一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線的製作方法

2023-06-05 23:27:41

本實用新型涉及無晶片標籤天線領域，具體涉及一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線。

背景技術：

相對於條形碼等標籤來說，無晶片標籤在商品分類，追蹤，識別等方面具有造價低，實用性強，能被閱讀器快速識別等優點，因此具有替代條形碼並被廣泛使用的潛在價值。通過對不同的信號編碼『0』或『1』，並用不同的組合方式代表不同的信息，以此來記錄編碼商品的信息。但是大多數標籤天線每多一位編碼就會增加一個結構單元，因此在很大程度上增大了天線的尺寸，不利於天線小型化。

同時在一些工程應用中，為了識別金屬貨物，需要將標籤貼於金屬物體表面，但是金屬環境會對天線的性能產生重大影響。標籤天線主要起到的就是接收和發送電磁波的作用。根據電磁場原理，場強對金屬比較敏感，容易對標籤造成影響。其影響主要來自以下兩方面：(1)金屬靠近天線時，由於電磁感應作用會在其內部產生渦流，同時吸收射頻能量轉換成自身的電場能，從而減少了射頻原有的能量；(2)金屬環境產生的渦流也會產生感應磁場，且由其產生的磁力線垂直於金屬環境表面，與射頻場強相反。由金屬環境產生的磁場對原磁場造成幹擾，導致金屬表面的磁力線趨於變形，在離金屬很近的區域甚至平行於金屬表面，該區域內根本沒有射頻場，因此直接附著於金屬物體表面的標籤根本無法通過切割磁力線獲得能量，不能正常工作。

技術實現要素：

本實用新型的目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線。

本實用新型的目的可以通過採取如下技術方案達到：

一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線，用於無晶片標籤系統中對物品進行編碼，所述天線包括：上層介質基板、下層介質基板、開口環諧振器和螺旋諧振器，所述開口環諧振器和所述螺旋諧振器分別印製在所述上層介質基板和所述下層介質基板上，所述開口環諧振器和所述螺旋諧振器在同一豎直平面內呈不同高度分布。

進一步地，所述開口環諧振器由若干個同軸矩形開口環組成。

進一步地，所述開口環諧振器的若干個同軸矩形開口環中每兩個相鄰的開口環均由上短接線將上面兩條邊連接在一起，下短接線將下面兩條邊連接在一起，其中，上短接線均位於邊長的中點，下短接線呈離散分布。

進一步地，所述開口環諧振器由3個同軸矩形開口環組成，每個開口環環帶寬度均為0.2mm，每個開口環開口長度均為0.2mm，每兩個開口環之間的間隔均為0.2mm，最外層的開口環長度L和寬度W分別為7.2mm、6.6mm，所述下短接線從內到外距離邊長中點的距離分別是0.4mm、0.3mm。

進一步地，所述上短接線和所述下短接線的長度和寬度均為0.2mm。

進一步地，所述螺旋諧振器由9個大小相同的螺旋體組成，每個螺旋體由銅帶從內到外交錯螺旋而成，其中，內環銅帶寬度和外環銅帶寬度均為0.2mm，內環銅帶和外環銅帶的間距0.1mm。

進一步地，所述開口環諧振器位於所述上層介質基板的上表面，所述螺旋諧振器位於所述下層介質基板的下表面，所述上層介質基板和所述下層介質基板之間的間隔高度為0.5mm的空氣。

進一步地，所述天線的激勵為平面入射波激勵。

進一步地，所述上層介質基板和所述下層介質基板的材料以及長度和寬度均相同，材料採用Teflon，介電常數為2.55，損耗角正切為0.0014，所述上層介質基板的厚度為0.3mm，所述下層介質基板的厚度為0.2mm。

進一步地，所述上層介質基板和所述下層介質基板之間的間隔填充空氣，構成中間間隔空氣的雙層結構，使所述天線對金屬不敏感。

比如，當把天線置於厚度為0.1mm的銅片上時天線的RCS曲線仍然有很高的幅度和尖銳的諧振頻點。

本實用新型相對於現有技術具有如下的優點及效果：

(1)本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線，採用連接的矩形開口環結構，使每兩個開口環能產生三個諧振頻點，諧振頻點m與開口環個數n滿足:m＝3(n-1)，大大提高了天線的編碼容量，從而減小天線的尺寸。

(2)本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線中天線的雙層結構設計使天線具有對金屬不敏感的特性。當把天線放置在厚度為0.1mm的銅板或者金板上時，天線的RCS曲線仍然具有很高的幅度並具有尖銳的諧振頻點。

(3)本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線中天線是磁性的，從而使天線對粘附的不同介質基板不敏感，將天線放置在不同的物品上時，自身性能基本不會改變。

(4)本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線中矩形開口環之間的間隔很小，從而減小了天線的尺寸。

附圖說明

圖1是本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線的結構圖；

圖2是圖1中的開口環諧振器；

圖3是圖2中的開口環諧振器的基本結構單元；

圖4是圖1中的螺旋諧振器；

圖5是本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線放置於厚度為0.1mm的銅板和金板上的RCS曲線圖。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

實施例

本實施例公開了一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線，用於無線射頻識別系統中無晶片標籤天線，包括上層介質基板、下層介質基板、開口環諧振器和螺旋諧振器。所述開口環諧振器和所述螺旋諧振器分別印製在所述上層介質基板和所述下層介質基板上，所述開口環諧振器和所述螺旋諧振器在同一豎直平面內呈不同高度分布。

具體實施方式中，所述開口環諧振器位於所述上層介質基板的上表面，所述螺旋諧振器位於所述下層介質基板的下表面，所述上層介質基板和所述下層介質基板之間的間隔高度為0.5mm的空氣。本實用新型公開的標籤天線利用中間層間隔空氣的雙層結構使其達到了對金屬也不敏感的特性。

所述開口環諧振器由3個同軸矩形開口環形成，每兩個相鄰的開口環均由上短接線將上面兩條邊連接在一起，下短接線將下面兩條邊連接在一起。短接線的長度和寬度均為0.2mm。

所述螺旋諧振器由9個大小相同的螺旋體組成，每個螺旋體由銅帶從內到外交錯螺旋而成，具體內環銅帶寬度為0.2mm，外環銅帶寬度外0.2mm，內、外環間距0.1mm。

上層介質基板和下層介質基板的材料以及長度和寬度均相同，均採用Teflon(特氟龍，tm)，介電常數為2.55，損耗角正切為0.0014，上層基板厚度h1為0.3mm，下層基板厚度h2為0.2mm。

本實用新型工作頻率在10.5吉赫茲，較MHz頻率，諧振線長度減小，天線尺寸減小。

如圖1所示，本實施例中，所述開口環諧振器在第一層介質板的上表面，螺旋諧振器在第二層介質板的下表面，兩層介質中間間隔高度h為0.5mm的空氣。

圖1表示本實用新型公開的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線的結構圖。其中1表示開口環諧振器，2表示螺旋諧振器。開口環諧振器最外層環的長度L和寬度W分別是7.2mm，6.6mm。每個開口環環帶的寬度均為0.2mm。每個開口環開口長度均為0.2mm。每相鄰兩個開口環間的間隔均為0.2mm。h1表示上層介質板厚度，即0.3mm，h表示中間空氣層厚度，即0.5mm，h2表示下層介質板厚度，即0.2mm。

圖2表示圖1的1，即開口環諧振器。L表示最外層開口環長度，即7.2mm，W表示最外層開口環寬度,即6.6mm；

圖3表示圖2中開口環諧振器的基本結構單元。q表示開口環環帶寬度，即0.2mm，q1表示開口環開口長度，即0.2mm；g表示開口環之間的縫隙寬度，即0.2mm。

圖4表示圖1中的2，即螺旋諧振器，由9個大小相同的螺旋體構成。每個螺旋體由銅帶從內到外交錯螺旋而成，L1表示螺旋諧振器所在介質基板的長度，即7.2mm；W1表示螺旋諧振器所在介質基板的寬度，即7.2mm；p表示內環銅帶寬度，即0.2mm，p1表示內外間距，即0.1mm，p2表示外環銅帶寬度，即0.2mm。

圖5表示將以上述尺寸製作的一種高容量及金屬不敏感的雙層無晶片標籤天線置於厚度為0.1mm的銅板和金板上的RCS仿真結果圖。在平面入射波的激勵下，天線的RCS曲線圖有很高的幅度，同時又有很尖銳的諧振頻點，自身性能基本沒有改變，證明本實用新型用於金屬商品中是完全適用並且結果準確的。

本實用新型將每兩個相鄰矩形開口環用短接線連接，使開口環個數n與能產生的諧振點個數m滿足公式：m＝3(n-1)，從而大幅度的提高了天線的編碼容量，同時連接的短接線改變了開口環的電流流向，使天線左邊產生的一個諧振頻點電流呈一個波長的環形分布，右邊產生的兩個諧振頻點電流分別成半個波長分布，使天線變成磁性天線，從而具有對粘附的不同介質基板不敏感的特性。

本實用新型採用中間隔空氣的雙層結構，使天線具有對金屬不敏感的特性，從而可以被廣泛地應用於金屬商品。

上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型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實用新型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，都包含在本實用新型的保護範圍之內。