CN217114771U - 一种天线组件、阅读器设备及电子标签系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线组件、阅读器设备及电子标签系统。其中，天线组件包括塑胶支架和三维金属电路结构，塑胶支架包括底座和设置于底座一侧的支撑侧壁，三维金属电路结构包括馈电网络和与馈电网络连接的天线单元，馈电网络设置于底座靠近支撑侧壁的一侧，天线单元设置于支撑侧壁上。本实用新型实施例提供的天线组件、阅读器设备及电子标签系统，通过采用塑胶支架，降低生产装配工艺难度，降低天线的加工成本，并使天线的重量的更加轻薄，从而实现小型化应用。

Description

一种天线组件、阅读器设备及电子标签系统

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其涉及一种天线组件、阅读器设备及电子标签系统。

背景技术

超高频射频识别技术(UHF RFID)具有识别距离远、识别率高、传输速率高等显著优点，已经在物联网行业中得到了广泛的应用。尤其RFID手持设备的应用场景越来越多中，对于手持类RFID设备对天线的要求，除了对增益等性能要求外，以下要求也越来越重要：1、天线的可靠性及稳定性；2、天线小型化，促使产品体积再缩小，符合手持设备薄型发展趋势；3、天线加工周期短，产量提升；4、设计开发时间短。

目前行业内便携式UHF RFID设备天线采用的方案主要有两种：

第一种是采用陶瓷微带天线方案，采用双馈点技术，并在PCB(Printed CircuitBoard，印刷电路板)上装配1个3db电桥(集成元器件)组成一分二功分器馈电网络技术来实现圆极化天线，这种方案的优点天线的剖面低尺寸较小，成本低；缺点就是天线的带宽非常窄，天线的增益偏低，天线的重量较大。

第二种是采用PCB级的四臂螺旋天线的方案。这种方案的优点是天线增益相对陶瓷天线更高，天线的带宽也更宽，天线波束也更加宽，缺点是PCB基材的存在批次材料差异性，导致天线的稳定性不好；天线生产中存在焊接，点胶等工艺制程，导致天线的加工周期长，无法满足高产能的需求。

实用新型内容

本实用新型提供了一种天线组件、阅读器设备及电子标签系统，降低生产装配工艺难度，降低天线的加工成本，并使天线的重量的更加轻薄，实现小型化应用。

根据本实用新型的一方面，提供了一种天线组件，包括塑胶支架和三维金属电路结构；

所述塑胶支架包括底座和设置于所述底座一侧的支撑侧壁；

所述三维金属电路结构包括馈电网络和与所述馈电网络连接的天线单元，所述馈电网络设置于所述底座靠近所述支撑侧壁的一侧，所述天线单元设置于所述支撑侧壁上。

可选的，所述塑胶支架的介电常数为a，其中，2≤a≤9。

可选的，所述塑胶支架的介电损耗系数为b，其中，b≤0.015。

可选的，所述馈电网络包括一个馈电点；

所述天线组件还包括射频线缆，所述射频线缆的一端与所述馈电点连接，所述射频线缆的另一端连接有射频接头。

可选的，所述三维金属电路结构由金属电路图案层构成，所述金属电路图案层的厚度为d，其中，5μm≤d≤8μm。

可选的，所述三维金属电路结构由金属电路图案层构成，所述金属电路图案层包括铜图案层或镍图案层。

可选的，所述天线单元为四臂螺旋天线。

可选的，所述塑胶支架包括四个所述支撑侧壁；

所述天线单元包括四个呈中心对称设置的倒F形天线；

所述天线单元与所述支撑侧壁一一对应设置；

所述倒F形天线包括天线臂和与所述天线臂连接的连接结构；

所述天线臂设置于所述支撑侧壁远离所述底座的表面，所述连接结构设置于所述支撑侧壁的内侧表面。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种阅读器设备，包括读写器和第一方面所述的任一天线组件，所述天线组件与所述读写器连接。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子标签系统，包括标签和第二方面所述的阅读器设备。

本实用新型实施例的技术方案，通过将塑胶支架替代现有技术中的双层PCB基板，不存在基材的批次材料差异性的问题，从而提高天线组件的可靠性及稳定性。同时，与PCB基材相比，塑胶支架可使RFID频段的介质波长减小，可以减小天线尺寸，有助于缩小组件体积，实现天线小型化，符合手持设备薄型发展趋势。并且，塑胶支架可以注塑成型，从而可缩短设计开发时间，并使天线加工周期短，提升产量。进一步地，塑胶支架上可采用激光直接成型技术形成三维金属电路结构，不存在现有天线生产中的焊接、点胶等工艺制程，可降低生产装配的复杂性，从而降低天线组件的加工成本，缩短天线的加工周期，满足高产能的需求。同时，与现有陶瓷天线相比，本实用新型提供的天线组件的带宽也更宽，天线波束也更加宽，从而满足天线组件的性能需求。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本实用新型的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本实用新型的范围。本实用新型的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种天线组件的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的侧视结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的俯视结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的仰视结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的又一种天线组件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种阅读器设备的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的一种电子标签系统的结构示意图。

附图标记说明：

10、塑胶支架；11、三维金属电路结构；12、底座；13、支撑侧壁；14、馈电网络；141、馈电点；15、天线单元；16、射频线缆；17、射频接头；18、倒F形天线；181、天线臂；182、连接结构；191、支撑侧壁远离底座的表面；192、支撑侧壁的内侧表面；20、阅读器设备；21、读写器；22、天线组件；30、电子标签系统；31、标签。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的一种天线组件的结构示意图，图2为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的结构示意图，图3为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的侧视结构示意图，图4为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的俯视结构示意图，图5为本实用新型实施例提供的另一种天线组件的仰视结构示意图，图6为本实用新型实施例提供的又一种天线组件的结构示意图，如图1-6所示，本实用新型实施例提供的天线组件包括塑胶支架10和三维金属电路结构11，塑胶支架10包括底座12和设置于底座12一侧的支撑侧壁13。三维金属电路结构11包括馈电网络14和与馈电网络14连接的天线单元15，馈电网络14设置于底座12靠近支撑侧壁13的一侧，天线单元15设置于支撑侧壁13上。

具体的，如图1-6所示，天线组件包括塑胶支架10，塑胶支架10用于承载三维金属电路结构11，三维金属电路结构11用于实现天线功能。其中，天线功能包括向外发射射频信号以及接收外部反馈的射频信号。

进一步地，馈电网络14用于馈入射频信号，并将射频信号传输至天线单元15，天线单元15用于将射频信号辐射出去，同时，天线单元15还可用于接收外部的射频信号，并将射频信号传输至馈电网络14。

其中，塑胶支架10的底座12和支撑侧壁13可一体成型设置，使得底座12和支撑侧壁13可在同一工艺制程中制作，降低生产装配的复杂性，从而降低天线组件的加工成本。

示例性的，在制备塑胶支架10时，可在注塑机上将含有特殊化学添加剂(如激光粉)的专用热塑性塑胶注塑成型，形成塑胶支架10。

进一步地，可采用激光直接成型技术(LDS，Laser Direct Structuring)在塑胶支架10上制备直接三维金属电路结构11。具体的，在注塑成型的塑胶支架10上，利用激光技术直接在塑胶支架10上雕刻三维金属电路结构11的图案，以通过激光对塑胶支架10的塑胶表面进行光束活化，通过光束活化，使塑胶表面产生物理化学反应行成金属核，并形成粗糙的表面，使金属在金属化过程中在塑料上扎根。然后在塑胶支架10的塑胶表面进行电镀，使图案形成三维金属电路结构11，从而将塑胶支架10制备成为一个具备三维金属电路结构11的功能的天线组件。

其中，采用上述技术方案，通过将塑胶支架10替代现有技术中的双层PCB基板，不存在PCB基材的批次材料差异性的问题，从而提高天线组件的可靠性及稳定性。同时，与PCB基材相比，塑胶支架10可使RFID频段的介质波长减小，可以减小天线尺寸，有助于缩小组件体积，实现天线小型化，符合手持设备薄型发展趋势。并且，塑胶支架10可以注塑成型，从而可通过注塑成型在同一制程中形成塑胶支架10的底座12和支撑侧壁13，进而缩短设计开发时间，并使天线加工周期短，提升产量。进一步地，塑胶支架10上可采用激光直接成型技术在同一制程中形成馈电网络14和天线单元15，不存在现有天线生产中的焊接、点胶等工艺制程，可降低生产装配的复杂性，从而降低天线组件的加工成本，缩短天线的加工周期，满足高产能的需求。同时，与现有陶瓷天线相比，本实用新型提供的天线组件的带宽也更宽，天线波束也更加宽，从而满足天线组件的性能需求。

需要说明的是，三维金属电路结构11的馈电网络14和天线单元15可以均由微带线构成，三维金属电路结构11(馈电网络14和天线单元15)的具体的形状可根据实际天线功能进行设置，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，塑胶支架10的介电常数为a，其中，2≤a≤9。

其中，通过设置塑胶支架10的介电常数a满足2≤a≤9，即将三维金属电路结构11附着在介电常数为2～9的塑胶支架10上，可以大幅度减小天线组件的物理尺寸；同时，有助于改善天线增益。

可选的，塑胶支架10的介电损耗系数为b，其中，b≤0.015。

其中，通过设置塑胶支架10的介电损耗系数b满足b≤0.015，可最大程度的降低天线组件的尺寸、体积和重量，同时可降低介质的损耗，有利于微带天线辐射效率的提高。

继续参考图1-6，可选的，馈电网络14包括一个馈电点141，天线组件还包括射频线缆16，射频线缆16的一端与馈电点141连接，射频线缆16的另一端连接有射频接头17。

在本实施例中，如图1-6所示，馈电网络14可仅预留一个馈电点141，从而仅需将一个射频线缆16与一个馈电点141进行连接组装，即可实现将射频信号传输至天线组件，降低了大量结构装配工艺难度，满足装配生产更加便捷，成本更加低廉，同时天线的重量更加轻薄的需求。

具体的，可将射频线缆16焊接在馈电网络14的馈电点141处，射频信号经由馈电点141馈入馈电网络14，再由馈电网络14分配至各个天线单元15。

其中，如图1-6所示，射频线缆16可设置在塑胶支架10背离三维金属电路结构11的一侧，具体的，射频线缆16设置在底座12背离馈电网络14的一侧，从而避免射频线缆16对射频信号的向外辐射造成影响。此时，可通过在底座12对应馈电点141的位置处打孔以实现射频线缆16与馈电点141的连接。

进一步地，射频线缆16的另一端连接有射频接头17，从而可将射频线缆16通过射频接头17与读写器等通信模组进行插接，组装更为便捷。由于可采用激光直接成型技术在同一制程中形成馈电网络14和天线单元15，缩短了天线组件的加工周期，因此在天线组件的开发过程中，可以灵活改变天线组件的三维金属电路结构11的图案并进行制备，通过射频接头17将不同的天线组件与读写器等通信模组进行插接，便于更换不同的天线组件进行测试，从而满足开发过程中的设计和调试需求。

可选的，三维金属电路结构11由金属电路图案层构成，所述金属电路图案层的厚度为d，其中，5μm≤d≤8μm。

具体的，可在注塑成型的塑胶支架10上，利用激光技术直接在塑胶支架10上雕刻三维金属电路结构11的图案，然后在塑胶支架10的塑胶表面进行电镀，使三维金属电路结构11的图案形成5～8μm的金属电路图案层，从而实现三维金属电路结构11的制备。

可以理解的是，金属电路图案层的图案形状可根据三维金属电路结构11的功能需求进行设置，例如，如图6所示的三维金属电路结构11的形状，但并不局限于此，本实用新型实施例对此不作限定。

在本实施例中，通过设置金属电路图案层的厚度d满足5μm≤d≤8μm，满足三维金属电路结构11性能需求的同时，在工艺上容易实现。

可选的，三维金属电路结构11由金属电路图案层构成，金属电路图案层包括铜图案层或镍图案层。

其中，通过设置金属电路图案层为铜图案层或镍图案层，在满足三维金属电路结构11性能需求的同时，在工艺上容易实现。

需要说明的是，塑胶支架10的介电常数、介电损耗系数以及三维金属电路结构11的材料等均可根据实际需求进行具体设置，本实用新型实施例对此不作限定。

示例性的，本实用新型实施例提供的天线组件中，塑胶支架10的材料参数可以如下：介电常数：3.5；三维金属电路结构11的材料：钼(Mu)；介电损耗系数：0.008(Const.fit)。该天线组件可实现天线增益：3.6dBiC(915MHz),天线效率：≥80％，天线轴比：≤1.3。由此可见，本实用新型实施例提供的天线组件，在实现较高天线增益和效率的同时，可满足天线轴比小于或等于1.3，具备良好的方向图和增益特性。同时，本实用新型实施例提供的天线组件在915MHz的频段上具有较高天线增益和效率，从而可适用于工作频率>400MHz的超高频射频识别设备(UHF RFID)。

继续参考图6，可选的，天线单元15为四臂螺旋天线。

其中，四臂螺旋天线作为圆极化天线之一，具备良好的方向图和增益特性，其具有尺寸小，射频信号接收角度广的优势。

继续参考图1-6，可选的，塑胶支架10包括四个支撑侧壁13，天线单元15包括四个呈中心对称设置的倒F形天线18，天线单元15与支撑侧壁13一一对应设置，倒F形天线18包括天线臂181和与天线臂181连接的连接结构182，天线臂181设置于支撑侧壁13远离底座12的表面191，连接结构182设置于支撑侧壁13的内侧表面192。

具体的，如图6所示，天线单元15包括四个倒F形天线18，四个倒F形天线18分别位于天线组件四侧的四个支撑侧壁13上，呈中心对称设置。支撑侧壁13可起到支撑天线单元15的作用，提高天线组件的可靠性。

继续参考图6，天线臂181通过连接结构182与馈电网络14连接，以将馈电网络14上的射频信号传输至天线臂181并辐射出去。其中，四个倒F形天线18构成四臂螺旋天线，从而具备良好的方向图和增益特性。

需要说明的是，塑胶支架10的结构并不局限于上述结构，本领域技术人员可根据天线的形状对塑胶支架10的结构进行设置，本实用新型实施例对此不作限定。

此外，图1-6并未示出天线组件的全部结构，例如，图1-5并未示出三维金属电路结构，图6并未示出射频线缆，但并不代表天线组件不具有上述结构，本领域技术人员可根据实际需求对天线组件添加其他功能组件，本实用新型实施例对此不作限定。

基于同样的发明构思，本实用新型实施例还提供了一种阅读器设备，图7为本实用新型实施例提供的一种阅读器设备的结构示意图，如图7所示，该阅读器设备20包括读写器21和本实用新型任意实施例所述的天线组件22，因此，本实用新型实施例提供的阅读器设备20具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

具体的，如图7所示，阅读器设备20包括读写器21和天线组件22，读写器21和天线组件22连接，读写器21可向天线组件22提供射频信号，由天线组件22将射频信号发射出去，同时，天线组件22还可接收外部反馈的射频信号，并将接收到的射频信号传递给读写器21，读写器21可对射频信号进行解调，以读取相应信息。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的阅读器设备20可以为超高频手持阅读器设备，其中，超高频射频识别(UHF RFID)具有识别距离远、识别率高、传输速率高等显著优点；手持设备具有便携的优势，但并不局限于此，阅读器设备20也可工作于其他频段，同时，阅读器设备20也可为固定式设备，本实用新型实施例对此不作具体限定。

基于同样的发明构思，本实用新型实施例还提供了一种电子标签系统，图8为本实用新型实施例提供的一种电子标签系统的结构示意图，如图8所示，该电子标签系统30包括标签31和本实用新型任意实施例所述的阅读器设备20，因此，本实用新型实施例提供的电子标签系统30具有上述任一实施例中的技术方案所具有的技术效果，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述。

具体的，如图8所示，标签31可由耦合元件及芯片组成，每个标签31具有唯一的电子编码，其中，高容量电子标签具有用户可写入的存储空间，附着在物体上以标识目标对象。阅读器设备20包括读写器21和天线组件22，天线组件22可在标签31和读写器21间传递射频信号，以使读写器21读取或写入标签信息。

上述具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天线组件，其特征在于，包括塑胶支架和三维金属电路结构；

所述塑胶支架包括底座和设置于所述底座一侧的支撑侧壁；

所述三维金属电路结构包括馈电网络和与所述馈电网络连接的天线单元，所述馈电网络设置于所述底座靠近所述支撑侧壁的一侧，所述天线单元设置于所述支撑侧壁上。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述塑胶支架的介电常数为a，其中，2≤a≤9。

3.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述塑胶支架的介电损耗系数为b，其中，b≤0.015。

4.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述馈电网络包括一个馈电点；

所述天线组件还包括射频线缆，所述射频线缆的一端与所述馈电点连接，所述射频线缆的另一端连接有射频接头。

5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述三维金属电路结构由金属电路图案层构成，所述金属电路图案层的厚度为d，其中，5μm≤d≤8μm。

6.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述三维金属电路结构由金属电路图案层构成，所述金属电路图案层包括铜图案层或镍图案层。

7.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，

所述天线单元为四臂螺旋天线。

8.根据权利要求7所述的天线组件，其特征在于，

所述塑胶支架包括四个所述支撑侧壁；

所述天线单元包括四个呈中心对称设置的倒F形天线；

所述天线单元与所述支撑侧壁一一对应设置；

所述倒F形天线包括天线臂和与所述天线臂连接的连接结构；

所述天线臂设置于所述支撑侧壁远离所述底座的表面，所述连接结构设置于所述支撑侧壁的内侧表面。

9.一种阅读器设备，其特征在于，包括读写器和权利要求1-8任一项所述的天线组件；

所述天线组件与所述读写器连接。

10.一种电子标签系统，其特征在于，包括标签和权利要求9所述的阅读器设备。

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