一種多層結構的射頻識別天線的製作方法

2023-12-11 05:31:57 1

本實用新型涉及射頻識別技術領域，特別是一種多層結構的射頻識別天線。

背景技術：

射頻識別（RFID）技術促進物RFID天線聯網飛速發展，而則是物聯網實際應用中的一個關鍵部件。為了能夠正確識別任意方位的電子標籤，RFID天線採用圓極化形式，並以其體積小、重量輕、成本低的微帶天線而常見。

微帶天線的饋電方式對天線的帶寬、增益及駐波比等性能參數影響至關重要，最為簡單的饋電方式為單饋法，利用簡併模分離元形式得到輻射波的圓極化形式。但由於分離元的形式、饋點以及位置對天線指標影響甚大，建模及仿真難度大，仿真和實際測試結果間存在較大誤差，需經過反覆調試校準，導致天線研製周期增加，成品率下降。另外，雙饋法技術結合加載集總電容、電感器件可以有效地改善天線軸比帶寬，但集總元件射頻寄生參數難以準確提取，使得加載技術饋電網絡設計的難度大大增加。再者，有學者提出的S型水平蜿蜒帶條饋電技術，能顯著提高天線增益，但其較大的天線尺寸，不適合於微帶天線小型化應用。

技術實現要素：

本實用新型的發明目的在於：針對上述存在的問題，提供了一種多層結構的射頻識別天線。

本實用新型採用的技術方案是這樣的：一種多層結構的射頻識別天線，具體包括上FR4板、下FR4板、主輻射貼片、寄生貼片、四個支撐柱、接地面和3dB電橋，所述主輻射貼片位於下FR4板的上表面的中央，所述寄生貼片位於上FR4板的上表面，所述主輻射貼片為邊長L1的正方形結構，所述寄生貼片和上FR4板為邊長L2的正方形結構，所示下FR4板為邊長L3的正方形結構，所述邊長L1＜ L2＜L3，所述上FR4板和下FR4板之間平行並通過四個支撐柱連接，所述上FR4板和下FR4板之間具有空氣介質層，所述接地面和3dB電橋設置在下FR4板的下表面，所述下FR4板的下表面設置了SMA接頭。

進一步的，所述主輻射貼片設置了2個金屬化通孔，所述金屬化通孔與3dB電橋的輸出埠連接。

進一步的，所述上FR4板的下表面無金屬層。

進一步的，所述支撐柱包括依次連接的第一支撐段、第二支撐段和第三支撐段，所述第一支撐段貫穿下FR4板，所述第一支撐段在下FR4板的下表面具有限位接頭，所述第二支撐段的直徑大於第一支撐段的直徑，第二支撐段位於上FR4板和下FR4板之間，所述第二支撐段的上端與上FR4板的下表面接觸，所述第三支撐段貫穿上FR4板，所述第三支撐段的直徑小於第二支撐段，所述地第三支撐段的上端具有呈圓弧面的限位接頭。

進一步的，所述下FR4板的厚度h1的取值範圍為3-3.5mm，所述上FR4板的厚度h2的取值範圍為2.5-3mm，所述空氣介質層的厚度h的取值範圍為13-15mm。

進一步的，所述下FR4板厚度h1為3.5mm，所述上FR4板厚度h2為3mm，所述空氣介質層的厚度h為15mm。

進一步的，所述3dB電橋包括第一主臂線、第二主臂線、第一支線、第二支線、輸入埠、第一輸出埠、第二輸出埠和隔離埠，所述第一主臂線長度為四分之一波長，所述第一主臂線包括第一主臂線Ⅰ段、第一主臂線Ⅱ段和第一主臂線Ⅲ段，所述第一主臂線Ⅰ段和第一主臂線Ⅲ段均垂直於第一主臂線Ⅱ段，所述第二主臂線長度為四分之一波長，所述第二主臂線包括第二主臂線Ⅰ段、第二主臂線Ⅱ段和第二主臂線Ⅲ段，所述第二主臂線Ⅰ段和第二主臂線Ⅲ段均垂直於第二主臂線Ⅱ段，所述第一主臂線Ⅰ段和第二主臂線Ⅰ段通過第一支線連接，所述第一支線呈「L」型，所述第一主臂線Ⅲ段和第二主臂線Ⅲ段通過第二支線連接，所述第二支線呈「L」型，所述第一主臂線Ⅰ段和第一支線的連接處設置第一輸出埠，所述第二主臂線Ⅰ段與第一支線的連接處設置第二輸出埠，所述第一輸出埠和第二輸出埠分別具有金屬化通孔，所述第一主臂線Ⅲ段與第二支線的連接處設置輸入埠，所述第二主臂線Ⅲ段與第二支線連接處設置隔離埠，所述隔離埠處設置了隔離電阻。

綜上所述，由於採用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型在於採用兩塊普通的FR4基板，並對金屬層進行部分腐蝕，該射頻識別天線駐波比和增益性能得到提高，而且天線體積小、成本低、結構緊湊；

2.本實用新型易於加工，複製性好，部分採用印製電路板集成，便於大批量生產，降低成本；

3.本實用新型多層結構的射頻識別天線的駐波比和增益性能得到提高；

4.本實用新型的3dB電橋將天線的相對阻抗帶寬增加到了51%，從而進一步改善天線的電性能指標。

附圖說明

圖1是本實用新型多層結構的射頻識別天線的結構示意圖。

圖2是本實用新型3dB電橋的結構示意圖。

圖中標記：下FR4板-1，上FR4板-2，SMA接頭-3，3dB電橋-4，接地面-5，主輻射貼片-6，寄生貼片-7，第一支撐段-8，第二支撐段-9，第三支撐段-10，金屬化通孔-11，第一主臂線-12，第二主臂線-13，第二支線-14，第一支線-15，輸入埠-16，第一輸出埠-17，第二輸出埠-18，隔離埠-19，隔離電阻-20，金屬化通孔-21。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。

如圖1所示，一種多層結構的射頻識別天線，具體包括上FR4板2、下FR4板1、主輻射貼片6、寄生貼片7、四個支撐柱、接地面5和3dB電橋4，所述主輻射貼片6位於下FR4板1的上表面的中央，所述寄生貼片7位於上FR4板2的上表面，所述主輻射貼片6為邊長L1的正方形結構，所述寄生貼片7和上FR4板2為邊長L2的正方形結構，所示下FR4板1為邊長L3的正方形結構，所述邊長L1＜ L2＜L3，所述上FR4板2和下FR4板1之間平行並通過四個支撐柱連接，所述上FR4板2和下FR4板1之間具有空氣介質層，所述接地面5和3dB電橋4設置在下FR4板的下表面，所述下FR4板的下表面設置了SMA接頭3。採用上FR4板2和下FR4板1，並對板表面的主輻射貼片6、寄生貼片7的大小關係和位置進行設置，使增益性能和駐波比得到改善，為了防止 3dB電橋4中的帶線短路，印製電路板表面進行了塗覆絕緣漆。

所述主輻射貼片6設置了2個金屬化通孔11，所述金屬化通孔11與3dB電橋4的輸出埠連接。所示3dB電橋4具有2個輸出埠，3dB電橋4的輸出埠通過金屬化通孔11實現對主輻射貼片6的探針饋電。

所述上FR4板2的下表面無金屬層，所述上FR4板2的下表面的金屬層被腐蝕掉。上表面的金屬層即寄生貼片7保留作為輻射單元。

所述支撐柱包括依次連接的第一支撐段8、第二支撐段9和第三支撐段10，所述第一支撐段8貫穿下FR4板1，所述第一支撐段8在下FR4板的下表面具有限位接頭，所述第二支撐段9的直徑大於第一支撐段8的直徑，第二支撐段9位於上FR4板2和下FR4板1之間，所述第二支撐段9的上端與上FR4板2的下表面接觸，所述第三支撐段10貫穿上FR4板2，所述第三支撐段10的直徑小於第二支撐段9，所述地第三支撐段10的上端具有呈圓弧面的限位接頭。所述支撐柱採用熟料支撐柱，簡單而有效地實現了上FR4板2和下FR4板1之間的支撐，而且實現了機械連接穩定，不會對天線的電磁性能產生影響。

所述下FR4板2的厚度h1的取值範圍為3-3.5mm，所述上FR4板1的厚度h2的取值範圍為2.5-3mm，所述空氣介質層的厚度h的取值範圍為13-15mm。

所述下FR4板2厚度h1為3.5mm，所述上FR4板1厚度h2為3mm，所述空氣介質層的厚度h為15mm。

如圖2所示，所述3dB電橋4包括第一主臂線12、第二主臂線13、第一支線15、第二支線14、輸入埠16、第一輸出埠17、第二輸出埠18和隔離埠19，所述第一主臂線12長度為四分之一波長，阻抗為50歐姆，所述第一主臂線12包括第一主臂線Ⅰ段、第一主臂線Ⅱ段和第一主臂線Ⅲ段，所述第一主臂線Ⅰ段和第一主臂線Ⅲ段均垂直於第一主臂線Ⅱ段，所述第二主臂線13長度為四分之一波長，阻抗為50歐姆，所述第二主臂線13包括第二主臂線Ⅰ段、第二主臂線Ⅱ段和第二主臂線Ⅲ段，所述第二主臂線Ⅰ段和第二主臂線Ⅲ段均垂直於第二主臂線Ⅱ段，所述第一主臂線Ⅰ段和第二主臂線Ⅰ段通過第一支線15連接，所述第一支線15呈「L」型，阻抗為35.4歐姆，長度小於四分之一波長，所述第一主臂線Ⅲ段和第二主臂線Ⅲ段通過第二支線14連接，所述第二支線14呈「L」型，阻抗為35.4歐姆，長度小於四分之一波長，所述第一主臂線Ⅰ段和第一支線15的連接處設置第一輸出埠17，所述第二主臂線Ⅰ段與第一支線15的連接處設置第二輸出埠18，所述第一輸出埠17和第二輸出埠18分別具有金屬化通孔21，此處為天線饋電端，所述第一主臂線Ⅲ段與第二支線14的連接處設置輸入埠16，所述第二主臂線Ⅲ段與第二支線14連接處設置隔離埠19，無信號輸出，所述隔離埠19處設置了隔離電阻20。所述3dB電橋4整體呈「L」型。

本實用新型的結構可以使天線駐波比小於2的頻寬範圍為580-1050MHz，相對阻抗帶寬達到51%；在850-1010MHz頻帶內天線軸比小於3dB，相對軸比帶寬達到17%，具有較好圓極化性能。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。