基於LTCC基板的RIFD閱讀器匹配電路的製作方法
2024-04-10 10:45:05 1
本發明涉及一種封裝工藝設計，具體涉及一種基於LTCC基板的RIFD閱讀器匹配電路，屬於電子設備領域。
背景技術：
射頻識別Radio Frequency Identification，RFID技術是一種遠距離的自動識別技術。由於其尺寸小、速度快、識別靈敏度高等優點在電力、交通、醫療、環保等領域都得到了廣泛應用。RFID系統的硬體組成主要有閱讀器和電子標籤，射頻識別閱讀器結構相對複雜，目前主要向著多功能、便攜性、多頻化方向發展，對其小型化提出了更高的要求。低溫共燒陶瓷LTCC是一種可通過多層陶瓷和鐵氧體的共燒和圖形化來實現無源元件集成的技術。它可以將電路中的無源元件如電感、電容、電阻和微帶線埋於介質基板裡進行共燒，並用通孔與表面有源元件互連。比起傳統的元件貼裝於電路基板表面，LTCC技術能有效地減少無源元件在電路中所佔的面積，達到小型化的要求，同時也能提高電路的可靠度及耐受度。
技術實現要素：
本發明為了將分立元件在LTCC基板中進行合理布局，然後組合、裝配，使其在儘可能小的空間滿足性能要求，實現匹配電路整體的模塊化，以達到匹配電路小型化的目的，進而提出基於LTCC基板的RIFD閱讀器匹配電路。
本發明為解決上述問題採取的技術方案是：本發明包括整體接地板、22PF電容、輸入埠、第一TL微帶線、第二TL微帶線、第三TL微帶線、第四TL微帶線、輸出埠、16.3nH電感、6PF電容和4nH電感，整體接地板由第一長方形板體、第二長方形板體和第三長方形板體首尾依次連接組成，且第一長方形板體與第三長方形板體位於第二長方形板體的兩側，第一TL微帶線沿第一長方形板體的長度方向設置在第一長方形板體的上表面上，第一TL微帶線的一端與輸入埠連接，第一TL微帶線的另一端與22PF電容的下極板連接，第一TL微帶線的另一端還與16.3nH電感連接，第二TL微帶線沿第二長方形板體的長度方向設置在第二長方形板體的上表面上，第二TL微帶線的輸出端與4nH電感連接，第二TL微帶線的輸入端與229F電容的上極板連接，第三TL微帶線和第四TL微帶線沿第三長方形板體的長度方向呈一字型設置在第三長方形板體的上表面上，第三TL微帶線的第四TL微帶線輸入端均與4nH電感的輸出端連接，第三TL微帶線的輸出端與6PF電容的上極板連接，6PF電容的下極板通過通孔與整體接地板連接，第四TL微 帶線的輸出端與輸出埠連接。
本發明的有益效果是：在920MHz時：S11＝-14.6452dB，S12＝-0.5006dB，S33＝-14.4241dB，S34＝-0.5960dB；925MHz時：S11＝-13.2497dB，S12＝-0.5646dB，S33＝-12.8804dB，S34＝-0.6727dB。各輸入埠的反射係數均小於-10dB，各輸出埠的傳輸係數大於-1dB，在閱讀器工作的920MHz～925MHz頻段內，符合設計要求，四埠的匹配電路能夠正常工作。傳統分立元件搭建的匹配電路尺寸約為15mm×15mm，本發明設計的LTCC技術的匹配電路模型尺寸約為10mm×10mm，通過比較分析，集成化程度最高的貼片元件構成的匹配電路又減小了至少30％，實現了RFID閱讀器射頻前端匹配電路小型化的目標。
附圖說明
圖1是本發明的整體結構示意圖，圖2是四埠匹配電路模型示意圖，圖3是四埠匹配電路S11曲線，圖4是四埠匹配電路S12曲線，圖5是四埠匹配電路S33曲線，圖6是四埠匹配電路S34曲線。
具體實施方式
具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述基於LTCC基板的RIFD閱讀器匹配電路包括整體接地板1、22PF電容2、輸入埠3、第一TL微帶線4、第二TL微帶線5、第三TL微帶線6、第四TL微帶線7、輸出埠8、16.3nH電感9、6PF電容10和4nH電感11，整體接地板1由第一長方形板體1-1、第二長方形板體1-2和第三長方形板體1-3首尾依次連接組成，且第一長方形板體1-1與第三長方形板體1-3位於第二長方形板體1-2的兩側，第一TL微帶線4沿第一長方形板體1-1的長度方向設置在第一長方形板體1-1的上表面上，第一TL微帶線4的一端與輸入埠3連接，第一TL微帶線4的另一端與22PF電容2的下極板連接，第一TL微帶線4的另一端還與16.3nH電感9連接，第二TL微帶線5沿第二長方形板體1-2的長度方向設置在第二長方形板體1-2的上表面上，第二TL微帶線5的輸出端與4nH電感11連接，第二TL微帶線5的輸入端與229F電容2的上極板連接，第三TL微帶線6和第四TL微帶線7沿第三長方形板體1-3的長度方向呈一字型設置在第三長方形板體1-3的上表面上，第三TL微帶線6的第四TL微帶線7輸入端均與4nH電感11的輸出端連接，第三TL微帶線6的輸出端與6PF電容10的上極板連接，6PF電容10的下極板通過通孔與整體接地板1連接，第四TL微帶線7的輸出端與輸出埠8連接。
本發明選用奧微電子的AS3991晶片作為RFID閱讀器射頻晶片，與其相連的是一個巴倫，對它們之間的匹配電路進行設計和仿真。得到匹配電路共需要22pF和6pF電容各 兩個，16.3nH和4nH電感各兩個以及四種型號共八條微帶線。
具體實施方式二：結合圖2至圖6說明本實施方式，本實施方式所述基於LTCC基板的RIFD閱讀器匹配電路對二埠的匹配電路模型進行鏡像複製，變為四埠的匹配網絡，四埠匹配電路為上下對稱結構，總的LTCC基板層數也變為二埠時的為16層，單層基板厚度為42.5μm，總厚度變為0.68mm，厚度的增加也增強了整個電路模塊的機械強度，匹配電路為四埠網絡，兩個輸入埠兩個輸出埠，且電路為對稱分布的兩條完全相同的支路組成，兩條支路電路只有公共接地端是相連的，所以兩條電路之間完全隔離不存在信號傳輸，為了減小電路的面積，本發明在HFSS中設計匹配電路時將增加模塊層數，使兩條電路使用一個公共接地板，同時對稱分布於接地板兩側，這樣也有助於增加電路的機械強度。
本實施方式中由於電路結構的對稱性，在設計中為了方便起見，先進行一側電路的建模仿真然後進行鏡像處理即可得到整體的電路模型。在匹配電路中所佔面積最大的將是電容器，尤其是用到的22pF電容，其位置位於電路中段，由電路原理圖可知它將同時與兩條微帶線和一個16.3nH的螺旋電感相連，所以22pF電容的位置安排至關重要，埋置電容為中心饋電的正六邊形電容，為了儘可能的減小元件之間的寄生效應，22pF電容的上下金屬板上的電極要儘可能的相距遠，以利於連接電容的其他元件之間距離儘可能拉大，減小互耦等幹擾。