CN105140632A - 一种感应耦合馈电的弯折偶极子rfid标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，包括基板、馈电环、辐射体。所述辐射体采用非均匀弯折的左右对称结构，提供多组可调节参数，调整参数组合实现对天线性能的调节。所述的馈电环呈矩形结构，包围于辐射体之中，改变其尺寸可对天线性能进行调节。具有尺寸小、全向辐射、结构简单和易实现阻抗匹配等特点，可达到小型化RFID天线的目的，能够满足RFID应用***中对天线的具体要求。

Description

一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及超高频的RFID标签天线尺寸优化设计方法，具体涉及了一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线。
背景技术
射频识别(radiofrequencyidentification，RFID)是一种利用射频信号实现非接触式的自动识别技术，因为具有传输速率快、大批量读取和运动过程读取等优点，目前已应用在生产制造、仿伪标识、物流管理和公共安全等各领域。
近些年来，随着无线通信技术和芯片技术地迅速发展，RFID技术得以快速发展起来，进一步扩大了RFID天线的应用。此外它还与其它无线技术得以进一步地融合，为此RFID连同物流和信息流的信息网络在无线传感器网中扮演着更加重要的角色。
然而在天线工艺技术上，传统天线的尺寸和功能并不能够满足电子设备的小型化需求。RFID天线的体积已成为了RFID电子设备尺寸缩减的“瓶颈”，况且RFID芯片一般具有小电阻、大容抗的阻抗特性，对天线与芯片的匹配带来很大的问题，普通的天线往往通过外加电路来实现阻抗匹配，这增加了天线结构的复杂度。此外，要使RFID标签得到广泛应用，标签必须降低成本和方便大规模制造，这要求标签图案必须尽可能简单，最好能在同一平面上。因此设计一款尺寸小、阻抗匹配容易、结构简单的RFID标签天线尤为重要。
发明内容
本发明设计了一款尺寸小、阻抗匹配容易、结构简单的RFID标签天线。
本发明所采用的技术方案是：
一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，包括基板、辐射体和馈电环，所述辐射体和馈电环一起安装在基板的正面，所述辐射体包括一U形部，U形部两末端相对向内延伸设有至少一弯折部，位于最里面的弯折部末端水平延伸设有弯折末端，所述馈电环呈矩形结构，被U形部内部、最里面的弯折部内侧及弯折末端所包围。
进一步，所述基板采用矩形结构，介质采用相对介电常数为4.4的FR4，厚度为0.5mm-1.6mm。
进一步，所述馈电环长边长度为16mm-19mm，宽边长度为8mm-12mm，馈电口宽度为0.6mm-1.6mm。
进一步，所述辐射体所有弯折部位均为直角，其外边缘的四个方向到基板边缘的间距一致，距离为0.8mm-1.6mm。
进一步，所述辐射体的线宽为1mm-3mm，最长边长度为35mm-41mm，线宽能独立调节，弯折末端长度为1mm-6mm。
进一步，弯折部为两个，分别为第一弯折部和第二弯折部，弯折宽度为1mm-4mm，第二弯折部到辐射体最长边的距离为6mm-9mm，弯折高度为10mm-14mm。
进一步，所述第一弯折部和第二弯折部的弯折宽度相同或不同。
进一步，所述第一弯折部和第二弯折部的弯折高度相同或不同。
进一步，所述馈电环的宽边与第二弯折部高度的距离为0.4mm-1.6mm，长边与辐射体的最长边相对应，间距为1.6mm-3.2mm，线宽为1mm-3mm。
本发明的有益效果：
天线尺寸小，阻抗匹配容易；天线剖面低，结构简单；具有良好阻抗带宽，覆盖了我国920MHz—925MHz超高频频段，辐射特性好，更能适应标签小型化的应用趋势。
附图说明
图1为本发明实施例感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线结构示意图。
图2为本发明实施例感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线的辐射体结构示意图。
图3为本发明实施例感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线的馈电环结构示意图。
图4为本发明实施例天线的回波损耗曲线。
图5为本发明实施例天线的辐射方向图。
图中，1.基板，2.辐射体，3.馈电环。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明包括基板1、辐射体2和馈电环3。辐射体2和馈电环3安装在基板1的正面上。辐射体包括一U形部，U形部两末端相对向内延伸设有至少一弯折部，位于最里面的弯折部末端水平延伸设有弯折末端，馈电环呈矩形结构，被U形部内部、最里面的弯折部内侧及弯折末端所包围。弯折末端能显著增加馈电环与辐射体间的耦合强度，提高辐射特性。
天线结构示意图如图1所示，本实施例天线的各项参数描述如下。
如图1所示辐射体最长边的半边长L1，线宽W0，除最长边外其余部位线宽W。第一弯折部高度H1，第二弯折部高度H2。第一弯折部宽度L2，第二弯折部宽度L3。弯折末端长度L4。如图2所示辐射体四个方向到基板边缘间距为1mm。基板采用相对介质为4.4的FR4，厚度选定为1.5mm。馈电环线宽W1，长度RL，宽度RW。馈电口宽度DR，馈电环的长边到辐射体最长边的距离D。第二弯折部与辐射体最长边的下边缘距离S。
本次实施例采用Alien公司的Higgs-3芯片，在920MHz时，其阻抗测试值约为27-j200Ω。在此频率下进行天线设计。
通过优化后天线参数如表1所示，单位：mm。
表1
L1 L2 L3 L4 H1 H2 S
39.3 3 3 3.7 13.6 11.4 8
W0 W W1 DR RL RW D
2.4 2 1.5 1 17.9 9.6 2.7
由表1可得天线的最终尺寸为43.6mm×21.6mm。在920MHz处的阻抗为25.3+j201Ω，实现天线的阻抗匹配。由图4可得反射系数为-33dB。与现有技术，如第2015100476991号专利，名称为“一种电感耦合型等间距弯折偶极子RFID标签天线”所描述的天线（尺寸56.4mm×26.4mm，阻抗27.47+j196.13Ω，反射系数-25.9dB）相比，尺寸得以进一步缩减，阻抗匹配更好，回波损耗更低。
如图3所示，天线的10dB带宽为915MHz—927MHz，覆盖了我国920MHz—925MHz超高频频段，具有良好的阻抗带宽。
由图5可见，本发明所述感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线辐射特性：E面半功率波束宽度为110°，方向图呈8字形；H面方向图呈圆形，具有良好的全向特性。
本发明采用非均匀弯折的方法，天线参数更加灵活可调，有效缩减天线尺寸；通过感应耦合馈电，阻抗匹配容易；天线剖面低，结构更加简单；天线具有良好的阻抗带宽，辐射特性好。
本领域的技术人员应当理解，以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于，包括基板、辐射体和馈电环，所述辐射体和馈电环一起安装在基板的正面，所述辐射体包括一U形部，U形部两末端相对向内延伸设有至少一弯折部，位于最里面的弯折部末端水平延伸设有弯折末端，所述馈电环呈矩形结构，被U形部内部、最里面的弯折部内侧及弯折末端所包围。
2.根据权利要求1所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述基板采用矩形结构，介质采用相对介电常数为4.4的FR4，厚度为0.5mm-1.6mm。
3.根据权利要求1所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述馈电环长边长度为16mm-19mm，宽边长度为8mm-12mm，馈电口宽度为0.6mm-1.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述辐射体所有弯折部位均为直角，其外边缘的四个方向到基板边缘的间距一致，距离为0.8mm-1.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述辐射体的线宽为1mm-3mm，最长边长度为35mm-41mm，线宽能独立调节，弯折末端长度为1mm-6mm。
6.根据权利要求1至5中任一所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：弯折部为两个，分别为第一弯折部和第二弯折部，弯折宽度为1mm-4mm，第二弯折部到辐射体最长边的距离为6mm-9mm，弯折高度为10mm-14mm。
7.根据权利要求6所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述第一弯折部和第二弯折部的弯折宽度相同或不同。
8.根据权利要求6所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述第一弯折部和第二弯折部的弯折高度相同或不同。
9.根据权利要求6所述的一种感应耦合馈电的弯折偶极子RFID标签天线，其特征在于：所述馈电环的宽边与第二弯折部高度的距离为0.4mm-1.6mm，长边与辐射体的最长边相对应，间距为1.6mm-3.2mm，线宽为1mm-3mm。
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