CN117650358A - 六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，包括正六边形的介质板，介质板的顶面设置有正六边形的辐射贴片，辐射贴片的中心处设置有正六边形的环形槽，环形槽的内侧设置有正六边形的金属环，在金属环的中点处设置有两条矩形的金属短截线；两个金属短截线的一端与金属环连接，两个金属短截线的另一端之间设置有芯片连接缝隙；金属短截线一侧呈对称设置一组阻抗调节线，阻抗调节线包括阻抗调节短截线和阻抗调节长截线，介质板的底面设置有天线地板。本发明的标签天线，通过辐射贴片之间的耦合和截线的调节使标签天线达到了在金属环境中使用的需要，阻抗实部虚部分别调谐使天线调谐更加简单，缩小尺寸，设计简单，提高了天线使用效率。

Description

六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线

技术领域

本发明属于标签天线技术领域，具体涉及六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线。

背景技术

当标签天线放在金属平面上时，标签天线的读写会明显恶化，因此研究者提出了许多类型的抗金属天线。例如，弯折偶极子的天线形式、各种折叠偶极子天线等。采用人工磁导体的方式也可以减轻金属背板的辐射对天线的影响，从而让天线工作在金属环境中，但是由于天线的尺寸问题，因而这种方式无法应用在小型金属面上。

采用高介电常数的介质基板或者在天线中间加入吸波材料都可以起到隔绝金属环境对天线的作用，但是其制作工艺复杂且成本高。多层结构也被用于抗金属天线，通过多层结构将辐射体和金属环境保持一定的距离来减小影响，但是天线的设计变的比较复杂。微带结构也已经被设计者用于各种可用于金属环境的标签天线，这是因为微带天线通常是平面的，并且具有低剖面。然而，传统的微带贴片是在其谐振波长的倍数长度工作，通常会导致庞大的标签设计尺寸。为了实现小型化，辐射贴片通常通过采用短路短截线和金属通孔短接到地，但这会使天线结构复杂化。

发明内容

本发明的目的是提供六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，该抗金属标签天线阻抗匹配良好、尺寸小巧且制作成本低。

本发明所采用的技术方案是，六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，包括正六边形的介质板，介质板的顶面设置有正六边形的辐射贴片，辐射贴片的中心处设置有正六边形的环形槽，环形槽的内侧设置有正六边形的金属环，在金属环的中点处沿纵向延伸有两条矩形的金属短截线；两个金属短截线的一端均与金属环连接，两个金属短截线的另一端之间设置有芯片连接缝隙；两个金属短截线一侧呈对称设置一组阻抗调节线，阻抗调节线包括呈上下且水平设置的阻抗调节短截线和阻抗调节长截线，两个阻抗调节长截线均靠近金属环的中心处；介质板的底面设置有天线地板。

本发明的特点还在于，

正六边形的介质板的外侧单边长为35mm±0.1mm；厚度为1.6mm±0.01mm；天线地板与介质板的尺寸相等；辐射贴片的外侧单边长与介质板的外侧单边长相等。

正六边形的环形槽的外侧单边长为19mm±0.1mm；正六边形的环形槽的内侧单边长为18.75mm±0.1mm。

正六边形的金属环的外侧单边长为15.5mm±0.1mm。

金属短截线的长度为12.93mm±0.01mm，宽度为1mm±0.01mm。

阻抗调节短截线的长度为4.5mm±0.01mm，宽度为1mm；阻抗调节长截线的长度为7.5mm±0.01mm，宽度为1mm。

芯片连接缝隙的长度为1mm，宽度为1mm。

本发明的有益效果是，通过将两个耦合的正六边形贴片的紧密放置，使其产生与芯片共轭匹配的阻抗，使得标签天线在0.88-0.92Ghz的S11参数处于-20dB以下。采用两组小于四分之一波长的截线增加感性阻抗，仅通过调节截线长度便可以使标签天线达到阻抗匹配的状态，且该天线尺寸小巧，便于加工，制作成本低，采用NXP公司的UCODE8芯片，在915Mhz时阻抗为13-j191Ω，阻抗匹配良好。

附图说明

图1是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的正面结构示意图；

图2是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的背面结构示意图；

图3是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的分部示意图；

图4是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线中天线地板的示意图；

图5是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的阻抗实部曲线图；

图6是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的阻抗虚部曲线图；

图7是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的输入阻抗曲线图；

图8是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的输入反射系数曲线图；

图9是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线的辐射方向图。

图中，1.介质板，2.辐射贴片，3.环形槽，4.金属环，5.金属短截线，6.芯片连接缝隙，7.阻抗调节短截线，8.阻抗调节长截线，9.天线地板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，如图1及图2所示，包括正六边形的介质板1，介质板1采用FR4材料制作；介质板1的顶面(天线正面)设置有正六边形的辐射贴片2，辐射贴片2的中心处设置有正六边形的环形槽3，环形槽3的内侧设置有正六边形的金属环4，在金属环4的中点处沿纵向延伸有两条矩形的金属短截线5；如图3所示，两个金属短截线5的一端均与金属环4连接，两个金属短截线5的另一端之间设置有芯片连接缝隙6；两个金属短截线5一侧呈对称设置一组阻抗调节线，阻抗调节线包括呈上下且水平设置的阻抗调节短截线7和阻抗调节长截线8，两个阻抗调节长截线8均靠近金属环4的中心处；

如图4所示，介质板1的底面(天线背面)设置有天线地板9，天线地板9与介质板1的尺寸相等。

正六边形的介质板1的外侧单边长D1为35mm±0.1mm；介质板1的厚度H为1.6mm±0.01mm；

辐射贴片2的外侧单边长与介质板1的外侧单边长相等；

正六边形的环形槽3的外侧单边长D2为19mm±0.1mm；

正六边形的环形槽3的内侧单边长D3为18.75mm±0.1mm；

正六边形的金属环4的外侧单边长D4为15.5mm±0.1mm；

金属短截线5的长度L1为12.93mm±0.01mm，宽度W为1mm±0.01mm；

阻抗调节短截线7的长度L2为4.5mm±0.01mm，宽度W为1mm；

阻抗调节长截线8的长度L3为7.5mm±0.01mm，宽度W为1mm；

芯片连接缝隙6的长度为1mm，宽度为1mm；

辐射贴片2的加载使天线接收RFID阅读器的辐射能量的效率大大提高，并且经过正六边形的环形槽3和正六边形的环形槽4形成电感耦合提供标签天线阻抗匹配中重要的电抗分量。通过设置金属短截线5使辐射贴片2接收的辐射能量传输到标签芯片中。阻抗调节短截线7和阻抗调节长截线8的设置是为了方便天线的调谐，采用的传输线等效电感方法来对天线与芯片的匹配造成影响。抗金属标签天线的设计中宽频带的阻抗匹配令天线拥有了稳定工作于金属环境中的能力。

实施例1

本发明六边形耦合多直接调谐的抗金属标签天线，介质基板1选择使用厚度为1.6mm介电常数为4.3的FR-4板材，为使用高介电常数虽然会带来性能的提高，但是对标签天线强烈低成本的需求却相去甚远，因此放弃了Rogers等类型的高介电常数的介质基板，其形状为正六边形，边长为35mm，辐射贴片2的外侧边长均为35mm，内侧边长和正六边形的环形槽3的外侧边长相等均为19mm。正六边形的环形槽3内侧边长均为18.75mm。正六边形的金属环4的内侧边长为15.5mm。金属短截线5的长度为12.93mm宽度为1mm；阻抗调节短截线7的长度为4.5mm，宽度为1mm；阻抗调节长截线8的长度L3为7.5mm，宽度为1mm。

图5中，通过调节辐射贴片2的D1参数大小进而改变环形的宽度，可以明显的改变输入阻抗的实部其会令输入阻抗虚部稍有变化，因此设计中先调节实部的匹配且使实部达到12.8Ω附近；

图6中，调节金属环4的长度、阻抗调节短截线7和阻抗调节长截线8的长度，可以大幅度的改变标签天线在915Mhz的感性阻抗，并且对于实部的阻抗影响极其微小，此时的感性阻抗与标签芯片的容性阻抗已经非常接近匹配状态。

图7为本发明实施例的天线的完整输入阻抗，可以看到其阻抗为12.8+j216Ω，已经与标签天线的阻抗达到了共轭匹配。

图8是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线工作在20cm*20cm的金属表面的S11，该标签天线在0.88-0.92Ghz已经处于-20dB以下，已经具备了在金属环境中工作的能力；

图9是本发明六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线工作在20cm*20cm的金属表面的E面和H面的方向图。在图中可以看该天线单向辐射，最大增益为-4.9dbi。

实施例2

本发明六边形耦合多直接调谐的抗金属标签天线，介质基板1选择使用厚度为1.6mm介电常数为4.3的FR-4板材，正六边形的介质板1的外侧单边长D1为35.1mm；介质板1的厚度H为16.01mm；辐射贴片2的外侧单边长与介质板1的外侧单边长相等；正六边形的环形槽3的外侧单边长D2为19mm±0.1mm；正六边形的环形槽3的内侧单边长D3为18.76mm；正六边形的金属环4的外侧单边长D4为15.6mm；金属短截线5的长度L1为12.94mm，宽度W为1.01mm；阻抗调节短截线7的长度L2为4.51mm，宽度W为1mm；阻抗调节长截线8的长度L3为7.51mm，宽度W为1mm；芯片连接缝隙6的长度为1mm，宽度为1mm。

实施例3

本发明六边形耦合多直接调谐的抗金属标签天线，介质基板1选择使用厚度为1.6mm介电常数为4.3的FR-4板材，正六边形的介质板1的外侧单边长D1为34.9mm；介质板1的厚度H为1.6mm；辐射贴片2的外侧单边长与介质板1的外侧单边长相等；正六边形的环形槽3的外侧单边长D2为18.9mm；正六边形的环形槽3的内侧单边长D3为18.65mm；正六边形的金属环4的外侧单边长D4为15.4mm；金属短截线5的长度L1为12.92mm，宽度W为1mm；阻抗调节短截线7的长度L2为4.5mm，宽度W为1mm；阻抗调节长截线8的长度L3为7.5mm，宽度W为1mm。芯片连接缝隙6的长度为1mm，宽度为1mm。

本发明的标签天线，通过辐射贴片之间的耦合和截线的调节使标签天线达到了在金属环境中使用的需要，阻抗实部虚部分别调谐使天线调谐更加简单，缩小尺寸，设计简单，提高了天线使用效率。

Claims (7)

1.六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，包括正六边形的介质板(1)，所述介质板(1)的顶面设置有正六边形的辐射贴片(2)，所述辐射贴片(2)的中心处设置有正六边形的环形槽(3)，所述环形槽(3)的内侧设置有正六边形的金属环(4)，在所述金属环(4)的中点处沿纵向延伸有两条矩形的金属短截线(5)；两个所述金属短截线(5)的一端均与金属环(4)连接，两个所述金属短截线(5)的另一端之间设置有芯片连接缝隙(6)；两个所述金属短截线(5)一侧呈对称设置一组阻抗调节线，所述阻抗调节线包括呈上下且水平设置的阻抗调节短截线(7)和阻抗调节长截线(8)，两个所述阻抗调节长截线(8)均靠近金属环(4)的中心处；所述介质板(1)的底面设置有天线地板(9)。

2.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述正六边形的介质板(1)的外侧单边长为35mm±0.1mm；厚度为1.6mm±0.01mm；所述天线地板(9)与介质板(1)的尺寸相等；所述辐射贴片(2)的外侧单边长与介质板(1)的外侧单边长相等。

3.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述正六边形的环形槽(3)的外侧单边长为19mm±0.1mm；所述正六边形的环形槽(3)的内侧单边长为18.75mm±0.1mm。

4.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述正六边形的金属环(4)的外侧单边长为15.5mm±0.1mm。

5.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述金属短截线(5)的长度为12.93mm±0.01mm，宽度为1mm±0.01mm。

6.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述阻抗调节短截线(7)的长度为4.5mm±0.01mm，宽度为1mm；所述阻抗调节长截线(8)的长度为7.5mm±0.01mm，宽度为1mm。

7.如权利要求1所述的六边形耦合多枝节调谐的抗金属标签天线，其特征在于，所述芯片连接缝隙(6)的长度为1mm，宽度为1mm。