CN109301446A - 馈电方便的超高频电子标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种馈电方便的超高频电子标签天线，包括介质基板和贴片天线。介质基板为长方形的板体件。贴片天线包括本体、第一突出部和第二突出部。本体整体为呈长方形的板体。本体的左右向的中间位置设有镂空的长方形的辐射缝隙。本体的左右向的中间位置的下端设有馈电端口，馈电端口的上端与辐射缝隙相通，且所述的馈电端口设置在贴片天线的中点。第一、第二突出部均为长方形的板体，分设在本体的左右两侧下部且与本体一体连接。贴片天线居中固定设置在介质基板的前端面上。本发明结构简单、制造成本较低、易于大规模生产、适用面广且使用时馈电方便、能够方便地与配套的标签芯片实现良好阻抗匹配。

Description

馈电方便的超高频电子标签天线

本申请是申请号为201510513892X、申请日为2015年8月20日、发明名称为“超高频电子标签天线”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电子标签技术领域，具体涉及一种超高频电子标签天线。

背景技术

超高频射频识别（UHF RFID）技术是国际上最先进的第四代自动识别技术，是近几年刚刚开始兴起并得到迅速推广应用的一门新技术，它具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料、运用范围广等特点。它是为实现数字化、信息化而对物体的属性、状态、编号等特征数据进行自动采集所推出的一种全新管理手段，可广泛应用于人员、动物、物品等方面的身份自动识别。因而UHF RFID系统的发展是当前RFID系统发展的重点。

典型的UHF RFID系统包括标签、读写器和应用系统。其中标签由标签天线和标签芯片组成。标签天线主要是接收读写器发射过来的射频信号并转化为能量，并将获得的能量为标签芯片供电。在UHF RFID系统中，标签天线质量的好坏直接关系到系统的性能。在电子标签领域中根据应用环境的不同，对标签天线的要求也不同，所以有了各种各样功能迥异的天线类型。

当前我国超高频电子标签工作频率为860MHz～960MHz，采用的工作方式为电磁波传播耦合。读写器天线为标签提供射频能量，标签天线接收射频能量并将标签的电子编码信息通过反向散射调制的方式发送给读写器。标签工作在读写器天线的远场，最大读取距离一般大于1m，典型值为3～8m，最大可达10m。可见读写距离主要由标签天线反向散射信号的功率强度决定。因此，标签天线的设计十分重要。标签天线设计的挑战主要有3个方面：一是标签天线较小的外形尺寸，二是天线增益，三是标签芯片和标签天线之间的阻抗匹配，这3点决定了标签天线的性能优劣。

目前，一些常见的标签天线如折叠型偶极天线、V 型偶极天线、倒F 型天线和分形天线等，这些天线的轮廓外形大都是半波振子的变形，长度大约为波长的一半，体形显得稍大，阻抗匹配不容易也不方便，而且它们的带宽狭窄，难于集成，因此不利于RFID 技术的推广应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构简单、制造成本较低、易于大规模生产、适用面广且使用时能够方便地与配套的标签芯片实现良好阻抗匹配且易于实现低或极低副瓣的馈电方便的超高频电子标签天线。

本发明的技术方案是：本发明的馈电方便的超高频电子标签天线，包括介质基板和贴片天线；其结构特点是：

上述的介质基板为长方形的板体件；贴片天线包括本体、第一突出部和第二突出部。

本体整体为呈长方形的板体。本体的左右向的中间位置设有镂空的长方形的辐射缝隙。本体的左右向的中间位置的下端设有开口，作为馈电端口，馈电端口的上端与辐射缝隙相通，且所述的馈电端口设置在贴片天线的中点。

第一突出部为长方形的板体。第一突出部由其上侧的短边与本体的下端长边的左部一体连接，且第一突出部的左侧长边与本体的左侧短边处于同一直线上。

第二突出部为长方形的板体。第二突出部由其上侧的短边与本体的下端长边的右部一体连接，且第二突出部的右侧长边与本体的右侧短边处于同一直线上。

上述的贴片天线的材质为铜，采用可固化的粘连膜粘贴居中固定设置在介质基板的前端面上。

所述的贴片天线工作时电阻为38.4，电抗为293.7；设定的谐振频率为925MHz。

进一步的方案是：上述的介质基板的尺寸为98 mm长×30mm宽×0.6mm厚；介质基板的材质为环氧树脂玻璃纤维基板；介质基板的相对空气介电常数为4.6、介电损耗正切为0.02。

进一步的方案是：上述的贴片天线的本体的尺寸为92 mm长×12mm宽×0.035mm厚；第一突出部和第二突出部的尺寸均为8 mm长×6mm宽×0.035mm厚。

进一步的方案是：上述的贴片天线的辐射缝隙的尺寸为32 mm长×4mm宽；馈电端口的宽度为2 mm。

进一步的方案是：上述的贴片天线的辐射缝隙的上端与本体的上端距离为5mm；辐射缝隙的下端与本体的下端距离为3mm。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的超高频电子标签天线，结构简单牢固，制造加工简单、成本较低，易于大规模生产。（2）本发明的超高频电子标签天线，其在使用时能够方便地与标签芯片实现良好阻抗匹配且易于实现低或极低副瓣。（3）本发明的超高频电子标签天线，轮廓低、重量轻、馈电方便、易于与物体共形、电性能多样化、宽带能够与有源器件及电路集成为统一的组件，适用面广。（4）本发明的超高频电子标签天线，通过其应用能有效简化其所应用的整机的制作与调试，降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的前后向尺寸放大的右视图。

上述附图中的附图标记如下：

介质基板1，贴片天线2，本体21，辐射缝隙21-1，馈电端口21-2，第一突出部22，第二突出部23。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

见图1和图2，本实施例的超高频电子标签天线，其主要由介质基板1和贴片天线2组成。

介质基板1为长方形的板体件。

根据天线原理可得，λg为天线上的波长，λ为自由空间的波长，εr为介质基板的相对介电常数，λg=λ/，可见天线的尺寸大小跟 λg正相关。因而，通过选择合适的基板可以有效地缩小天线的尺寸。

本实施例中，介质基板1的尺寸本实施例中优选采用98 mm长×30mm宽×0.6mm厚。介质基板1的材质本实施例中优选采用环氧树脂玻璃纤维基板（FR4）材质，介质基板1的相对空气介电常数为4.6、介电损耗正切为0.02。

贴片天线2的材质为铜。贴片天线2主要由本体21、第一突出部22和第二突出部23一体组成。

本体21整体为呈长方形的板体；本体21的尺寸本实施例优选采用92 mm长×12mm宽×0.035mm厚。本体21的左右向的中间位置设有镂空的长方形的辐射缝隙21-1，辐射缝隙21-1的尺寸本实施例优选采用32 mm长×4mm宽，且辐射缝隙21-1的上端与本体21的上端距离为5mm，辐射缝隙21-1的下端与本体21的下端距离为3mm。本体21的左右向的中间位置的下端设有宽度为2 mm的开口作为馈电端口21-2，馈电端口21-2的上端与辐射缝隙21-1相通。

第一突出部22为长方形的板体；第一突出部22的尺寸本实施例优选采用8 mm长×6mm宽×0.035mm厚；第一突出部22由其上侧的短边与本体21的下端长边的左部一体连接；且第一突出部22的左侧长边与本体21的左侧短边处于同一直线上。

第二突出部23为长方形的板体；第二突出部23的尺寸本实施例优选采用8 mm长×6mm宽×0.035mm厚；第二突出部23由其上侧的短边与本体21的下端长边的右部一体连接；且第二突出部23的右侧长边与本体21的右侧短边处于同一直线上。

贴片天线2居中固定设置在介质基板1的前端面上，本实施例中，贴片天线2固定设置在介质基板1上的方式优选采用可固化的粘连膜粘贴在介质基板1上。

本实施例的超高频电子标签天线，其在使用时，将与其配套的标签芯片焊接到贴片天线2的馈电端口21-2中使用。

本实施例的超高频电子标签天线，其在工作时电阻为38.4，电抗为293.7；设定的谐振频率为925MHz，使其天线信号端口回波损耗（）达到最小值，使得阻抗匹配良好。

本实施例的超高频电子标签天线，其辐射缝隙21-1设计的宽度比其长度小得多，（32 mm长×4mm宽），根据对偶原理与巴比涅原理，尺寸很小的基本缝隙与其互补电流源具有相似的辐射场分布特性，区别是其电场与磁场的位置互换，缝隙天线辐射的电磁场可以从与之互补的条状电振子的辐射场求得；从而实现辐射缝隙21-1激励射频电磁场，并向空间辐射电磁波。

本实施例的超高频电子标签天线，其馈电端口21-2设置位置选定贴片天线2的中点，根据本标签应用特点，馈电端口21-2激励的设置采用集总端口激励（lumped port）方式。集总端口边缘没有与导体或其他端口相接触的部分，默认边界条件是理想磁边界，因此不存在电场耦合到波端口边缘影响传输线特性的问题；同时在激励端口中用户可根据天线特性设定端口阻抗。

本实施例的超高频电子标签天线，其在工作时，辐射缝隙21-1切断本体21（导体）内壁上的电力线，使缝隙向外辐射能量，当缝隙处的电流被切断时，一部分电流以移位电流的形式流过缝隙，因而缝隙被激励，将导体中的电磁能量向外空间辐射，从而向空间辐射电磁波。辐射缝隙21-1不仅将传输能量辐射出去，还能引起矩形导体内等效负载的变化。从而改变矩形导体的原来传输特性，如功率容量、阻抗匹配。

馈电端口21-2基于标签结构和应用特点，设置集总端口激励（lumped port）方式，lumped port的激励以电压或电流的形式，加在一个点或单元上。集总端口可以设置在物体模型内部，且用户根据需要设定端口阻抗。集总端口直接在端口处计算S参数，设定的端口阻抗即为集总端口上S参数的参考阻抗。这样不仅能简化标签结构，便于集成化，而且还能降低成本，推广RFID技术的应用。

辐射缝隙21-1和馈电端口21-2形成辐射模型特性，配套的标签芯片贴在馈电端口21-2处进行有效地传输信号能量，将天线接收到的信号以最小的损耗传送到接收机输入端。同时辐射缝隙21-1上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。最终通过电感耦合将能量送至辐射体上。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种馈电方便的超高频电子标签天线，包括介质基板（1）和贴片天线（2）；其特征在于：

所述的介质基板（1）为长方形的板体件；贴片天线（2）包括本体（21）、第一突出部（22）和第二突出部（23）；

本体（21）整体为呈长方形的板体；本体（21）的左右向的中间位置设有镂空的长方形的辐射缝隙（21-1）；本体（21）的左右向的中间位置的下端设有开口，作为馈电端口（21-2），馈电端口（21-2）的上端与辐射缝隙（21-1）相通，且所述的馈电端口设置在贴片天线的中点；

第一突出部（22）为长方形的板体；第一突出部（22）由其上侧的短边与本体（21）的下端长边的左部一体连接，且第一突出部（22）的左侧长边与本体（21）的左侧短边处于同一直线上；

第二突出部（23）为长方形的板体；第二突出部（23）由其上侧的短边与本体（21）的下端长边的右部一体连接，且第二突出部（23）的右侧长边与本体（21）的右侧短边处于同一直线上；

所述的贴片天线（2）的材质为铜，采用可固化的粘连膜粘贴居中固定设置在介质基板（1）的前端面上；

所述的贴片天线（2）工作时电阻为38.4，电抗为293.7；设定的谐振频率为925MHz；

所述的介质基板（1）的尺寸为98 mm长×30mm宽×0.6mm厚；介质基板（1）的材质为环氧树脂玻璃纤维基板；介质基板（1）的相对空气介电常数为4.6、介电损耗正切为0.02；

所述的贴片天线（2）的本体（21）的尺寸为92 mm长×12mm宽×0.035mm厚；第一突出部（22）和第二突出部（23）的尺寸均为8 mm长×6mm宽×0.035mm厚；

所述的贴片天线（2）的辐射缝隙（21-1）的尺寸为32 mm长×4mm宽；馈电端口（21-2）的宽度为2 mm；

所述的贴片天线（2）的辐射缝隙（21-1）的上端与本体（21）的上端距离为5mm；辐射缝隙（21-1）的下端与本体（21）的下端距离为3mm。