CN106022436A - 一种蝶形应答器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种蝶形应答器，包括导体辐射器，导体耦合器和电介质基板，导体耦合器嵌入在导体辐射器边缘，电介质基板与导体辐射器连接，导体辐射器包括第一蝶形导体和第二蝶形导体，导体耦合器包括第一蝶形耦合臂,第二蝶形耦合臂，芯片和谐振环，第一蝶形耦合臂和第二蝶形耦合臂对应设置于第一蝶形导体和第二蝶形导体的下方。本发明还公开了一种制备蝶形应答器的方法。该蝶形应答器加强了导体辐射器接收信号的能力和延长了辐射距离，提高了耦合臂的输送功率，以及扩大了应答器的使用环境范围。

Description

一种蝶形应答器及其制备方法
技术领域
本发明涉及物流设备领域，尤其涉及一种蝶形应答器及其制备方法。
背景技术
应答器是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年由于射频技术发展迅猛，应答器也称标签或智能标签。RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通讯技术，可以通过无线电磁波信号读取或者写入应答器内存储的信息，可以不通过物理或者光学接触实现非可视化的读取。随着市场需求的提高，应答器的设计也在不断改进，但目前市场上出现的应答器普遍存在信号接收不强、辐射范围窄、适用环境单一等缺点。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种蝶形应答器及其制备方法，解决现有技术中存在的信号接收不强、辐射范围窄、适用环境单一的问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种蝶形应答器，包括导体辐射器，导体耦合器和电解质基板，所述导体耦合器嵌入在导体辐射器边缘，所述电介质基板与导体辐射器连接，所述导体辐射器包括第一蝶形导体和第二蝶形导体，所述导体耦合器包括第一蝶形耦合臂,第二蝶形耦合臂，芯片和谐振环，所述第一蝶形耦合臂和第二蝶形耦合臂对应设置于第一蝶形导体和第二蝶形导体的下方。
一种上述蝶形应答器的制备方法，包括以下步骤：
a.将导体辐射器冲压形成上方为开口腔体，左右为对称的第一蝶形导体和第二蝶形导体；
b.将步骤a所述开口腔体从电介质基板两侧滑入，使导体辐射器与电介质基板背面完全贴合，所述第一蝶形导体与第二蝶形导体在电介质基板的背面电气连接，在电介质基板的正面形成第一缝隙；
c.将第一蝶形耦合臂，第二蝶形耦合臂和谐振环进行安装结合，并在谐振环的开口处焊接芯片，使芯片的两个引脚分别与谐振环开口两端形成电气连接，形成蝶形耦合器；
d.将步骤a中所述第一蝶形导体和第二蝶形导体分别于步骤c中所述谐振环电气连接；
e.将步骤b中所述带电介质基板的蝶形导体与步骤c中所述蝶形耦合器进行装配，形成蝶形应答器。
作为优选，步骤b中所述第一缝隙的宽度为0.1mm-5mm。
作为优选，步骤f中所述第一蝶形导体和第一蝶形耦合臂之间形成第二缝隙，第二蝶形导体和第二蝶形耦合臂之间形成第三缝隙。
作为优选，所述第二缝隙和第三缝隙的宽度对应设置，所述宽度为0.1mm-3mm。
本发明的有益技术效果是：一是采用环绕导体辐射器设计形成对称二阵列，使导体辐射器能在远距离范围内产生最大的增益，从而最大程度的接收阅读器发射出的信号；二是该种蝶形导体对称二阵列设计可以使应答器在金属表面或非金属表面及空气中获 得几乎相同的性能，真正实现对应用环境的不敏感，扩大使用范围；三是该种蝶形导体二阵列设计可以实现应答器整体的阻抗调节，使得整个系统达到阻抗匹配的目的；四是采用蝶形导体耦合器与蝶形导体辐射器之间存在一条缝隙，工作时蝶形导体辐射器通过缝隙将能量耦合传递给耦合器并激活耦合器上的芯片工作，控制该缝隙的宽度能控制两者耦合的大小，从而实现对阻抗匹配的调节。而且该种蝶形耦合器的设计方式可以实现芯片阻抗的超宽带匹配，使应答器能工作在全球频段860MHz～960MHz；五是该种蝶形耦合器拥有两条对称分布的蝶形耦合臂，蝶形耦合臂可以分别从两个蝶形辐射器耦合得到最大的能量，以实现功率的最大传输。
附图说明
图1是本发明一种蝶形应答器的结构示意图；
图2是图1中A-A部的剖视图；
图3是本发明实施例所得应答器的等效电路图；
图4是本发明实施例所得应答器的阻抗仿真曲线图；
图5是本发明实施例所得应答器的芯片阻抗曲线图；
图6是本发明实施例所得应答器的电场强度读取距离曲线图；
图7是本发明一种蝶形应答器的蝶形导体的结构示意图；
图8是本发明一种蝶形应答器的蝶形耦合臂的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合：
如图1和图2所示，本发明的一种蝶形应答器，包括导体辐射器，导体耦合器和电介质基板，导体辐射器包括第一蝶形导体1和第二蝶形导体8，导体耦合器包括第一蝶形耦合臂3,第二蝶形耦合臂6，芯片4和谐振环5，蝶形应答器的制备方法包括以下步骤：
a.将导体辐射器冲压形成第一蝶形导体1，第二蝶形导体8，第一缝隙9和开口腔体10；
b.将步骤a所述开口腔体10从电介质基板两侧滑入，使蝶形导体与电介质基板背面完全贴合，第一蝶形导体1与第二蝶形导体8在电介质基板的背面电气连接，在电介质基板的正面形成第一缝隙9；
c.将第一蝶形耦合臂3，第二蝶形耦合臂6和谐振环5进行安装结合，形成蝶形耦合器；
d.在步骤c所述谐振环5的开口处焊接芯片4，使芯片4的两个引脚分别与谐振环5开口两端形成电气连接；
e.将步骤a中所述第一蝶形导体1和第二蝶形导体8分别于步骤c中所述的谐振环5电气连接；
f.将步骤b中所述带介质的蝶形导体与步骤d中所述带芯片4的蝶形耦合器进行装配，形成蝶形应答器。
根据上述方案制成的蝶形应答器在工作时，导体辐射器接收阅读器发射的电磁波并转化为电信号，然后耦合传递给导体耦合器并激活导体耦合器上的芯片4工作，最终将在阅读器 上显示芯片4内置的资产信息，达到资产信息可视化读取和存储的作用，大大降低了操作人员在盘点，检修和其他管理过程中的成本。
将导体辐射器正面设计形成第一蝶形导体1和第二蝶形导体8的对称二阵列，一是可使导体辐射器能在远距离范围内产生最大的增益，从而最大程度的接收阅读器发射出的信号；二是可使应答器在金属表面或非金属表面及空气中均能获得相近的性能，真正实现对应用环境的不敏感，大大降低了项目实施的难度及成本；三是可以实现应答器整体的阻抗调节，使得整个系统达到阻抗匹配的目的，如图3所示，以Alien Higgs3芯片作为参照设计，该芯片的等效阻抗为1800Ω并联0.85pF，归一化阻抗并绘制曲线如图4所示，第一条线为阻抗实部，第二条线为阻抗虚部曲线。为达到芯片与蝶形接受发射装置的功率最大传输，设计上需要芯片阻抗与接收发射器阻抗实现共轭匹配，即实部相同，虚部相反。应答器在金属表面时的阻抗曲线如图5所示，以920MHz频率为例，芯片在920MHz时的阻抗为22.7-j201，接收发射器在920MHz时的阻抗为19.4-j201，应答器在该频点几乎实现了完全的共轭匹配，即实部相近，虚部相反。纵观整个频段内的阻抗实部与虚部，应答器阻抗在宽频带范围内实现了与芯片阻抗的良好匹配。
将导体耦合器设计为对称的第一蝶形耦合臂3和第二蝶形耦合臂6，可以分别从两个蝶形导体上耦合得到最大的能量，以实现功率的最大传输。第一蝶形耦合臂3和第二蝶形耦合臂6分别与第一蝶形导体1和第二蝶形导体8之间形成第二缝隙2和第三缝隙7，在工作时，蝶形导体通过缝隙将能量耦合传递给耦合臂并激活耦合臂上的芯片4工作，第二缝隙2和第三缝隙7的宽度对应设置，控制缝隙的宽度能控制两者耦合的大小，从而实现对阻抗匹配的调节。同时这种对称设计方式可以实现芯片4阻抗的超宽带匹配，使应答器能工作在全球频段860MHz～960MHz。应答器上电场分布主要集中在第一缝隙，第二缝隙和第三缝隙处，利用该种蝶形应答器设计，通过控制三个缝隙的参数可以起到调节阻抗匹配及耦合强度的作用(具体见图6)，应答器拥有两个频率，在917MHz时，读取距离可以达到10.7米，在853MHz时读取距离可以达到11米，在840MHz～935MHz频率范围以内最小读取距离可以达到8米。
另外，该蝶形应答器的蝶形导体和蝶形耦合器的尺寸可自由调节，结合图7所示，蝶形导体的长度L2与电磁波波长λ1的关系为0.125λ1＜L2＜0.25λ1，蝶形导体的长度与宽度尺寸选择如下：0.6L2＜L1＜0.95L2、0.5L2＜W3＜2L2、0.5W3＜W2＜0.9W3、0.5W2＜W1＜0.9W2。结合图8所示，蝶形耦合臂的长度P2与电磁波波长λ1的关系为0.2λ1＜P2＜0.4λ1，蝶形耦合臂的长度与宽度尺寸选择具体如下：0.5P2＜P1＜0.9P2、0.05P1＜w2＜0.25P2、0.4w2＜w1＜0.95w2。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利的范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种蝶形应答器，包括导体辐射器，导体耦合器和电介质基板(10)，所述导体耦合器嵌入在所述导体辐射器边缘，所述电介质基板(10)与所述导体辐射器连接，其特征在于：所述导体辐射器包括第一蝶形导体(1)和第二蝶形导体(8)，所述导体耦合器包括第一蝶形耦合臂(3),第二蝶形耦合臂(6)，芯片(4)和谐振环(5)，所述第一蝶形耦合臂(3)和所述第二蝶形耦合臂(6)对应设置于所述第一蝶形导体(1)和所述第二蝶形导体(8)的下方。
2.一种权利要求1所述的蝶形应答器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将导体辐射器冲压形成上方为开口腔体，左右为对称的第一蝶形导体(1)和第二蝶形导体(8)；
b.将步骤a所述开口腔体从电介质基板(10)两侧滑入，使导体辐射器与电介质基板背面完全贴合，所述第一蝶形导体(1)与第二蝶形导体(8)在电介质基板(10)的背面电气连接，在电介质基板(10)的正面形成第一缝隙(9)；
c.将第一蝶形耦合臂(3)，第二蝶形耦合臂(6)和谐振环(5)进行安装结合，并在谐振环(5)的开口处焊接芯片(4)，使芯片(4)的两个引脚分别与谐振环(5)开口两端形成电气连接，形成蝶形耦合器；
d.将步骤a中所述第一蝶形导体(1)和第二蝶形导体(8)分别于步骤c中所述谐振环(5)电气连接；
e.将步骤b中所述带电介质基板的蝶形导体与步骤c中所述蝶形耦合器进行装配，形成蝶形应答器。
3.根据权利要求2所述的一种蝶形应答器的制备方法，其特征在于：步骤b中所述第一缝隙(9)的宽度为0.1mm-5mm。
4.根据权利要求2所述的一种蝶形应答器的制备方法，其特征在于：步骤f中所述第一蝶形导体(1)和所述第一蝶形耦合臂(3)之间形成第二缝隙(2)，所述第二蝶形导体(8)和所述第二蝶形耦合臂(6)之间形成第三缝隙(7)。
5.根据权利要求4所述的一种蝶形应答器的制备方法，其特征在于：所述第二缝隙(2)和所述第三缝隙(7)的宽度相同，为0.1mm-3mm。
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