一種適用於金屬物體上的小型化超高頻抗金屬貼片天線的製作方法

2023-05-12 07:49:07

本實用新型涉及的是一種小型化超高頻的抗金屬貼片天線，屬於移動通信分布系統天線的技術領域。

背景技術：

射頻識別(RFID)技術的不斷發展，對標籤天線提出了更高的要求。射頻識別技術作為快速、實時、準確採集與處理信息的高新技術和信息標準化的基礎，在生產、銷售、物流等各個行業有著廣泛的應用RFID技術對於人員和物品的流動能夠實行快捷準確的管理,從而提高了物流供應鏈的運作水平。

在RFID眾多應用中，有許多情況下RFID標籤要貼覆在金屬導體表面，或者靠近一些導電性較好的物體。例如貨櫃表面，車輛表面。普通標籤天線直接應用於金屬表面時，由於受到金屬邊界的影響，其性能會出現一定程度的下降。而且大多數UHF(超高頻)頻段的RFID標籤天線是偶極子形式的或者從偶極子形式中變化而來的。所以具有一般的偶極子天線特性，偶極子天線當放置於接近類似金屬、水等高導電性材料的位置時，會有明顯的性能退化。

因此，常見的抗金屬RFID標籤也有很多需要完善的地方，歸結起來主要有以下幾個方面：

1.抗金屬能力，不受金屬邊界條件的影響。標籤在不同大小的金屬物體表面具有穩定的性能。

2.性能及讀取距離，超高頻技術的優點即在於標籤具有較遠的讀取距離。因此,抗金屬標籤不能以犧牲讀取距離為代價。

3.方向性，最好在金屬表面上半球具有全向特性,這樣閱讀器在不同的角度都能準確讀取到標籤。

4.尺寸大小，為了滿足實際應用的需要,要求標籤天線的面積儘可能小,厚度儘可能薄。

5.成本低廉，成本低廉一方面要求標籤的材料廉價,另一方面要求天線的加工製作工藝簡單。天線的加工製作工藝的簡單則要求天線具有簡單的平面結構。

在這種情況下，需要一種性能更佳、方向性更好、尺寸更小的抗金屬貼片天線來解決這些問題。並且需要該天線可以在RFID系統中使用也就是要能夠覆蓋908MHZ～928MHZ頻率範圍，在頻段內要求S11小於-10dB，方向圖穩定，增益滿足要求。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題在於針對抗金屬標籤天線振子尺寸過大，不易加工，成本較高的缺點，提出一種結構簡單新穎、工作頻帶合理、特別便於阻抗匹配的抗金屬標籤天線。

本實用新型為解決以上技術問題採用以下技術方案：

一種小型化超高頻的抗金屬貼片天線，包括介質層，以及設置在介質層上的金屬貼片狀輻射單元，介質層為薄型長方體介質板，所述金屬貼片狀輻射單元由中間的主輻射單元和兩端的兩對對稱的寄生耦合金屬貼片組成；在饋電處，有一過孔穿過介質層連接至金屬物體表面。所述中間的主輻射單元的左右兩側通過開縫處理調節阻抗，兩個對稱的寄生耦合輻射單元與中間部分的主輻射單元之間保持一定寬度，從而得到合適耦合係數，回形饋電單元饋電處即晶片的安放位置，所述回形饋電單元的一個側邊通過金屬過孔穿過介質層連接到金屬表面。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述小型化超高頻的抗金屬貼片天線的總長度在45-50毫米範圍內，寬度在24-28毫米範圍內。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述金屬回形饋電單元的長度在12-14毫米範圍內，寬度在4-6毫米範圍內。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述中間的主輻射單元的長度在20-25毫米範圍內，寬度在24-28毫米範圍內。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述寄生耦合輻射單元的金屬貼片長度在10-15毫米範圍內，寬度為7-12毫米範圍內。

本實用新型小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述金屬過孔的長度在0-4毫米範圍內，直徑在0-0.5毫米範圍內。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述縫隙長度L1在10-20毫米範圍內，寬度W1、W2在1-3毫米範圍內，通過調節這些尺寸獲得阻抗匹配。

本實用新型的小型化超高頻的抗金屬貼片天線，所述介質層高度在0-4毫米範圍內，長度在45-50毫米範圍內，寬度在24-28範圍內。

本實用新型採用的技術方案與現有的技術相比具有以下技術效果：

本實用新型介質層上的抗金屬標籤天線，天線對金屬貼片狀輻射單元進行開縫隙，通過調整其縫隙的長度和寬度，達到調諧天線輸入阻抗特性的目的，在中間的主輻射單元兩側添加耦合寄生貼片，達到展寬頻帶的目的，它具有便於天線性能調諧，能夠有效地獲得較寬的帶寬得優點；結構簡單、便於實現的工藝；成本低廉，保證天線兼備良好的電氣與機械性能。

附圖說明

圖1是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的立體結構示意圖。

圖2是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的安裝環境的示意圖。

圖3是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的S11特性圖。

圖4是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的915MHz時0°和90°輻射方向圖。

圖5是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的915MHz且0°安放在200mmx200mm和400mmx400mm金屬板上的輻射方向圖。

圖6是小型化超高頻的抗金屬貼片天線的915MHz且90°安放在200mmx200mm和400mmx400mm金屬板上的輻射方向圖。

為更清楚說明天線的結構，圖7將圖1的小型化超高頻的抗金屬貼片天線的立體結構示意圖中的金屬貼片部分標記為分布著點狀圖形的部分。

圖中標號：1-介質層；2-回形饋電單元；3-主輻射單元；4-第一寄生耦合金屬貼片；5-第二寄生耦合金屬貼片；8-金屬過孔；9-縫隙；10-晶片；11-固定螺母；12-金屬物體。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的技術方案做進一步的詳細說明：

本實用新型公開了一種小型化超高頻的抗金屬貼片天線，包括介質層1，以及設置在介質層1上的金屬貼片狀輻射單元，所述介質層1為薄型長方體介質板，所述金屬貼片狀輻射單元通過開縫處理由一對縫隙9分割成中部的主輻射單元3和兩端的寄生耦合輻射單元，所述的寄生耦合輻射單元包括呈左右兩兩對稱的第一寄生耦合金屬貼片4及第二寄生耦合金屬貼片5；在主輻射單元3緊靠底邊的中部處由金屬條形成封閉的矩形稱為回形饋電單元2，所述回形饋電單元2的外部被三條相連通的矩形縫隙包圍，回形饋電單元2內部矩形部分不設金屬貼片；所述回形饋電單元2上還設有晶片10；在主輻射金屬貼片的饋電處，設有一金屬過孔8貫穿介質層1用於連接至金屬物體表面。

作為優選方案，所述分割主輻射單元3、第一寄生耦合金屬貼片4及第二寄生耦合金屬貼片5的一對縫隙9左右對稱分布在主輻射單元3兩端呈兩個「十」字型。

作為優選方案，所述天線通過調節分割主輻射單元3、第一寄生耦合金屬貼片4及第二寄生耦合金屬貼片5的縫隙9的尺寸，即通過調節其橫向縫隙的長度L1及寬度W1以及其豎向縫隙的寬度W2獲得阻抗匹配，達到調諧天線輸入阻抗特性的目的。

作為優選方案，所述小型化超高頻的抗金屬貼片天線的總長度L在45-50毫米範圍內，寬度在24-28毫米範圍內。

作為優選方案，所述金屬回形饋電單元2的長度a在12-14毫米範圍內，寬度b在4-6毫米範圍內。

作為優選方案，所述主輻射單元3的長度c在20-25毫米範圍內，寬度d在24-28毫米範圍內。

作為優選方案，每個組成所述第一寄生耦合金屬貼片4及第二寄生耦合金屬貼片5的金屬貼片為形狀相同的矩形，其長度e在10-15毫米範圍內，寬度f在7-12毫米範圍內。

作為優選方案，所述金屬過孔8設於回形饋電單元2處，其長度H在0-4毫米範圍內，直徑在0-0.5毫米範圍內，所述晶片10設於回形饋電單元2底邊中央。

作為優選方案，所述縫隙9橫向縫隙的長度L1在10-20毫米範圍內，橫向縫隙的寬度W1及豎向縫隙的寬度W2均在1-3毫米範圍內。

作為優選方案，所述介質層1長度在45-50毫米範圍內，寬度在24-28範圍內。

實施例一

本實用新型公開了一種小型化超高頻的抗金屬貼片天線，包括介質層1，介質層1為薄型長方體介質板，以及設置在介質層1上的金屬貼片狀輻射單元，在輻射單元進行開縫處理，中間部分的主輻射單元3的兩端為兩對對稱的寄生耦合金屬貼片；在主輻射單元3的饋電處，有一過孔8穿過介質層1連接至金屬物體表面，過孔8為圓柱體金屬。

結合圖1、圖2，所述小型化超高頻的抗金屬貼片天線可通過連接用的固定螺母11直接安裝在金屬物體12表面上。

具體範例：當相關參數為(單位mm)：小型化超高頻的抗金屬貼片天線的總長度L為45；縫隙9橫向縫隙的長度L1為19，橫向縫隙寬度W1＝1.4，豎向縫隙寬度W2為1.3；主輻射單元3的長度c為23，寬度d為24；金屬過孔8的長度H為3；第一寄生耦合金屬貼片4及第二寄生耦合金屬貼片5的金屬貼片的寬度f均為7.2

對照附圖3，給出了900MHz－930MHz頻段上小型化超高頻的抗金屬貼片天線的S11特性。可見天線在902MHz～928MHz頻段上具有優良的匹配特性。完全覆蓋現有RFID系統的工作頻段。

對照附圖4，分別給出了915MHz頻點上的天線0度和90度的輻射方向圖，可見天線具有典型的定向輻射特性。

對照附圖5、圖6，分別給出了915MHz頻點上的天線在不同的200mmx200mm和400mm和400mm尺寸大小金屬板上的輻射方向圖，可見天線具有適用於不同尺寸金屬物體的特性。

小型化超高頻的抗金屬貼片天線具有性能易於調諧，體積小、工作頻帶寬，定向輻射等特點，而且實現簡單、加工成本低廉，因此可望推廣應用在RFID系統中，從而具有非常廣闊的應用前景。