CN105514599A

CN105514599A - 一种超高频电子标签天线

Info

Publication number: CN105514599A
Application number: CN201610055648.8A
Authority: CN
Inventors: 吴欣延
Original assignee: Nanjing Jp Crystone Tech Co Ltd
Current assignee: Nanjing Jp Crystone Tech Co Ltd
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-01-27
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明公开了一种超高频电子标签天线，属于电子标签制作技术领域，包括介质基板和加载于介质基板表面的超高频电子标签天线，所述介质基板表面还设置有对称式的辐射天线，所述辐射天线包括弯折结构和加载线；所述弯折结构由宽线、窄线间隔连接而成；还包括对称设置的T型匹配结构，所述T型匹配结构嵌入所述对称设置的辐射天线中，所述T型匹配结构用于对辐射天线进行馈电，所述对称设置的T型匹配结构开口处设有馈电端口；所述馈电端口焊接有电子标签芯片；所述辐射天线及T型匹配结构通过可固化的粘连膜粘贴在介质基板上。本发明结构简单，造价便宜，增益效果好，容易与芯片匹配。

Description

一种超高频电子标签天线

技术领域

本发明属于射频识别技术领域，属于电子标签制作技术领域，具体涉及一种超高频电子标签天线。

背景技术

RFID***是一种非接触式的自动识别***，它通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据。根据RFID***使用的电磁波频率，可以将RFID分为低频、高频及超高频。超高频射频识别(UHFRFID)技术具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料及运用范围广等特点。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UHFRFID***的发展是当前RFID***发展的重点。

UHFRFID***因应用不同其组成会有所不同，但基本都是由电子标签、读写器和应用***这三大部分组成，其中电子标签一般由标签天线与标签芯片组成。标签天线对UHFRFID***十分重要，是决定UHFRFID***性能的关键部件。因此，设计出阻抗能与芯片匹配的合适的天线类型，是研究和设计天线者的目标。另外，为了确保在天线和芯片之间的最大功率传输，必须得确保良好的阻抗匹配。同时也应该满足尺寸小、结构简单、成本低和易于与其他物体相结合。

目前，标签天线设计主要针对小型化和阻抗匹配，其中一些标签天线的类型，如弯曲偶极子、折叠偶极子、螺旋天线等。这些标签天线都是类偶极子天线。尽管结构不同，但是他们的性能是与偶极子天线相似的。一般地，修改偶极子结构的方法常被用来减少天线的尺寸，并且通常不会太大程度上影响天线的性能。但是，这些标签天线通常带宽不宽，并且只能覆盖超高频的一个区域。另外，他们的尺寸不是足够的小。

发明内容

有鉴于此，本发明为了克服小型化标签天线中存在的结构复杂、造价较高、增益较小、不易与芯片匹配等缺点，提供一种基于弯折线对称式结构的超高频电子标签天线，并采用T型匹配网络对天线进行馈电。本发明通过采用对称式结构的天线能够有效增大天线输入阻抗，提高天线辐射效率；同时通过弯折线，一方面缩小天线的尺寸；另一方面可以对输入阻抗进行调整，使其与标签芯片匹配。本发明中选用对称的弯折偶极子可以有效地产生全向方向图，T型匹配结构则可以灵活地调整输入阻抗使得标签芯片在较宽的带宽内实现阻抗的共轭匹配，同时其方法也可扩宽天线带宽。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种超高频电子标签天线，包括介质基板和加载于介质基板表面的超高频电子标签天线，所述介质基板表面还设置有对称的辐射天线，所述辐射天线包括弯折结构和加载线；

所述弯折结构由宽线、窄线间隔连接而成；

还包括对称设置的T型匹配结构，所述T型匹配结构嵌入所述对称设置的辐射天线中，所述T型匹配结构用于对辐射天线进行馈电，所述对称设置的T型匹配结构开口处设有馈电端口；

所述超高频电子标签天线通过传输线或者波导传输信号，所述超高频电子标签天线与传输线或者波导的连接处为平面端口，所述平面端口为所述T型匹配结构开口处，所述平面端口为馈电端口；

所述馈电端口焊接有电子标签芯片；

所述辐射天线及T型匹配结构通过可固化的粘连膜粘贴在介质基板上。

进一步地，所述介质基板为长方形，包括两个相对设置的正反面，所述电子标签天线设置在所述介质基板的正面。

进一步地，所述介质基板为环氧树脂玻璃纤维基板，其相对空气介电常数4.4～4.6，厚度1.6mm，介电损耗角正切为0.02。

进一步地，所述的电子标签天线与电子标签芯片组成的射频电路，其谐振频率为925MHz。

进一步地，所述辐射天线为铜质导电金属材料，厚度为0.035mm。

进一步地，所述天线馈电端口设在T型匹配结构对称短路线的开口处。

进一步地，所述馈电端口3激励的方式为集总端口激励方式。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供一种基于宽窄相间隔的弯折线条及对称式结构的标签天线，并采用T型匹配网络对天线进行馈电，克服了小型化标签天线中存在的结构复杂、造价较高、增益较小、不易与芯片匹配等缺点。

2、本发明中通过设置有宽窄相间隔的弯折线条及加载线组成的对称式辐射天线，一方面缩小天线的尺寸；另一方面可以对输入阻抗进行调整，使其与标签芯片匹配。

3、本发明中选用对称的弯折偶极子可以有效地产生全向方向图，T型匹配结构则可以灵活地调整输入阻抗使得标签芯片在较宽的带宽内实现阻抗的共轭匹配，同时其方法也可扩宽天线带宽。

4、本发明中通过改变T型匹配的尺寸可以方便地调节天线与标签芯片之间的匹配，该天线的阻抗，特别是输入阻抗的虚部，在UHF频段内保持平稳，以获得与芯片阻抗在较宽频段内良好的匹配，从而拓展天线的带宽，实现了覆盖全球UHFRFID频段和兼容多标准的目标。

附图说明

图1为本发明提出的一超高频电子标签天线的结构示意图；

图中：1、电子标签天线；2、介质基板；3、馈电端口；4、T型匹配结构；5、辐射天线。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本发明进行详细说明，如图1所示：本实施例所述的一种超高频电子标签天线，包括介质基板1和加载于介质基板1表面的电子标签天线2，所述介质基板1表面还设置有对称的辐射天线5，所述辐射天线5包括弯折结构和加载线，所述弯折结构由宽线、窄线间隔连接而成；本发明中，所述宽线的宽度比窄线的宽度宽，具体宽度相差多少，根据实际情况及用户需求可以调整。具体地，弯折结构可以是附图1中所示，由垂直线、水平线间隔连接构成的弯折结构，也可以是斜线、直线、曲线等间隔或连续连接而成，并不限于本实施例的附图所示的弯折结构。

辐射天线5采用宽线、窄线间隔连接而成的弯折结构及加载线，作为辐射体，当有交变电流通过时，就可以发生电磁波的辐射。频率低时，天线的辐射比较微弱；频率越高，天线辐射的能力就越大。本天线的结构中电场和磁场分布在同一空间，可以使二者能量直接转化，电磁能量可以向远处辐射。

还包括对称设置的T型匹配结构4，所述T型匹配结构4嵌入所述对称设置的辐射天线5中，所述T型匹配结构4用于对辐射天线5进行馈电，所述对称设置的T型匹配结构电路4开口处设有馈电端口3；

当调节所述T型匹配结构4本体垂直宽度、本体水平宽度以及本体垂直方向和水平方向与水平方向端点的距离时，可以对输入阻抗进行调整，从而进行匹配，具有很大的灵活性。随着本体垂直宽度、本体水平宽度及本体垂直方向和水平方向与水平方向端点的距离的数值的增大，输入阻抗的虚部和实部是呈增大趋势，所以可以根据对输入阻抗的要求定性的调节这些参数的值。同时调整这些参数的值对辐射性能影响也较小。

所述超高频电子标签天线2通过传输线或者波导传输信号，所述超高频电子标签天线2与传输线或者波导的连接处为平面端口，在本发明中，所述平面端口设置在天线模型的内部，即所述平面端口为所述T型匹配结构4开口处，所述平面端口为馈电端口3；

所述馈电端口3焊接有电子标签芯片；

所述辐射天线5通过可固化的粘连膜粘贴在介质基板2上。

在本发明的进一步改进中，所述介质基板2包括两个相对设置的正反面，所述电子标签天线1设置在所述介质基板2的正面。

在本发明的进一步改进中，所述介质基板2为环氧树脂玻璃纤维基板，其相对空气介电常数4.4～4.6，厚度1.6mm，介电损耗角正切为0.02。

在本发明的进一步改进中，所述的电子标签天线1与电子标签芯片组成的射频电路，其谐振频率为925MHz。

在本发明的进一步改进中，所述辐射天线5为铜质导电金属材料，厚度为0.035mm。由于对天线结构导体部分的要求一般都是选择良导体，故本发明中所述辐射天线5采用具有独特的导电性能的铜。

在本发明的进一步改进中，所述天线馈电端口3的位置选在T型匹配结构4对称短路线的开口处，通过在天线馈电点附近加入T型匹配结构4可实现阻抗共轭匹配。

在本发明的进一步改进中，所述馈电端口3激励的方式为集总端口激励方式。

本发明的一个具体实施例如下：

本发明中电子标签天线1的工作频段范围使用在UHF频段内，所述的UHF频段即为超高频无线电波频段，当前我国超高频电子标签工作覆盖频率范围为860MHz～960MHz，设置本发明电子标签天线1的谐振频率为925MHz。设计的偶极子天线在中心频率925MHz时，其天线信号端口回波损耗(S₁₁)在优化过程中达到了最小值，说明阻抗匹配良好，因此，本实施例中谐振频率为925MHz。

一种超高频电子标签天线，包括介质基板2和加载于介质基板2表面的电子标签天线1，所述介质基板2包括两个相对设置的正反面，所述电子标签天线1设置在所述介质基板2的正面；所述介质基板2为环氧树脂玻璃纤维基板，其相对空气介电常数4.4～4.6，厚度1.6mm，介电损耗角正切为0.02。所述电子标签天线1，设置天线的主体材料为半导体材料。在实际天线结构的导体部分通常都是使用良导体，如金属铜，铜具有独特的导电性能。因此，本标签天线选用铜质导电金属材料，厚度为0.035mm，并通过可固化的粘连膜粘贴在所述介质基板上。

所述介质基板2还对称设置有辐射天线5，所述辐射天线5包括弯折结构和加载线，所述弯折结构由宽线、窄线间隔连接而成；实际操作中，宽线宽度只需要比窄线宽度大即可，具体宽度大多少可以根据实际情况进行调整。所述辐射天线5作为辐射体，当有交变电流通过时，就可以发生电磁波的辐射。频率低时，天线的辐射比较微弱；频率越高，天线辐射的能力就越大。本发明的结构中电场和磁场分布在同一空间，可以使二者能量直接转化，电磁能量可以向远处辐射。

所述对称设置的辐射天线5连接有对称设置的T型匹配结构4，所述T型匹配结构4用于对辐射天线5进行馈电；通过调节T型匹配结构4中的长、宽及T型本体的宽度可以对输入阻抗进行调整，从而进行匹配，具有很大的灵活性。随着T型匹配结构4中的长、宽及T型本体的宽度的值的增大，输入阻抗的虚部和实部是呈增大趋势，所以可以根据对输入阻抗的要求定性的调节这些参数的值。同时调整这些参数的值对辐射性能影响也较小。所述对称设置的T型匹配结构4开口处设有馈电端口3，所述馈电端口3激励的方式为集总端口激励方式；所述馈电端口3焊接有电子标签芯片。

本发明中，考虑到阻抗变换与匹配因素，所述辐射天线5采用对称设置的宽线、窄线间隔连接而成的弯折结构及加载线构成。辐射天线5中宽线、窄线间隔的线条在连续弯折的电流中具有相反的电位，会同时提供容性和感性的电抗，它们相互抵消，引起谐振频率减小，因而可以有效地减小天线尺寸，从而实现标签天线的小型化。与此同时，通过改变弯折数及弯折线的宽窄也可以对输入阻抗进行相应的调整，使其与标签芯片匹配。其中辐射天线5的加载线也会产生电容和电感，这些电容和电感对天线的输入阻抗有决定性的影响。

本发明采用简单的弯折线偶极子类型结构和T匹配网络结构进行设计，优化后的尺寸大大减小，且天线具有增益大、结构简单、造价低和芯片阻抗匹配较好等优点。总之，此标签天线对于超高频RFID***具有一定的理论和实际应用意义。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种超高频电子标签天线，包括介质基板和加载于介质基板表面的超高频电子标签天线，其特征在于：所述介质基板表面还设置有对称的辐射天线，所述辐射天线包括弯折结构和加载线；

所述弯折结构由宽线、窄线间隔连接而成；

所述馈电端口焊接有电子标签芯片；

2.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述介质基板为长方形，包括两个相对设置的正反面，所述电子标签天线设置在所述介质基板的正面。

3.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述介质基板为环氧树脂玻璃纤维基板，其相对空气介电常数4.4～4.6，厚度1.6mm，介电损耗角正切为0.02。

4.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述的电子标签天线与电子标签芯片组成的射频电路，其谐振频率为925MHz。

5.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述辐射天线为铜质导电金属材料，厚度为0.035mm。

6.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述天线馈电端口设在T型匹配结构对称短路线的开口处。

7.根据权利要求1所述的一种超高频电子标签天线，其特征在于：所述馈电端口的激励方式为集总端口激励。