CN204205023U - Rfid微带天线的介质基板及该天线 - Google Patents
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Abstract
一种RFID微带天线，包括介质基板，所述介质基板为正方形板，所述介质基板上设置有垂直穿透所述介质基板的两个第一通孔，所述第一通孔之间的连线与所述介质基板的板平面的对角线正交，所述第一通孔与所述介质基板的第一板平面的中心点的连线正交。采用上述介质基板的微带天线具有较高的带宽。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种RFID微带天线的介质基板及该天线。
背景技术
近几年来，UHF频段的射频识别应用越来越广泛，其市场需求及其前景应用大大促使了该领域技术发展。射频识别又称无线射频识别，是一种非接触式的无线通信技术。在RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)系统中，数据信息存放在电子标签中。电子标签中存放的数据信息由阅读器读出并获取。天线作为该领域重要的传输媒介，随着射频应用的不断发展，天线的设计与相关技术也在不断的优化并创新。在传统的天线技术中，微带天线具有结构简单，成本低廉的优点。因此在对天线尺寸及成本要求越来越高的条件下，微带天线得到了广泛的应用。
然而，现有的微带天线通常采用单馈电方式，即辐射贴片与馈电板之间采用单探针的方式进行馈电，而单馈电方式通常圆极化程度不够高，隔离度差。而对于适用于RFID系统的RFID微带天线，其相应的带宽范围为920-925MHZ，而若采用传统的单馈电方式，也使得RFID微带天线在该范围内的增益较低，从而使得微带天线的带宽较窄。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种能提高天线带宽的RFID微带天线的介质基板。
一种RFID微带天线的介质基板，其特征在于，所述介质基板为正方形板，所述介质基板上设置有垂直穿透所述介质基板的两个第一通孔，所述第一通孔之间的连线与所述介质基板的板平面的对角线正交，所述第一通孔与所述介质基板的第一板平面的中心点的连线正交。
在其中一个实施例中，所述介质基板的边长为42mm±3mm，厚度为 5mm±1mm，且所述两个第一通孔与所述介质基板的第一板平面的中心点的距离均为3.5mm±0.5mm。
在其中一个实施例中，所述介质基板四角为90度圆弧结构，且其半径为3mm±2mm。
在其中一个实施例中，所述介质基板为陶瓷材料，且其介电常数在18至22之间。
在其中一个实施例中，所述第一通孔的孔径为0.2mm至2mm。
此外，还有必要提供一种具有较高带宽的RFID微带天线。
一种RFID微带天线，包括：
前述任意一种介质基板，所述介质基板的第一板平面设置有正方形的金属贴片；
与所述介质基板的第二板平面贴合的绝缘底板，所述绝缘底板上设置有穿透所述绝缘底板的第二通孔，且所述第二通孔与所述介质基板上的第一通孔对应，第二板平面与所述第一板平面相对，所述绝缘底板在与所述介质基板的贴合面上设置有接地金属层；
与所述接地金属层连接的耦合电路；
连接所述耦合电路的输出端与所述金属贴片的探针，所述探针穿透所述第一通孔和第二通孔的探针。
在其中一个实施例中，所述金属贴片为附着在所述介质基板上的镀银层，且所述金属贴片的边长为34mm±2mm；所述接地金属层覆盖所述介质基板的第二板平面；所述金属贴片和介质基板的中心点一致。
在其中一个实施例中，所述绝缘底板为聚四氟乙烯或FR4绝缘底板，其厚度为0.8mm±0.2mm，所述耦合电路为HC0900A03芯片。
上述RFID微带天线中，选用正方形板材的介质基板，在其第一板平面上设置正方形的金属贴片，并按前述方式为介质基板设置通孔后，用于馈电的探针穿过该通孔向金属贴片进行馈电，形成双点馈电结构。双点馈电结构能够激励 正方形的金属贴片的相互垂直的两个侧边，从而满足了完美的圆极化的条件。和传统技术中的单点馈电的方式相比，极化的隔离度较高，从而圆极化程度较高，因此能够提高天线增益，从而扩展带宽。
附图说明
图1(a)和图1(b)为一个实施例中一种RFID微带天线各层板材结构示意图；
图2为一个实施例中一种介质基板的结构示意图；
图3为一个实施例中一种RFID微带天线的俯视图；
图4为一个实施例中一种相应尺寸的RFID微带天线的轴比特性曲线图；
图5为一个实施例中一种相应尺寸的RFID微带天线的带宽增益曲线图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图1所示，一种RFID微带天线，包括介质基板10、在介质基板10的第一板平面设置的正方形的金属贴片20、与介质基板10的第二板平面贴合的绝缘底板30、附着于绝缘底板30与介质基板10的贴合面的接地金属层40、连接接地金属层40的耦合电路50以及穿透介质基板10和绝缘底板30连接金属贴片20与耦合电路50的输出端的探针60。其中，介质基板10的第二板平面与第一板平面为相对的板平面。
在本实施例中，如图2所示，介质基板10为正方形板，介质基板上设置有垂直穿透介质基板的第一通孔12和第一通孔14，第一通孔12和第一通孔14的连线与介质基板10的第一板平面的对角线正交，介质基板10的第一板平面的中心点与第一通孔12的连线和该中心点与第一通孔14的连线正交。
在本实施例中，绝缘底板30上设置有穿透绝缘底板30的第二通孔，且第二通孔与介质基板10上的第一通孔12和第一通孔14对应。
在本实施例中，附着在绝缘底板30表面的接地金属层40，也具有与第一通孔和第二通孔对应的孔，探针60穿过第一通孔和第二通孔，一端与金属贴片20 焊接在一起，另一端与绝缘底板上的走线连接在一起，通过该走线分别与耦合电路的两个输出端相连。
优选的，金属贴片为附着在介质基板上的镀银层，且金属贴片和介质基板的中心点一致。在生产中，可通过光刻腐蚀的方法在介质基板的第一板平面上附着镀银层。
在本实施例中，如图3所示，选用正方形板材的介质基板，在其第一板平面上设置正方形的金属贴片，并按前述方式为介质基板设置通孔后，用于馈电的探针穿过该通孔向金属贴片进行馈电，形成双点馈电结构。双点馈电结构能够激励正方形的金属贴片的相互垂直的两个侧边，从而满足了完美的圆极化的条件。和传统技术中的单点馈电的方式相比，极化的隔离度较高，从而圆极化程度较高，因此能够提高天线增益，从而扩展带宽。
同时，采用正方形的金属贴片结构，其加工工艺复杂程度最低，从而可使得该天线可批量生产，若采用圆形金属贴片，则将导致天线体积变大；而若采用其他形状的金属贴片，则由于加工工艺较复杂，造成良品率较低，不利于批量生产。
优选的，介质基板的边长为42mm±3mm，厚度为5mm±1mm，且为介电常数在18至22之间的陶瓷材料构成；金属贴片的边长为34mm±2mm；第一通孔12和第一通孔14与介质基板的板平面的中心点的距离均为3.5mm±0.5mm，且第一通孔12和第一通孔14的孔径为0.2mm至2mm。
介质基板的大小影响到天线的增益，中心频点，以及带宽。基板越大，增益略微提高，频点略微降低，带宽略微增加。金属贴片的尺寸影响到中心频点，圆极化的轴比。中心频点主要取决于该层的尺寸，同时，探针和金属贴片的对称性影响到圆极化的轴比。第一通孔的位置以及是否对称决定了天线的阻抗(通常情况下，为了适配后端的电路，理想的天线阻抗为50欧姆，第一通孔的位置尺寸可保证其阻抗为50欧姆)，同时了对增益和轴比也有轻微影响。介质基板的厚度影响到了天线的增益，带宽，以及效率。厚度越厚，增益越高，带宽越宽。
通过大量实验和仿真，对上述参数进行有限元分析后，在微带天线尽量小 的情况下得到了上述互相相关的尺寸。众所周知，对于天线类型的器材，结构上微小的尺寸变化，即会对天线的性能产生较大的影响。并且，在天线领域中，参考向量较多，且各个尺寸参数之间有一定相关性，只有将天线整体按照上述尺寸设计，方可得到理想的带宽和较好的增益。
如图4，展示了采用上述尺寸而设计的RFID微带天线的轴比图；如图5所示，展示了采用上述尺寸而设计的RFID微带天线的带宽增益图。由图中可看出，该RFID微带天线在RFID规范的频段920Mhz至925Mhz区间内有着较高的增益和较低的轴比，和传统技术相比，天线性能得到大幅提高。
进一步的，如图3所示，介质基板四角为90度圆弧结构，且其半径为3mm±2mm。将介质基板的四角设计为圆弧结构，可以削弱尖端介质产生的不稳定的电磁场，从而是天线的圆极化程度更高。
进一步的，绝缘底板30为聚四氟乙烯或FR4绝缘底板，其厚度为0.8mm±0.2mm，耦合电路为HC0900A03芯片。
绝缘底板30可以是聚四氟乙烯或FR4等作为PCB板材料的绝缘板，在本实施例中，如图3所示，可将绝缘底板设计为50mm±2mm，在四角设置穿透的安装孔，然后在某个板面上整体镀铜形成接地金属层，优选地可再涂上油漆防锈，并将该板面作为与介质基板10的贴合面。其板面的中心点与介质基板，进而与金属贴片的中心点重合。这样就使得接地金属层完全覆盖了介质基板，使得作为反射面的接地金属层能够完全反射由介质基板传递而来的电磁波。
绝缘底板30上镀铜形成接地金属层时，可忽略掉与第二通孔对应的位置，使得探针在穿透第一通孔和第二通孔时，与接地金属层不触碰。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种RFID微带天线的介质基板，其特征在于，所述介质基板为正方形板，所述介质基板上设置有垂直穿透所述介质基板的两个第一通孔，所述第一通孔之间的连线与所述介质基板的板平面的对角线正交，所述第一通孔与所述介质基板的第一板平面的中心点的连线正交。
2.根据权利要求1所述的RFID微带天线的介质基板，其特征在于，所述介质基板的边长为42mm±3mm，厚度为5mm±1mm，且所述两个第一通孔与所述介质基板的第一板平面的中心点的距离均为3.5mm±0.5mm。
3.根据权利要求2所述的RFID微带天线的介质基板，其特征在于，所述介质基板四角为90度圆弧结构，且其半径为3mm±2mm。
4.根据权利要求1所述的RFID微带天线的介质基板，其特征在于，所述介质基板为陶瓷材料，且其介电常数在18至22之间。
5.根据权利要求1所述的RFID微带天线，其特征在于，所述第一通孔的孔径为0.2mm至2mm。
6.一种RFID微带天线，其特征在于，包括：
权利要求1至5中任意一项所述的介质基板，所述介质基板的第一板平面设置有正方形的金属贴片；
与所述介质基板的第二板平面贴合的绝缘底板，所述绝缘底板上设置有穿透所述绝缘底板的第二通孔，且所述第二通孔与所述介质基板上的第一通孔对应，第二板平面与所述第一板平面相对，所述绝缘底板在与所述介质基板的贴合面上设置有接地金属层；
与所述接地金属层连接的耦合电路；
连接所述耦合电路的输出端与所述金属贴片的探针，所述探针穿透所述第一通孔和第二通孔的探针。
7.根据权利要求6所述的RFID微带天线，其特征在于，所述金属贴片为附着在所述介质基板上的镀银层，且所述金属贴片的边长为34mm±2mm；所述接地金属层覆盖所述介质基板的第二板平面；所述金属贴片和介质基板的中心点一致。
8.根据权利要求6所述的RFID微带天线，其特征在于，所述绝缘底板为聚四氟乙烯或FR4绝缘底板，其厚度为0.8mm±0.2mm，所述耦合电路为HC0900A03芯片。
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|---|---|---|---|---|
| CN104157954A (zh) * | 2014-09-02 | 2014-11-19 | 冯铭正 | Rfid微带天线 |
| WO2019080535A1 (zh) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种微带天线 |
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