CN106785341B - 一种多用途标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多用途标签天线，其包括辐射贴片、介质基板和金属接地板；辐射贴片为金属贴片，其印制于介质基板的正面且表面上有环形相交的微带贴片；微带贴片构成一个对称环形相交偶极子天线结构，通过调节微带贴片的圆环个数、半径大小及圆环填充度来调整天线的谐振频率、输入阻抗和工作带宽；辐射贴片的中心设有RFID芯片，辐射贴片通过微带馈线与芯片连接；金属接地板印制于介质基板的背面；接地板的背面还贴敷了一块高介电常数介质板。本发明结构设计简单、合理，成本低，适用于多种复杂环境，辐射贴片采用多个金属圆环相交构成的微带贴片，可以实现标签谐振频点的变化，从而可以达到天线小型化的目的。

Description

一种多用途标签天线
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种多用途标签天线。
背景技术
随着物联网技术的不断发展，RFID技术面临巨大的挑战。将RFID技术应用于冷链物流中，是近年研究RFID标签天线的一大热点。市场要求的标签天线应该具有以下基本特性：体积小、成本低、可读取距离远、适应全球不同国家的超高频RFID频段要求、能贴敷于金属、肌肉等任意物体表面、能适应各种恶劣的工作环境等，这些要求都是RFID标签天线研究领域亟待解决的难题。目前，RFID标签天线的适应于各种环境的问题是研究热点之一，围绕该领域的研究也取得了一定的研究成果，但是随着行业的发展和不断增加的需求多样性给RFID标签天线带来了许多新的挑战，例如：能够贴敷于人体表面的标签；能够贴敷于液体(水、血液等)表面的标签；能够用于医疗、物流等多种领域的标签。
目前适用于特殊介质物体的标签一般通过三种方法来降低复杂的背景物体对标签天线近场的影响：1、使用高介电常数的介质基板，如陶瓷基板，或者插入一个高阻抗接地板，如光子带隙(PBG)结构。2、使用超材料制作天线，如EBG、AMC、HIS结构等。3、在标签天线设计中加入金属接地板，通过短路结构将辐射单元与金属接地板连接起来。如果使用高介电常数介质板作为天线的介质基板，会增加标签天线的商业成本；采用高阻抗接地板和超材料又会增加天线的设计成本；而第三种加入金属接地板一般会降低标签天线的辐射效率。
为了满足多功能标签的设计要求，同时又要考虑到天线的各种指标，因此需要对多功能标签天线设计进行综合考虑。另外，由于各个国家和地区的超高频RFID频段划分不一致，如欧盟为865.6～867.6MHz，北美为902～928MHz，中国为840～845MHz和920～925MHz等，所以设计的标签天线要能满足全球通用性的话，要求标签天线至少具有100MHz的工作带宽，即要覆盖860～960MHz频段。天线的频带展宽可以通过降低Q值、采用小介电常数的基板、增加基板厚度、在地板或辐射单元表面开缝等方法来实现。
如前面所述，通过加短路探针或者短路墙结构来达到降低含水量较高的背景物体对天线性能的影响，会增大制作工艺的难度，增加制作天线的成本，而当天线贴敷于有辐射损耗的背景物体时，又会降低天线的辐射强度，减小天线的增益，缩短天线的读写距离。
随着射频识别技术的不断发展，对标签天线提出了许多具体的要求，一般针对不同的应用领域，需要不同的标签天线。比如对金属物体，需要能用于金属物体表面的抗金属标签天线；对肌肉、血液等物体，需要能用于易腐坏物体表面的多功能标签天线。
目前，市场上出现的标签天线普遍存在这样几个问题：①适用环境单一，不能用于水、血液等特殊介质的环境；②工作频带宽度不够，只能针对于某个地区特定的超高频RFID频段；③结构复杂，制作工艺繁复；④成本不够低。
当天线贴敷在特殊介质的物体表面时，天线的辐射特性会急剧地减小，这样会对天线的性能产生负面影响。发生这样的突变的原因主要是：读写器发出的入射波会被物体的表面以180度的相位改变反射回来，反射波与入射波相互抵消，这样减小了由读写器发出的用于激励芯片的能量。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种多用途标签天线，其结构设计简单、合理，适用于多种复杂环境的椭圆形微带贴片标签天线，在天线结构上采用金属接地板，有效地减小了背景物体对天线的近辐射场的影响，如减小天线的增益、改变天线的阻抗等；当背景物体是含水量高的物体时，可在金属接地板后贴敷一块如陶瓷、云母等高介电常数介质板，有效地避免了标签天线和背景物体之间的电气连接，减小了背景物体对天线辐射强度的损耗；辐射贴片采用多个金属圆环相交的微带贴片构成，改变最外两个圆环的填充度就可以实现标签天线工作谐振频点的变化，从而可以达到天线小型化的目的。
本发明的技术方案如下：
上述的多用途标签天线，包括辐射贴片、介质基板和金属接地板；所述辐射贴片为金属贴片，其印制于所述介质基板的正面且表面上有环形相交的微带贴片；所述微带贴片构成一个对称环形相交偶极子天线结构，通过调节所述微带贴片的圆环个数、半径大小及圆环填充度来调整天线的谐振频率、输入阻抗和工作带宽；所述辐射贴片的中心设置有RFID芯片，所述辐射贴片通过微带馈线与所述芯片连接；所述金属接地板印制于所述介质基板的背面；所述接地板的背面还贴敷了一块高介电常数介质板。
所述多用途标签天线，其中：所述天线的工作频带宽度不小于100MHz。
所述多用途标签天线，其中：所述辐射贴片是由金属铜制成且厚度为0.035mm。
所述多用途标签天线，其中：所述介质基板采用厚度为0.8mm的聚四氟乙烯板。
所述多用途标签天线，其中：所述高介电常数介质板厚度为1mm。
所述多用途标签天线，其中：所述辐射贴片、介质基板、金属接地板和高介电常数介质板均为椭圆形结构。
有益效果：
本发明多用途标签天线结构设计简单、合理，制作方便，适用于多种复杂环境的椭圆形微带贴片标签天线，在天线结构上采用金属接地板，有效地减小了背景物体对天线的近辐射场的影响，如减小天线的增益、改变天线的阻抗等；当背景物体是含水量高的物体时，可在金属接地板后贴敷一块陶瓷、云母等高介电常数介质板，有效地避免了标签天线和背景物体之间的电气连接，降低了背景物体对天线辐射强度的损耗；辐射贴片表面采用多个圆环金属馈线相交构成，改变最外两个圆环的填充度就可以实现标签天线工作谐振频点的变化，从而可以达到天线小型化的目的；在辐射贴片表面采用环形馈线相交的微带贴片，展宽该标签的工作带宽，最大工作带宽大于100MHz，完全能够覆盖全球不同区域的超高频RFID频段；介质基板采用聚四氟乙烯板，价格低廉，制作成本低；同时，天线的辐射贴片、介质基板、金属接地板和高介电常数介质板的形状都是椭圆形，利用了椭圆的渐变性，使天线在复杂的使用环境中有稳定的工作性能。
附图说明
图1为本发明多用途标签天线的俯视图；
图2为本发明多用途标签天线在常用环境下的侧视图；
图3为本发明多用途标签天线在特殊环境下的侧视图。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明多用途标签天线，包括呈椭圆形的辐射贴片1、介质基板2和金属接地板3。
该辐射贴片1是由金属铜制成的贴片，厚度为0.035mm，其印制于介质基板2的正面且表面上设有多个呈环形相交的微带贴片11；该微带贴片11构成一个类似于对称环形相交偶极子天线的结构，通过调节微带贴片11的圆环个数、半径大小以及圆环填充度可以调整天线的谐振频率、输入阻抗和工作带宽；同时，由于微带贴片1的圆环形结构，迫使电流在相同的辐射贴片1表面上，增大其流动路径，也相当于等效地增加了辐射贴片1的长度，从而达到天线小型化的目的；该辐射贴片1的中心设置有RFID芯片5，该芯片5通过微带馈线与辐射贴片1连接。
该介质基板2采用厚度为0.8mm的聚四氟乙烯板，价格低廉。
该金属接地板3由金属铜制成，厚度为0.035mm，其印制于该介质基板2的背面，采用金属接地板3来隔离辐射贴片1和高含水量物体，降低高含水量物体对辐射贴片1产生的高电磁损耗，有效地保证了天线的辐射效率和辐射距离。
该金属接地板3的背面贴敷了一层厚度为1mm的高介电常数介质板，如陶瓷、云母等，用于稳定标签天线贴敷在水、血液等特殊物体表面时的工作性能，有效地降低了特殊介质对天线的辐射损耗，减小了电磁波的向下辐射，提高了天线的辐射利用率；同时也使天线在不同的环境下，具有稳定的工作性能。
本发明的标签天线工作频带宽度不小于100MHz，完全能够覆盖全球不同区域的超高频RFID频段。本发明的标签天线能同时在金属、血液、肌肉、水及其混合物等多种物体表面正常工作。本发明的标签天线是椭圆形，其长轴为38mm，短轴为16mm，利用了椭圆的渐变性，使天线在复杂的使用环境中有稳定的工作性能。
经实验验证，在保证天线的辐射面积的条件下，改变辐射贴片1的形状，如：圆形、多边形等，天线的工作性能保持稳定，具有很强的适用性。
本发明设计简单、合理，适用于多种复杂环境的椭圆形微带贴片标签天线，采用金属结构的接地板，有效地减小了背景物体对天线的近辐射场的影响，如减小天线的增益、改变天线的阻抗等；当背景物体是含水量高的物体时，在金属接地板后贴敷一块如陶瓷、云母等高介电常数介质板，有效地避免了标签天线和背景物体之间的电气连接，减小了背景物体对天线辐射强度的损耗；辐射贴片采用多个圆环金属馈线相交构成的微带贴片，改变最外两个圆环的填充度就可以实现标签天线工作谐振频点的变化，从而可以达到天线小型化的目的。

Claims (1)

1.一种多用途标签天线，包括辐射贴片、介质基板和金属接地板；其特征在于：
所述辐射贴片为金属贴片，其印制于所述介质基板的正面且表面上有环形相交的微带贴片；
所述微带贴片构成一个对称环形相交偶极子天线结构，通过调节所述微带贴片的圆环个数、半径大小及圆环填充度来调整天线的谐振频率、输入阻抗和工作带宽；
所述辐射贴片的中心设置有RFID芯片，所述辐射贴片通过微带馈线与所述芯片连接；
所述金属接地板印制于所述介质基板的背面；
所述接地板的背面还贴敷了一块高介电常数介质板；
所述天线的工作频带宽度不小于100MHz；
所述辐射贴片是由金属铜制成且厚度为0.035mm；
所述介质基板采用厚度为0.8mm 的聚四氟乙烯板；
所述高介电常数介质板厚度为1mm；
所述辐射贴片、介质基板、金属接地板和高介电常数介质板均为椭圆形结构；
所述标签天线是椭圆形，其长轴为38mm，短轴为16mm。
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