CN106602284A - 一种小型抗金属宽带标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称结构抗金属宽带标签天线，属于微波技术领域。本发明是在介电常数为4.4的FR4介质基板上设计顶层辐射单元。顶层辐射单元由类偶极子辐射贴片、匹配网络和矩形馈线单元组成，介质版底层是接地的反射板。本发明采用差分馈电的方式；通过调节顶层类偶极子的长度、匹配网络的尺寸、辐射贴片两端的加载电容的大小可以得到宽带、阻抗匹配良好的天线，可用于RFID对金属物体进行识别追踪的通信系统中，并具有结构简单、体积小巧、制作成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种小型抗金属宽带标签天线，属于微波技术领域。
背景技术
RFID技术作为物联网技术中较为流行的技术最近几年得到了迅速发展，从零售业、物流业、交通业的一系列大系统的应用到门禁管理，仓库管理等中心型系统，RFID技术形成了跨行业、多领域的产业链和市场。RFID射频识别系统包括标签(tag)、阅读器(reader)和天线(antenna包括标签天线和阅读器天线)。其中，携带相关信息的标签会被贴附在物体上，这就需要标签天线的小型化、简单化、易于加工。由于各个国家地区的RFID频段的差异，为了避免跨国家地区使用而带来的不便，标签天线应具有一定的带宽。另外，金属物体会影响传统标签天线的性能，进而影响整个RFID系统的工作。传统的标签天线采用偶极子天线有一定的带宽但不具有抗金属性能，而一些抗金属的贴片天线的带宽却很窄。本发明将提出一种新的小型抗金属宽带标签天线结构。
发明内容
本发明的所要解决的技术问题在于针对背景技术存在的问题，提出一种新的小型抗金属宽带标签天线结构，该天线具有抗金属性能，带宽宽，单向辐射，结构简单、体积小、剖面尺寸低且便于制作实现。
本发明为解决上述技术问题而采用如下技术方案：
一种小型抗金属宽带标签天线，包括介质基板、分别印刷设置在介质基板正反两面的顶层辐射单元和底层辐射单元：
所述顶层辐射单元包括弯折类偶极子、匹配网络、矩形馈线单元和加载电容；所述底层辐射单元为金属接地板；
所述顶层辐射单元包括顶层辐射贴片及馈电贴片，所述的顶层辐射贴片包括对称分布的弯折类偶极子及与其连接的一对加载电容，所述的馈电贴片包括设置在介质基板中部的匹配网络及矩形馈线单元，所述小型抗金属宽带标签天线采用匹配网络馈电；其中，馈电端口采用矩形馈线单元。
进一步的，本发明提出的小型抗金属宽带标签天线，天线的抗金属特性通过在介质基板底层加接地板来实现。
进一步的，本发明提出的小型抗金属宽带标签天线，所述介质基板采用介电常数为4.4的FR4介质。
进一步的，本发明提出的小型抗金属宽带标签天线，所述的介质基板为矩形，所述弯折类偶极子由位于介质基板顶部的矩形馈线单元分割成两个呈轴对称形状的部分，分别分布在顶层辐射单元的左右两边，馈电单元连接弯折类偶极子的两个臂，弯折类偶极子由金属条沿介质基板顶边及左右两边分布并分别经过4个90°角弯折构成，对称的弯折类偶极子的两部分末端分别添加了一个加载电容，所述弯折类偶极子采用折叠的方法与传统偶极子相比减小了天线的尺寸。
进一步的，本发明提出的小型抗金属宽带标签天线，所述的匹配网络设置在介质基板上部中央，由相连接的三个金属条构成，这三个金属条与介质基板顶部的由馈线单元连接的弯折类偶极子的两个臂围成矩形，馈线单元位于所述匹配网络与弯折类偶极子所围成的矩形顶边的正中。匹配网络与弯折类偶极子所围成的矩形长a为7mm，宽c为4.5mm，为了与具有复数阻抗的芯片在915MHz频率形成共轭匹配。
进一步的，本发明提出的小型抗金属宽带标签天线，采用长宽分别为7mm和3mm的矩形加载电容使得天线的尺寸缩小。
本发明采用以上技术方案，具有以下技术效果：
本发明通过匹配网络和加载电容的组合，天线的阻抗带宽可达到850MHz-930MHz(按回波损耗低于-10dB计)；本发明采用差分馈电的方式；通过调节顶层类偶极子的长度、匹配网络的尺寸、辐射贴片两端的加载电容的大小可以得到宽带、阻抗匹配良好的天线，可用于RFID对金属物体进行识别追踪的通信系统中，并具有抗金属性能和单向辐射特性，结构简单、体积小巧、制作成本低廉且易于加工等优点。
附图说明
图1是天线的立体结构与参考坐标示意图。
图2是天线的正面结构与参考坐标示意图。
图3是仿真的天线输入阻抗。
图4是仿真的天线回波损耗特性曲线。
图5是仿真的天线方向图。
其中：1-介质基板,2-弯折类偶极子，3-匹配网络，4-馈电单元，5-加载电容。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
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。
本发明涉及一种小型抗金属宽带标签天线，包括介质基板1以及分别设置在介质基板1正反两面的顶层辐射单元和接地板，其特征在于：
所述顶层辐射单元包括顶层辐射贴片及馈电贴片，所述的顶层辐射贴片包括对称分布的弯折类偶极子2及与其连接的一对加载电容5，所述的馈电贴片包括设置在介质基板1中部的匹配网络3及馈线单元4，所述小型抗金属宽带标签天线采用匹配网络3馈电；其中，馈电端口采用矩形的馈线单元4。
作为优选方案，所述的介质基板1为矩形，所述弯折类偶极子2由位于介质基板1顶部的矩形馈线单元4分割成两个呈轴对称形状的部分，分别分布在顶层辐射单元的左右两边，馈电单元4连接弯折类偶极子2的两个臂，弯折类偶极子2由金属条沿介质基板1顶边及左右两边分布并分别经过4个90°角弯折构成，弯折类偶极子2采用折叠的方法与传统偶极子相比减小了天线的尺寸，对称的弯折类偶极子2的两部分末端分别添加了一个加载电容5。
作为优选方案，所述的匹配网络3设置在介质基板1上部中央，由相连接的三个金属条构成，这三个金属条与介质基板1顶部的由馈线单元4连接的弯折类偶极子2的两个臂围成矩形，馈线单元4位于所述匹配网络3与弯折类偶极子2所围成的矩形顶边的正中。
作为优选方案，所述矩形馈线单元4的上下两条边与构成弯折类偶极子2的两个臂的金属条的上下两条边平行。
作为优选方案，所述的接地板为金属接地板。金属接地板相当于反射板，实现天线的抗金属性能并使得天线具有单向辐射特性，使得天线能应用于金属物体的识别和追踪。
作为优选方案，所述介质基板1采用介电常数为4.4的FR4介质。
作为优选方案，匹配网络3与弯折类偶极子2所围成的矩形长a为7mm，宽c为4.5mm。
作为优选方案，所述的加载电容5为矩形，加载电容5的长g为7mm，宽f为3mm。
作为优选方案，所述馈电单元4为正方形，其边长i为1mm；所述构成匹配网络3的金属条宽度b为1mm；构成弯折类偶极子2的金属条宽度k为1mm；所述弯折类偶极子2经过第一次90°弯折后沿介质基板1侧边的金属条与加载电容5之间的距离j为1mm，构成弯折类偶极子2的金属条经过第二次90°弯折后沿介质基板1底边的长度m为7mm。
作为优选方案，所述介质基板1的长度e为26mm,宽度h为11mm,厚度d为1.6mm，本天线采用型号为Monza4的芯片(芯片位于仿真中的馈电点的位置)。实施例一
如图1、图2所示，本发明的结构是：天线制作在介电常数为4.4的FR4介质基板1上，辐射单元由顶层辐射单元与底层金属接地板构成，正反相对介质基板1排布；顶层的弯折类偶极子2由位于介质基板1顶部的矩形馈线单元4分割成两个呈轴对称形状的部分，分别分布在顶层辐射单元的左右两边，馈电单元4连接弯折类偶极子2的两个臂，弯折类偶极子2由金属条沿介质基板1顶边及左右两边分布并分别经过4个90°角弯折构成，对称的弯折类偶极子2的两部分末端分别添加了一个加载电容5。弯折类偶极子2与末端的加载电容5连接形成天线的顶层辐射贴片；顶层辐射贴片的中间连接匹配网络3及馈电单元4，通过调节匹配网络3的尺寸实现与芯片复数阻抗的共轭匹配；介质基板1的底层是金属接地板，金属接地板相当于反射板，实现天线的抗金属性能并使得天线具有单向辐射特性。介质基板1按照相对介电常数为4.4，长度e为26mm，宽度h为11mm，厚d为1.6mm，介质基板1顶端的长度e为26mm，介质基板1的宽度即弯折类偶极子2沿介质基板1侧边的长度h为11mm，弯折类偶极子2沿介质基板1下端的长度m为7mm，其末端加载电容5的长g为7mm，宽f为3mm；匹配网络3与弯折类偶极子2所围成的矩形长a为7mm，宽c为4.5mm；馈电单元4为正方形，位于所述匹配网络(3)与弯折类偶极子(2)所围成的矩形顶边的正中，其边长i为1mm；构成匹配网络3的金属条宽度b为1mm；构成弯折类偶极子2的金属条宽度k为1mm；所述弯折类偶极子2经过第一次90°弯折后沿介质基板1侧边的金属条与加载电容5之间的距离j为1mm。
附图3天线在915MHz能基本与芯片的阻抗达到共轭匹配的效果，从而实现天线获得最大的传输效率。
附图4是天线反射系数频率特性。根据图4的结果可见，该天线具有较宽的阻抗带宽。
对照附图1中的参考坐标系与附图5，附图5给出了915MHz两个主工作面方向图(yz-平面与xz-平面)，可见在整个工作频段内，天线具有相对稳定的单向辐射特性(其主波束指向+z方向)。
综上所述，小型抗金属宽带标签天线，利用匹配网络实现了与芯片阻抗的共轭匹配，通过调节加载电容的大小缩小天线的尺寸。由于增加金属接地板，天线实现了单向辐射，贴附在物体上时，有效降低物体的金属属性对天线性能的劣化，因此，该天线可以用于金属物体的识别和追踪。该天线结构简单、体积轻巧、易于制作、成本低廉是一种性能较好的标签天线。
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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型抗金属宽带标签天线，包括介质基板(1)以及分别设置在介质基板(1)正反两面的顶层辐射单元和接地板，其特征在于：
所述顶层辐射单元包括顶层辐射贴片及馈电贴片，所述的顶层辐射贴片包括对称分布的弯折类偶极子(2)及与其连接的一对加载电容(5)，所述的馈电贴片包括设置在介质基板(1)中部的匹配网络(3)及馈线单元(4)，所述小型抗金属宽带标签天线采用匹配网络(3)馈电；其中，馈电端口采用矩形的馈线单元(4)。
2.根据权利要求1所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：
所述的介质基板(1)为矩形，所述弯折类偶极子(2)由位于介质基板(1)顶部的矩形馈线单元(4)分割成两个呈轴对称形状的部分，分别分布在顶层辐射单元的左右两边，馈电单元(4)连接弯折类偶极子(2)的两个臂，弯折类偶极子(2)由金属条沿介质基板(1)顶边及左右两边分布并分别经过4个90°角弯折构成，对称的弯折类偶极子(2)的两部分末端分别添加了一个加载电容(5)。
3.根据权利要求2所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：
所述的匹配网络(3)设置在介质基板(1)上部中央，由相连接的三个金属条构成，这三个金属条与介质基板(1)顶部的由馈线单元(4)连接的弯折类偶极子(2)的两个臂围成矩形，馈线单元(4)位于所述匹配网络(3)与弯折类偶极子(2)所围成的矩形顶边的正中。
4.根据权利要求2所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：
所述矩形馈线单元(4)的上下两条边与构成弯折类偶极子(2)的两个臂的金属条的上下两条边平行。
5.根据权利要求2所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：
所述的接地板为金属接地板。
6.根据权利要求2所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：
所述介质基板(1)采用介电常数为4.4的FR4介质。
7.根据权利要求3所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：匹配网络(3)与弯折类偶极子(2)所围成的矩形长a为7mm，宽c为4.5mm。
8.根据权利要求2所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：所述的加载电容(5)为矩形，加载电容(5)的长g为7mm，宽f为3mm。
9.根据权利要求3所述的一种小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：所述馈电单元(4)为正方形，其边长i为1mm；所述构成匹配网络(3)的金属条宽度b为1mm；构成弯折类偶极子(2)的金属条宽度k为1mm；所述弯折类偶极子(2)经过第一次90°弯折后沿介质基板(1)侧边的金属条与加载电容(5)之间的距离j为1mm，构成弯折类偶极子(2)的金属条经过第二次90°弯折后沿介质基板(1)底边的长度m为7mm。
10.根据权利要求3所述的小型抗金属宽带标签天线，其特征在于：所述介质基板(1)的长度e为26mm,宽度h为11mm,厚度d为1.6mm，本天线采用型号为Monza4的芯片。
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