标的要求是非常重要的。
传统微带天线的频带较窄，占用体积较大，而RFID发展趋势却是终端尺寸小型化，超薄化。因此，传统天线是不适合应用在小型终端的RFID系统中的。目前，RFID天线的发展严重滞后，对RFID技术的应用起到了严重的阻碍作用。因此，对RFID天线的研究和设计，使其发挥出自身巨大的优势和重要的作用，显得尤为迫切。
发明内容
本发明提供一种天线，能够应用于小型终端的RFID系统中，满足RFID系统的可靠性，以满足RFID技术当前发展和未来发展的潜在需求。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种天线，至少包括主辐射贴片天线、第一印制电路板PCB基板、同轴射频激励端口，以及地板；其中，
主辐射贴片天线，设置在第一PCB基板的一侧，与第一PCB基板中的同轴射频激励端口相连；
第一PCB基板，其上设置有同轴射频激励端口，第一PCB基板的一侧设置有主辐射贴片天线，另一侧设置有地板；
所述主辐射贴片天线由一个或一个以上分形结构组成。
所述主辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于所述第一PCB基板上。
所述天线还包括第二PCB基板，以及二次耦合辐射贴片天线；
第二PCB基板，设置在二次耦合辐射贴片天线与主辐射贴片天线之间；
二次耦合辐射贴片天线，设置在第二PCB基板的与所述主辐射贴片天线相对的另一侧。
所述二次耦合辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于所述第二PCB基板上。
所述二次耦合辐射贴片天线由一个或一个以上分形结构组成。
所述分形结构呈对称放置。
所述天线应用于无线射频识别RFID系统中。
本申请技术方案提供的天线包括主辐射贴片天线、第一PCB基板、同轴射频激励端口，以及地板；其中，主辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于在第一PCB基板的一侧，并由多个分形结构组成；主辐射贴片天线与第一PCB基板中的同轴射频激励端口相连；第一PCB基板的另一侧附上金属薄层作为地板。本发明的天线采用分形结构的设计，天线被分成段设置，其长度显然小于传统微带天线的长度，极大地减少了贴片所需体积，从而使整机的尺寸大大缩小，而且，增加了辐射带宽，减少了现有微带天线对厚度的要求，更有利于RFID超薄化的需求。
进一步地，本发明天线中还设置二次耦合贴片天线，其通过耦合主辐射贴片天线的场强，形成二次谐振，从而进一步拓展了带宽。而且，通过二次耦合贴片天线与主辐射贴片天线的互耦，进一步展宽了频带特性，实现了2.3GHZ～2.6GHz的宽带特性，同时提高了增益。更进一步地，通过二次耦合贴片天线与主辐射贴片天线的合理布局，提高了空间的利用率，进一步展宽了带宽。
本发明天线能够应用于小型终端的RFID系统中，且满足了RFID系统的可靠性，从而满足了RFID技术当前发展和未来发展的潜在需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明天线的组成结构示意图；
图2为本发明主辐射贴片及其分形结构的示意图；
图3为本发明天线工作于2.45GHz的辐射方向示意图；
图4为本发明天线在常温常压下，工作于0.5GHz-2.5GHz的回波损耗曲线示意图。
具体实施方式
图1为本发明天线的组成结构示意图，如图1所示，至少包括：主辐射贴片天线(图1中竖条阴影部分所示)、第一印制电路板(PCB，Printed CircuitBoard)基板、同轴射频激励端口(图1中雪花点阴影部分所示)，以及地板(图1中斜纹阴影部分所示)；其中，
主辐射贴片天线，设置在第一PCB基板的一侧，可以通过微带制作工艺光刻于第一PCB基板上；主辐射贴片天线与第一PCB基板中的同轴射频激励端口相连。
本发明中，主辐射贴片天线由一个或一个以上分形结构组成，如图2所示，各个分形结构呈对称放置，以拓展带宽。这里，对分形结构的形状不做具体要求，可以是多种形态的组合，只要其组成的天线处于RFID的工作频段即可。图2仅仅是一个实施例而已，本领域技术人员在本发明提供的主辐射贴片天线为分形结构，且其组成处于RFID的工作频段的提示下，是容易得出分形结构的多种实现方式的。因此，图2所示的分形结构的实施例，并不用于限定本发明分形结构的具体实现，也不用于限定本发明天线的保护范围。
一般，微带天线设计的长宽尺寸近似于公式(1)所示：
L = λ / ( 2 * ϵ r ) + ΔL 1 - - - ( 1 )
公式(1)中，εr为所采用的介电常数，ΔL1为根据边缘效应及表面波可能需要补偿的尺寸，L为主辐射天线的长度尺寸，λ对应为设计频率波长。
而本发明的天线采用分形结构的设计，天线被分成段设置，其长度显然小于传统微带天线的长度，极大地减少了贴片所需体积，从而使整机的尺寸远小于公式(1)计算的要求。在实际应用中，主辐射贴片天线的尺寸不到上述公式(1)所述的传统微带天线理论设计的二分之一，在实现2.3GHz～2.6GHz频带下，主辐射贴片的尺寸小于20毫米(mm)*20mm。而且分形结构使得天拆线的覆盖面积增大，从而增加了辐射带宽。
第一PCB基板，其上设置有同轴射频激励端口，第一PCB基板的一侧设置有主辐射贴片天线，另一侧设置有地板即附上金属薄层作为地板。
由于本发明天线的主辐射贴片天线采用分形结构，极大地减少了贴片所需体积，增加了辐射带宽，减少了现有微带天线对厚度的要求，更有利于RFID超薄化的需求。本发明天线能够应用于小型终端的RFID系统中，且满足了RFID系统的可靠性，从而满足了RFID技术当前发展和未来发展的潜在需求。
进一步地，本发明天线还包括第二PCB基板，以及二次耦合辐射贴片天线(图1中网格阴影部分所示)。第二PCB基板，设置在二次耦合辐射贴片天线与主辐射贴片天线之间。二次耦合辐射贴片天线，设置在第二PCB基板的与主辐射贴片天线相对的另一侧，可以直接通过微带制作工艺光刻于第二PCB基板上。
本发明中，二次耦合辐射贴片天线也可以由一个或一个以上分形结构组成，各个分形结构呈对称放置，以拓展带宽。二次耦合辐射贴片天线的分形结构可以与主辐射贴片天线的分形结构相同，设计尺寸可以在之间，其中L’为主辐射贴片的长度。
本发明中，二次耦合贴片天线通过耦合主辐射贴片天线的场强，形成二次谐振，从而进一步拓展了带宽。而且，通过二次耦合贴片天线与主辐射贴片天线的互耦，进一步展宽了频带特性，实现了2.3GHZ～2.6GHz的宽带特性，同时提高了增益，在实际应用中测得最高增益达到了6dBi。
进一步地，通过二次耦合贴片天线与主辐射贴片天线的合理布局，提高了空间的利用率，进一步展宽了带宽。
图3为本发明天线工作于2.45GHz的辐射方向示意图，如图3所示，为通过高频仿真软件(HFSS)进行模拟计算对天线进行仿真后，在水平极化和垂直极化下的方向图，其中，曲线1为水平极化下的方向图，曲线2为垂直极化下的方向图。图3中横坐标代表天线各角度下的增益值。从图3所示的仿真结果可以看出，本发明天线的最高增益可以达到7.0dBi。
图4为本发明天线在常温常压下，工作于0.5GHz-2.5GHz的回波损耗曲线示意图，图4中，横坐标为频率值，纵坐标为驻波比(VSWR)。如图4所示，在0.5GHz-2.5GHz频段范围下，通过HFSS进行模拟计算，本发明天线的驻波比小于2.5，满足RFID天线设计需求。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种天线，其特征在于，至少包括主辐射贴片天线、第一印制电路板PCB基板、同轴射频激励端口，以及地板；其中，
主辐射贴片天线，设置在第一PCB基板的一侧，与第一PCB基板中的同轴射频激励端口相连；
第一PCB基板，其上设置有同轴射频激励端口，第一PCB基板的一侧设置有主辐射贴片天线，另一侧设置有地板；
所述主辐射贴片天线由一个或一个以上分形结构组成。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述主辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于所述第一PCB基板上。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括第二PCB基板，以及二次耦合辐射贴片天线；
第二PCB基板，设置在二次耦合辐射贴片天线与主辐射贴片天线之间；
二次耦合辐射贴片天线，设置在第二PCB基板的与所述主辐射贴片天线相对的另一侧。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述二次耦合辐射贴片天线通过微带制作工艺光刻于所述第二PCB基板上。
5.根据权利要求要求3所述的天线，其特征在于，所述二次耦合辐射贴片天线由一个或一个以上分形结构组成。
6.根据权利要求1或5所述的天线，其特征在于，所述分形结构呈对称放置。
7.根据权利要求1或5所述的天线，其特征在于，所述天线应用于无线射频识别RFID系统中。
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