一種內嵌式耦合饋電的RFID貼片天線的製作方法

2023-06-17 03:29:21 2

本發明涉及射頻識別天線技術領域，特別涉及一種內嵌式耦合饋電的rfid貼片天線。

背景技術：

射頻識別技術(radiofrequencyidentification，rfid)，又稱無線射頻識別，是一種利用電磁波實現的非接觸式的自動識別技術。其作為物聯網的核心組成部分，正在飛速的發展。rfid系統是由閱讀器、標籤和上位機軟體組成，在rfid通信過程中，電子標籤的靈敏度要遠遠低於閱讀器的靈敏度，而標籤天線作為標籤能量的來源器件，在通信過程中有著重要的作用。

在零售業、物流業等領域，超高頻射頻識別(uhf-rfid)技術應用的越來越廣泛。對於超高頻rfid所使用的頻段，不同的國家有不同的頻段許可標準，例如中國採用的840mhz-845mhz和920mhz-925mhz，而美國、加拿大和墨西哥允許使用的頻段為902mhz到928mhz。因此，設計覆蓋全球超高頻rfid使用頻段(840mhz-960mhz)的超寬帶標籤天線具有非常重要的意義。

在現在的市場中，大部分的rfid系統採用的是圓極化的閱讀器天線。當標籤使用線極化的天線時，在通信過程中就會出現很大的極化失配，從而大大的減少了閱讀距離。甚至當閱讀器天線也是使用線極化時，線極化的標籤天線放置的位置稍微錯位就會出現完全的極化失配，從而不能進行通信。

在許多實際應用環境中，標籤需要附著在金屬表面上。由於金屬對電磁波的反射，當標籤天線貼近金屬時，天線的阻抗匹配、輻射效率、方向性、圓極化天線的圓偏振模式等都會發生改變，標籤的讀取距離大大的降低甚至不能工作。因此設計一個抗金屬的標籤天線是市場上迫切需要的。

現在的市場上應用的rfid標籤晶片都是呈現低阻抗高容抗的性質，要實現阻抗匹配，實現最大的傳輸功率，標籤天線必須設計為低阻抗高感抗的電抗。由於不同標籤晶片有著不同的阻抗值，因此設計易於阻抗調節的標籤天線非常有必要。

隨著智能可穿戴電子產品物聯網等領域的興起，對產品的尺寸要求也越來越高。如果在實現較高性能指標的情況下使得產品的尺寸最小，也是商用產品的設計關鍵。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種內嵌式耦合饋電的rfid貼片天線，該天線採用內嵌式耦合饋電方式，具有寬頻帶、圓極化、抗金屬、易於阻抗調節、小尺寸等優勢，且覆蓋了全球超高頻rfid應用頻段，具有較高的增益。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：一種內嵌式耦合饋電的rfid貼片天線，包括：輻射貼片、介質基板、接地金屬貼片、微帶饋線和標籤晶片；

輻射貼片設置在介質基板的上表面，接地金屬貼片設置在介質基板的下表面；

輻射貼片的中部開有一個十字形槽，十字形槽兩條槽的中心線交點與輻射貼片中心重合；十字形槽的內部嵌入一個l形微帶饋線，標籤晶片焊接在l形微帶饋線上。

優選的，通過改變微帶饋線的長度以及標籤晶片的焊接位置，可以調節天線的阻抗。

具體的，標籤晶片焊接在距離l形微帶饋線端點3.3mm處。

優選的，所述十字形槽寬度相等為5mm，長度分別為36.2mm和37.2mm。

優選的，所述l形微帶饋線嵌入在十字形槽的內部，其總長度為35.9mm，寬度為1.7mm。

優選的，輻射貼片、接地金屬貼片和微帶饋線均採用銅材料製成。

優選的，介質基板採用fr4介質基板。

優選的，在輻射貼片一對角處開有兩個l形槽，l形槽的頂點在輻射貼片的對角線上，l形槽的開口對著輻射貼片中心。

優選的，所述的對角處兩個l形槽具有相同的寬度2.3mm，長度分別為14.5mm和15.5mm。

優選的，該天線還包括一對短路通孔，通過在微帶饋線兩端上打通孔，使輻射貼片上層和接地金屬貼片下層連通，通過短路通孔將接地金屬貼片作為標籤天線的一部分，以達到抗金屬的目的。

具體的，短路通孔設置在l形饋線的兩端盡頭。

具體的，短路通孔採用銅材料製成。

具體的，短路通孔的半徑為0.4mm。

本發明與現有技術相比，具有如下優點和有益效果：

1、本發明通過十字形槽和l形槽對貼片電流的微擾，可以激發出更好的圓極化模式，並且延長電流路徑縮小天線尺寸。

2、本發明通過l形微帶饋線可以對輻射貼片進行耦合饋電，實現寬頻帶帶寬。

3、本發明通過短路通孔將接地金屬貼片作為標籤天線的一部分，以達到抗金屬的目的，當標籤天線工作於金屬表面時，阻抗特性和圓極化特性不僅不會產生影響，而且由於接地金屬貼片的增大會產生更大的增益，反而增加了閱讀距離。

附圖說明

圖1為實施例中的標籤天線俯視結構圖。

圖2為實施例中的標籤天線側視結構圖。

圖3為實施例中的標籤天線回波損耗圖。

圖4為實施例中的標籤天線圓極化軸比圖。

圖5為實施例中的標籤天線附著在不同大小金屬表面電抗特性。

圖6為實施例中的標籤天線附著在不同大小金屬表面電阻特性。

圖7為實施例中的標籤天線附著在不同大小的金屬表面的增益圖。

圖1和圖2中，1-輻射貼片，2-介質基板，3-接地金屬貼片，4-短路通孔，5-內嵌式微帶饋線，6-標籤晶片，7-l形槽，8-十字形槽。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限於此。

如圖1和圖2所示，本實施例的標籤天線包括輻射貼片1、介質基板2、接地金屬貼片3、短路通孔4、內嵌式微帶饋線5和標籤晶片6，所述輻射貼片1設置在介質基板2的上表面，所述接地金屬貼片3設置在介質基板2的下表面，作為金屬地，即輻射貼片1在上層，介質基板2在中間層，接地金屬貼片3在下層；

所述輻射貼片1的中部開有一個不對稱十字形槽8，兩條槽的中心線交點與輻射貼片中心重合。在輻射貼片1一對角處開有兩個l形槽7，l形槽的頂點在輻射貼片1的對角線上，l形槽的開口對著輻射貼片中心。通過十字形槽8和l形槽7對貼片電流的微擾，可以激發出更好的圓極化模式，並且延長電流路徑縮小天線尺寸。

所述十字形槽8的內部嵌入一個l形微帶饋線5，通過l形微帶饋線5可以對輻射貼片1進行耦合饋電，實現寬頻帶帶寬，通過內嵌式微帶饋線5的長度，可以調節標籤天線的阻抗；

所述標籤晶片6焊接在l形微帶饋線5上，標籤晶片6焊接位置不同阻抗不同，本實施例中晶片左邊的微帶線長度為3.3mm。該標籤晶片4的型號為impinj公司的monza4，該型號的晶片在工作頻率為924mhz時具有11-j143ω的輸入阻抗和-17.4dbm的閾值功率。

所述的短路通孔4是一個連通輻射貼片1上層和接地金屬貼片3下層的過孔，設置在l形饋線5的兩端，本實施例中短路通孔4設置在l形饋線5的兩端盡頭。通過短路通孔4將接地金屬貼片3作為標籤天線的一部分，以達到抗金屬的目的，當標籤天線工作於金屬表面時，阻抗特性和圓極化特性不僅不會產生影響，而且由於接地金屬貼片3的增大會產生更大的增益，反而增加了閱讀距離；

在本實施例中，所述輻射貼片1、接地金屬貼片3、內嵌式微帶饋線5和短路通孔4均採用銅材料製成，所述介質基板2採用fr4介質基板；所述輻射貼片1的尺寸為56.8mm×56.8mm，所述介質基板2的平面尺寸和接地金屬貼片3的尺寸相同，均為66.8mm×66.8mm，且介質基板2的厚度為1.6mm；所述十字形槽8寬度相等為5mm，長度相差1mm分別為36.2mm和37.2mm。所述l形微帶饋線嵌入在十字形槽的內部，其總長度為35.9mm，寬度為1.7mm。所述的微帶饋線終端分別設計短路通孔，微帶饋線兩端的端點上打通孔，使上層與下層相連，其半徑為0.4mm。所述的對角處兩個l形槽具有相同的寬度2.3mm，長度分別為14.5mm和15.5mm。

本實施例的標籤天線的回波損耗曲線如圖3所示，從圖中可以看到，-10db帶寬覆蓋全球超高頻rfid系統頻段(840mhz-960mhz)。

本實施例的標籤天線軸比帶寬曲線如圖4所示，從圖中可以看到，3db的軸比帶寬也完全覆蓋了中國的920mhz-925mhz頻段。

本實施例的標籤天線置於不同大小的金屬表面的阻抗對比如圖5和圖6所示，可以看出，當標籤天線附著在金屬上時，天線的電阻和電抗特性基本沒有變化，因此這個天線具有很好的抗金屬特性，

本實施例的標籤天線置於不同大小的金屬表面的增益對比如圖7所示，隨著金屬面積的增大，標籤天線的增益也隨著增大並趨於穩定，比在自由空間中大6dbic。可見本實施例的標籤天線在金屬表面工作時具有更遠的閱讀距離。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。