CN105186122A - 一种端射特性标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种端射特性标签天线，属于微波技术领域。在介质基板上，顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元形成一个开口对称环，顶层电偶极子、底层电偶极子分别设置在顶层对跖V形辐射单元、底层对跖V形辐射单元的中垂线方向，使天线具有天线所在平面的线极化端射特性。本发明实现的线极化端射天线，最大辐射方向平行于天线所在平面，这是以往小型平面标签天线不能实现的特性。本发明具有结构简单，体积小，制作成本低廉等优点，在射频识别（RFID）领域作为标签天线有广泛的应用前景。

Description

一种端射特性标签天线

技术领域

本发明涉及一种端射特性标签天线，属于微波技术领域。

背景技术

随着物联网的发展和普及，射频识别(RFID)技术在非接触式的自动感知领域越来越重要，而标签天线和RFID读写器天线是RFID系统的两个关键组成部分，电子标签与读写器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合。根据工作频段的不同，标签天线分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波等不同种类。另外，根据供电方式不同，标签天线又分为有源标签天线和无源标签天线。工作在超高频和微波频段的有源标签天线一般与芯片组成完整的电子标签，这一技术已被广泛应用于物流、工业生产控制、医疗和邮政等诸多领域中。

一般地，设计有源标签天线需要与电子标签芯片进行共轭匹配。由于标签芯片的输出阻抗具有电抗分量，则标签天线的设计需要输入阻抗具有共轭的电抗分量。标签芯片的输出阻抗一般为Z=R-jX形式，为了实现共轭匹配，标签天线的阻抗应具有Z=R+jX的形式。

以往出现的标签天线普遍具有垂直标签天线平面的辐射电场，这使得悬挂式的货物可以被正确读取标签；标签天线具有全向辐射或者宽波束张角时，可以增加读写器的可读取方位，但同时也可能增大了读写器的误读率（有些大型货架除外）。当堆叠式的货物（如货柜里整齐堆叠的衣物）上的电子标签需要被正确读取时，以往设计的辐射电场垂直于标签天线平面的方法则不再适用。为了克服上述难题，正确读取堆叠式货物的电子标签，应采取辐射方向平行于电子标签平面的一类天线。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种端射特性标签天线，该天线不仅具有良好的端射特性，并且采用线极化的方式使得辐射方向平行于天线平面，该天线结构简单、体积小、成本低且便于制作实现。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种端射特性标签天线，包括介质基板；介质基板的上表面设置有顶层平面电偶极子、顶层对跖V形辐射单元、顶层匹配枝节，顶层平面电偶极子与顶层对跖V形辐射单元的V形结点相连，顶层匹配枝节与顶层对跖V形辐射单元的一端相连；介质基板的下表面设置有底层平面电偶极子、底层对跖V形辐射单元、底层匹配枝节，底层平面电偶极子与底层对跖V形辐射单元的V形结点相连，底层匹配枝节与底层对跖V形辐射单元的一端相连；顶层平面电偶极子、底层平面电偶极子结构与尺寸相同，且相对于介质基板反对称排布；顶层对跖V形辐射单元、底层对跖V形辐射单元结构与尺寸相同，且相对于介质基板反对称排布；顶层匹配枝节、底层匹配枝节结构与尺寸相同，且相对于介质基板反对称排布；顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元形成一个开口对称环。

作为本发明的进一步优化方案，底层平面电偶极子设置在顶层对跖V形辐射单元的中垂线方向。

作为本发明的进一步优化方案，顶层平面电偶极子设置在底层对跖V形辐射单元的中垂线方向。

作为本发明的进一步优化方案，顶层对跖V形辐射单元、底层对跖V形辐射单元的V形夹角范围为60°到140°。

作为本发明的进一步优化方案，顶层对跖V形辐射单元、底层对跖V形辐射单元均由两个电偶极子组成。

作为本发明的进一步优化方案，上述每个电偶极子的长度范围为八分之一个波长到四分之一个波长。

作为本发明的进一步优化方案，顶层平面电偶极子、底层平面电偶极子的长度范围均为八分之一个波长到四分之一个波长。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明能够在使用平面结构的同时，具有良好的线极化端射特性，容易与标签芯片进行匹配，并且该天线结构简单，制作工艺简单，成本低廉，有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的正面结构与参考坐标示意图。

图2是本发明的三维立体示意图与参考坐标示意图。

其中，1是介质基板，2是顶层电偶极子，3是底层电偶极子，4是顶层对跖V形辐射单元，5是底层对跖V形辐射单元，6是顶层匹配枝节，7是底层匹配枝节，8是V形夹角。

图3是采用HFSS软件计算的天线在5.8GHz和2.45GHz的zox截面增益方向示意图，其中，（a）是5.8GHz的方向图，（b）是2.45GHz的方向图。

图4是采用HFSS软件计算的天线的阻抗特性示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

对照附图1、图2，本发明一种端射特性标签天线的结构是：包括介质基板1，该天线整体辐射单元由介质基板1上的顶层电偶极子2、底层电偶极子3、顶层对跖V形辐射单元4、底层对跖V形辐射单元5、顶层匹配枝节6、底层匹配枝节7构成，顶层对跖V形辐射单元4与底层对跖V形辐射单元5分别由两个电偶极子组合而成，其结构、尺寸完全相同，并在介质基板1的顶层和底层相对于介质基板1反对称布置；顶层电偶极子2与顶层对跖V形辐射单元4的V形结点处相连接，底层电偶极子3与底层对跖V形辐射单元5的V形结点处相连接，顶层电偶极子2与底层电偶极子3结构、尺寸完全相同，且相对于介质基板1反对称布置；顶层对跖V形辐射单元4与底层对跖V形辐射单元5均具有V形夹角8，V形夹角8的范围为60°-140°；顶层匹配枝节6与顶层对跖V形辐射单元4的一端连接，底层匹配枝节7与底层匹配枝节7的一端连接，顶层匹配枝节6与底层匹配枝节7结构、尺寸完全相同，且相对于介质基板1反对称布置。

顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元形成一个开口对称环，顶层电偶极子2、底层电偶极子3分别设置在顶层对跖V形辐射单元4、底层对跖V形辐射单元5的中垂线方向，使天线具有天线所在平面的线极化端射特性。

本发明一种端射特性标签天线中，顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元形成的开口对称环产生“心脏形”、极化平行于天线平面的辐射电场；顶层电偶极子2、底层电偶极子3产生全向、极化平行于天线平面的辐射电场；两者组合之后，加强了辐射电场的端射特性。本发明实现的线极化端射天线，最大辐射方向平行于天线所在平面，这是以往小型平面标签天线不能实现的特性。

本发明中，顶层电偶极子2、底层电偶极子3、顶层对跖V形辐射单元4、底层对跖V形辐射单元5、顶层匹配枝节6、底层匹配枝节7的长度、宽度均可改变；顶层电偶极子2、底层电偶极子3、顶层对跖V形辐射单元4、底层对跖V形辐射单元5均可做弯曲处理；介质基板的介电常数为2至20；天线的馈电节点位于开口环天线的电流最小点附近，设置在匹配枝节的远端，且馈电方式可以改变。

对照附图1-2，附图3和4是介质基板1按照相对介电常数为2.65、厚为1毫米，顶层和底层对跖V形辐射单元中对跖V形夹角8按照120°，利用HFSS软件仿真计算得到的天线辐射特性。根据附图3的结果可见，其中（a）表示5.8GHz的方向图，（b）表示2.45GHz的方向图，该标签天线在5.8GHz具有6dB以上的端射特性，在2.45GHz具有接近3dB的端射特性。根据附图4的结果可见，其中实线代表阻抗实部，虚线代表阻抗虚部，该标签天线在5.8GHz时具有106+146jΩ的特性阻抗，容易与标签芯片进行匹配。

综上所述，本发明端射特性标签天线能达到3dB以上的线极化端射特性，容易与标签芯片进行匹配，并且最大辐射方向平行于天线平面。该天线不仅采取线极化的辐射方式和具有端射特性，而且有着低剖面和简单的结构，应用前景非常广泛，在性能优化之后，该天线可以解决例如背景技术提出的诸多难题。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，例如该天线的开口对称环与顶层电偶极子2、底层电偶极子3亦可做成共面排布，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种端射特性标签天线，其特征在于，包括介质基板（1）；

介质基板（1）的上表面设置有顶层平面电偶极子(2)、顶层对跖V形辐射单元（4）、顶层匹配枝节（6），顶层平面电偶极子(2)与顶层对跖V形辐射单元（4）的V形结点相连，顶层匹配枝节（6）与顶层对跖V形辐射单元（4）的一端相连；

介质基板（1）的下表面设置有底层平面电偶极子（3）、底层对跖V形辐射单元（5）、底层匹配枝节（7），底层平面电偶极子（3）与底层对跖V形辐射单元（5）的V形结点相连，底层匹配枝节（7）与底层对跖V形辐射单元（5）的一端相连；

顶层平面电偶极子(2)、底层平面电偶极子（3）结构与尺寸相同，且相对于介质基板（1）反对称排布；顶层对跖V形辐射单元（4）、底层对跖V形辐射单元（5）结构与尺寸相同，且相对于介质基板（1）反对称排布；顶层匹配枝节（6）、底层匹配枝节（7）结构与尺寸相同，且相对于介质基板（1）反对称排布；

顶层对跖V形辐射单元（4）与底层对跖V形辐射单元（5）形成一个开口对称环。

2.根据权利要求1所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，底层平面电偶极子（3）设置在顶层对跖V形辐射单元（4）的中垂线方向。

3.根据权利要求1所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，顶层平面电偶极子(2)设置在底层对跖V形辐射单元（5）的中垂线方向。

4.根据权利要求1所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，顶层对跖V形辐射单元（4）、底层对跖V形辐射单元（5）的V形夹角范围均为60°到140°。

5.根据权利要求1所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，顶层对跖V形辐射单元（4）、底层对跖V形辐射单元（5）均由两个电偶极子组成。

6.根据权利要求5所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，每个电偶极子的长度范围为八分之一个波长到四分之一个波长。

7.根据权利要求1所述的一种端射特性标签天线，其特征在于，顶层平面电偶极子(2)、底层平面电偶极子（3）的长度范围均为：八分之一个波长到四分之一个波长。