CN108461899A - 一种超高频汽车电子标识天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超高频汽车电子标识天线，天线的横截面为矩形，天线包括：基材、位于基材上并设有凹陷区的辐射面、耦合寄生面及位于辐射面和耦合寄生面间的耦合缝。本发明为宽带高增益标签天线，天线采用了新颖的开缝形式，使其有金属壳遮挡时，阻抗变化不明显，方向图变化相对较小，有效的减小了当有金属遮挡时，对读写距离产生的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频识别技术，具体涉及一种超高频汽车电子标识天线。
背景技术
通过电磁场来完成无线电识别的射频识别(RFID)技术，克服了物体与物体之间的信息交流障碍，可为人们提供系统、安全、灵活、智能的大数据，使得人与物，物与物之间的信息交换变得方便智慧，成为建立智慧城市必不可少的技术组成部分，也是物联网的核心技术。
车联网是物联网在汽车领域的一个应用。继交通部发布的汽车ETC以后，公安部又提出了汽车电子标识，建立智慧交通，实现交通管理智能化。汽车电子标识，也称“电子车牌”，它是应用在汽车上的超高频RFID技术，可存储诸如年检、环保、强险等与车辆相关的信息，与汽车ETC比，成本更加低廉，安全性更高，实现的功能更多。
较之RFID技术，天线的发展相对滞后，而无线通信信息的获取和交换都离不开天线，天线作为接受和发射信息的载体，在射频识别系统中具有举足轻重的作用，它是决定射频识别系统具有更远识别距离的重要因素之一。
在基于超高频的汽车电子标识应用中，天线的作用是传递能量进出芯片，按照最大功率传输理论，天线阻抗与芯片阻抗之间的匹配程度是电子标识最突出的问题。电子标识一般安装在汽车的挡风玻璃上，汽车挡风玻璃的加工材料虽然相似，但因不同生产厂家或者不同配置的汽车，挡风玻璃的介电常数不同，并且在一定范围内变化，这将导致安装在挡风玻璃上电子标识天线的阻抗也会在一定范围内变化，当天线的阻抗带宽小时，随着挡风玻璃的不同天线的阻抗变化大，与芯片之间能量的传输效率降低，甚至无法正常使用，为此，设计宽带电子标识天线非常必要，天线的宽带特性可以降低玻璃变化对其阻抗的影响，减少功率传输时的失配损耗。
任何类型的天线都希望用更小的空间达到更高的增益，在射频识别系统中，高增益天线的发射和接收信息的效率高，可以提高整个射频识别系统的性能。目前，标签天线大多采用Inlay型天线，增益比较低，即使采用缝隙天线，由于开缝不合适，也达不到高增益的特性。
此外，汽车电子标识常常安装在个人用户的汽车内，在使用时无人监管，很多用户在汽车电子标识的外壳上用金属遮挡，影响电子标识天线的性能，使读写器无法识别，达到蒙混过关。
因此，需要提供一种即使用金属遮挡也有较远读写距离的汽车电子标识天线来满足现有技术的需要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种超高频汽车电子标识天线，天线的横截面为矩形，天线包括：基材、位于基材上并设有凹陷区的辐射面、耦合寄生面及位于辐射面和耦合寄生面间的耦合缝。
辐射面、耦合寄生面和耦合缝在基材的两维方向上分别对称；辐射面的数目至少为1、耦合寄生面的数目至少为2和耦合缝的数目至少为2。
凹陷区为多边形的对称凹陷区，多边形的对称凹陷区位于辐射面的中间。
耦合寄生面呈对称设置的等腰梯形、半圆形或等腰三角形结构。
凹陷区的横向侧边呈渐变平面圆锥喇叭状结构。
每条耦合缝的长度和辐射面的侧边长度分别为中心谐振频率的四分之一波长。耦合缝的宽度为0.5-2.5mm。
基材的材料为陶瓷。陶瓷按重量份，包括：马占相思10-15份、方解石粉30-50份、硅烷偶联剂1-3份、五氧化三钛4-7份、氧化镁2-4份、金红石7-12份、碳化硅微粉12-17份、膨润土18-20份、岩石粉20-30份。
辐射面的材料为银钯浆。汽车电子标识天线设有金属外壳。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明采用耦合缝形式，当有金属覆盖时，阻抗变化不明显，方向图变化相对较小，有效减小当汽车标签有金属遮挡时，对读写距离产生的影响；
2、本发明采用的辐射面设有凹陷区，可使电流在辐射面渐变，以达到展宽带宽的效果；每两个凹陷区槽的边缘形成一个电流环，电流环的长度略小于天线的中心频率四分之一波长，呈电感性，适当的增大这两个电感环的面积，可以使天线的实部和感性虚部增大；
3、本发明辐射面左右两边即为耦合缝的边，约为中心频率的四分之一波长，辐射面上下两个边长约为中心频率的四分之一波长，电流环的长度略小于天线的中心频率四分之一波长，这样设计的优点是一方面可以形成较高的感性电抗，另一方面多个谐振电流叠加可以增大辐射面的电流密度，从而增大天线的增益；
4、本发明的耦合缝可以使当天线上面的塑料壳有金属壳遮挡时，金属壳可作为天线的一部分，通过长度约为四分之一中心频率波长的耦合缝辐射一部分能量，这样遮挡金属壳对天线的影响小，阻抗和增益不会急剧突变；
5、本发明的天线设计形式使其性能互为促进，相辅相成，且为低剖面，加工简单，安装方便，制作工艺成熟，这为后续的批量生产带来了便利；
6、本发明即使盖着金属壳，依然可以读到较远的距离。不会导致汽车电子标识失效，耦合缝的设计形式起到了抗金属的作用，并且可应用在设有不同凹陷区的辐射面上；
7、本发明在原料中加入马占相思和方解石粉，使得制作出来的陶瓷材料具有良好的冲击能力。
附图说明
图1为本发明实施例一的天线示意图；
图2为本发明实施例二的天线示意图；
图3为本发明实施例三的天线示意图。
图4为本发明的3dB增益带宽曲线图；
图5为本发明的阻抗带宽曲线图；
图中：1-2分别为实施例一辐射面的两侧边，3-8分别为实施例一耦合缝的边，9-12分别为实施例一凹陷区的侧边，13-16分别为实施例一耦合缝的起点，17为实施例一的辐射面，18和19为实施例一的耦合寄生面，21和27分别为实施例二的凹陷区，22为实施例二的辐射面，23和24为实施例二的耦合缝、25和26为耦合寄生面，311、321、331、341为实施例三的辐射面，312、313、322、323、332、333、342、343为实施例三的耦合寄生面，314、315、324、325、334、335、344、345为实施例三的耦合缝。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明提供的汽车电子标识天线，包括：基材、辐射面、耦合缝和耦合寄生面，其中基材为陶瓷。
实施例一：
如图1所示，辐射面的凹陷区为中间开槽，左右上下对称的不规则图形，中间开槽为蝴蝶形状的槽结构，这样的槽可在馈电位置的左右两侧形成左右对称的渐变平面圆锥喇叭结构，其中一侧的平面喇叭结构由边9、边10、边11和边12组成，另一侧与其对称，耦合缝的起点分别为13-16。上下对称的槽边缘形成一个电流环，电流环的长度略小于天线的中心频率四分之一波长，呈电感性，适当的增大这两个电感环的周长，可以使天线的实部和感性虚部增大；渐变的平面圆锥喇叭结构，可达到展宽带宽的效果。
耦合寄生面18由耦合缝的边3-边5和辐射面17的右侧边围成，耦合寄生面19由耦合缝的边6-边8和辐射面17的左侧边围成，约为中心频率的四分之一波长，辐射面上下两个侧边1和2的边长约为中心频率的四分之一波长，电流从左到右形成谐振电流。这样设计的优点是一方面可以形成较大的感性电抗，另一方面在辐射面可形成多个电流谐振路径，同向谐振电流叠加可以增大辐射面的电流密度，从而增大天线的增益，与Inlay型天线相比，增益可增大0.6dB。
其中，中心谐振频率为922.5MHz，电磁波在真空中传播的速度为3×108m/s。
实施例二：
如图2(a)和2(b)所示，本发明的超高频汽车电子标识天线的辐射面不局限于图1，辐射面22的中间开槽21和27形成左右对称的类似于渐变平面喇叭结构即可，耦合缝23和24分别与辐射面22的左右侧边围成梯形的耦合寄生面25和26。
实施例三：
如图3(a)所示，利用梯形耦合缝314和315把辐射面311与耦合寄生面312和313分开；如图3(b)所示，利用多边形耦合缝324和325把辐射面321与耦合寄生面322和323分开；如图3(c)所示，利用半圆形耦合缝334和335把辐射面331与耦合寄生面332和333分开；如图3(d)所示，利用三角形耦合缝344和345把辐射面341和耦合寄生面342和343分开。
上述形式的耦合缝具有抗金属性能。梯形耦合缝、多边形耦合缝、半圆形耦合缝和三角形耦合缝两侧边长的长度约为天线中心谐振频率的三分之一至四分之一波长，缝的宽度为0.5-2.5mm。辐射面的左右两侧各有一个耦合缝，每个耦合缝的两端不闭合，缝的起点和终点分别为辐射面宽边侧的角，即缝的起点和终点与辐射面的宽边侧的两个角重合，并且左右对称。每种耦合缝可以开在任意一种辐射面上。
其中，梯形耦合缝由两个延长线呈锐角的第一、第二缝，和连接两个缝的第三缝组成。多边形耦合缝由从辐射面宽边的一角开始到另一角结束的多个折线段缝组成。圆形耦合缝是由从辐射面宽边的一角开始到另一角结束呈一定弧度的弧线缝组成。三角型缝是由从辐射面宽边的两个角引出的两条相交缝组成。
耦合缝可以使当天线上面的塑料壳变成金属壳时，金属壳作为天线的一部分，通过长度约为四分之一中心频率波长的耦合缝辐射一部分能量，这样金属壳对天线的影响小，阻抗不会急剧突变，经测量可知，阻抗实部变化小于3，阻抗虚部变化小于20。
可根据以下修正反射系数公式，计算天线的传输系数τ＝1-|Γ|；
其中，修正反射系数Zin为标签天线阻抗；Zc为标签芯片阻抗。
与不加金属壳相比，芯片与天线之间的能量传输系数只减小了10％左右，不会导致汽车电子标识失效；其次，天线本身的超宽带特性也导致加了金属壳后，天线在中心频率点的阻抗变化不大。
通过这种方法，获得了宽带抗金属的汽车电子标识天线，加工实物测试结果如下：
如图4所示，用TC-5026C TESCOM测得的3dB增益带宽大于100MHz；
如图5所示，应用平衡法在网络分析仪上测天线每个频点的阻抗值，得出电压驻波比VSWR＜1.6的阻抗带宽为90MHz；
这样的宽带特性，使本发明的电子标识应用在不同的汽车上，不影响其由于阻抗变化导致的性能下降，还可以提高读写速率。
2)用TC-5026C TESCOM测得增益比相同面积和基材的Inlay型天线的增益提高至少0.6dB。
这种新颖的低剖面缝隙天线，可使辐射面电流密度增大，增益升高，提高接收和发射效率；
3)采用平衡测量法在网络分析仪上分别测试汽车电子标识表面盖金属壳和不盖金属壳时天线的阻抗，盖金属壳比不盖金属壳阻抗实部增大3，虚部增大15，其盖金属壳后的阻抗值与芯片阻抗不会严重失配，测试盖金属壳后汽车电子标识的读距离，是不盖金属壳读距离的三分之一，抗金属性能良好，避免用户使用时通过盖金属壳来逃避重要路口或者重要卡口的检测。
基材的材料为陶瓷。陶瓷按重量份，包括：马占相思10-15份、方解石粉30-50份、硅烷偶联剂1-3份、五氧化三钛4-7份、氧化镁2-4份、金红石7-12份、碳化硅微粉12-17份、膨润土18-20份、岩石粉20-30份。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种超高频汽车电子标识天线，所述天线的横截面为矩形，其特征在于，所述天线包括：
基材、位于所述基材上并设有凹陷区的辐射面、耦合寄生面及位于所述辐射面和耦合寄生面间的耦合缝。
2.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，
所述辐射面、所述耦合寄生面和所述耦合缝在所述基材的两维方向上分别对称；
所述辐射面的数目至少为1、所述耦合寄生面的数目至少为2和所述耦合缝的数目至少为2。
3.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，
所述凹陷区为多边形的对称凹陷区，所述多边形的对称凹陷区位于所述辐射面的中间。
4.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，
所述耦合寄生面呈对称设置的等腰梯形、半圆形或等腰三角形结构。
5.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，
所述凹陷区的横向侧边呈渐变平面圆锥喇叭状结构。
6.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，
所述每条耦合缝的长度和所述辐射面的侧边长度分别为中心谐振频率的四分之一波长。
7.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，所述耦合缝的宽度为0.5-2.5mm。
8.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，所述基材的材料为陶瓷。
9.根据权利要求7所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，所述陶瓷按重量分，包括：马占相思10-15份、方解石粉30-50份、硅烷偶联剂1-3份、五氧化三钛4-7份、氧化镁2-4份、金红石7-12份、碳化硅微粉12-17份、膨润土18-20份、岩石粉20-30份。
10.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，所述辐射面的材料为银钯浆。
11.根据权利要求1所述的超高频汽车电子标识天线，其特征在于，所述汽车电子标识天线设有金属外壳。
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