專利名稱:一種小型化2.45GHz無源射頻標簽天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于射頻識別系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種小型化2.45GHz無源射頻標簽天線，它包括介質(zhì)基板以及設(shè)置在介質(zhì)基板上的天線主體和標簽芯片，其特征在于：標簽芯片設(shè)置于介質(zhì)基板的中間位置，標簽芯片兩側(cè)連接有相互中心對稱布置的天線主體，天線主體分為第一枝節(jié)和第二枝節(jié)兩部分，其中第一枝節(jié)由Hilbert分形結(jié)構(gòu)和彎折偶極子構(gòu)成，第二枝節(jié)圍繞第一枝節(jié)形成自身偶極子。本實用新型天線結(jié)合這兩種結(jié)構(gòu)有效利用空間面積，大大減小了天線尺寸，最終小型化尺寸僅為30mm*7.3mm。同時在小型化的基礎(chǔ)上，天線主體分兩個枝節(jié)共同作用拓展帶寬，保證輻射效率，覆蓋全球所需范圍，其最大增益接近2dBi。
【專利說明】-種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于于射頻識別系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種微波波段無源射頻標簽 天線。

【背景技術(shù)】
[0002] 射頻識別（RFID)基本系統(tǒng)由兩部分組成；讀寫器和電子標簽。根據(jù)電子標簽工作 時的供電方式不同，將RFID系統(tǒng)分為無源RFID系統(tǒng)、半無源RFID系統(tǒng)和有源RFID系統(tǒng)。
[0003] 無源RFID系統(tǒng)的電子標簽即稱為無源電子標簽，目前的典型結(jié)構(gòu)是由標簽巧片、 標簽天線和標簽基板=部分組成。無源電子標簽的應(yīng)用常常附著于待識別物品的表面，甚 至嵌入待識別物品內(nèi)部或包裝層中。為適合應(yīng)用需求的多樣性要求，無源電子標簽的小型 化設(shè)計、變形化設(shè)計是電子標簽設(shè)計主要方面。無源電子標簽的外形主要決定于標簽天線 的外形，因而標簽天線的設(shè)計在很大程度上決定著標簽巧片性能的發(fā)揮。
[0004] 無源電子標簽工作的前提條件是標簽巧片獲得能量必須超過巧片工作的最小口 限功率Pmin，也稱其為無源電子標簽的靈敏度。因而，為了提高無源電子標簽在給定讀寫器 場強下的有效閱讀距離，從標簽天線設(shè)計角度應(yīng)盡可能達到標簽天線阻抗在工作頻帶內(nèi)與 標簽巧片阻抗的最佳匹配，W實現(xiàn)標簽天線在讀寫器場中向標簽巧片傳送最大的功率。文 獻[1]對該樣的技術(shù)做了全面總結(jié)。標簽天線設(shè)計的基本思路即是改變天線的阻抗曲線， 匹配標簽巧片的阻抗曲線。具體的實現(xiàn)方法可歸結(jié)為天線的各種加載技術(shù)。典型的加載方 法有；利用集總元件加載；利用介質(zhì)材料加載；利用短路技術(shù)加載；利用天線的周圍環(huán)境加 載；利用天線的彎折或孔徑變化實現(xiàn)加載。其實，該種改變天線結(jié)構(gòu)的加載技術(shù)和分形天線 的基本思想是一致的，而分形天線的設(shè)計思想又源于分形幾何或分形理論的發(fā)展。
[0005] 在低頻和高頻波段，標簽已經(jīng)發(fā)展相對成熟，主要商用于近距離識別系統(tǒng)。而在超 高頻和微波波段的RFID標簽方面，尤其是無源標簽方面，我國正致力于打破國外壟斷，形 成自己的標準與體系。而天線作為RFID標簽重要的一部分，日益受到國內(nèi)外研究人員的重 視。標簽天線在向小型化，寬頻帶，遠識別距離和低成本等方向發(fā)展，相信W后會有廣闊的 市場空間。
[0006] 在微波波段，全球使用頻帶范圍是2. 4-2. 484GHz，國際IS018000-4標準是 2. 4-2. 5細Z。 實用新型內(nèi)容
[0007] 本實用新型的目的是實現(xiàn)一種小型化全向性的微波波段無源標簽天線。
[0008] 本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是；一種小型化2. 45GHz無源射頻標 簽天線，它包括介質(zhì)基板W及設(shè)置在介質(zhì)基板上的天線主體和標簽巧片，其特征在于：標簽 巧片設(shè)置于介質(zhì)基板的中間位置，標簽巧片兩側(cè)連接有相互中屯、對稱布置的天線主體，天 線主體分為第一枝節(jié)和第二枝節(jié)兩部分，其中第一枝節(jié)由HUbed分形結(jié)構(gòu)和彎折偶極子 構(gòu)成，第二枝節(jié)圍繞第一枝節(jié)形成自身偶極子。
[0009] 所述的天線主體是由寬度為0. 2mm的銅巧貼片構(gòu)成。
[0010] 所述的介質(zhì)基板的長L是30mm，寬W是7. 3mm。
[001U 所述的標簽巧片為Atmel公司的ATA5590射頻標簽巧片，該標簽巧片在2. 45GHz 巧片阻抗為10-j30歐姆。
[0012] 所述的標簽巧片的長L1是3mm，寬化是2. 5mm。
[0013] 所述的標簽巧片與兩側(cè)的第一枝節(jié)的過渡段L2的長度是1mm。
[0014] 所述的標簽巧片經(jīng)過渡段L2通過阻抗調(diào)節(jié)臂P及第=枝節(jié)Q分別與第一枝節(jié)和 第二枝節(jié)連接，阻抗調(diào)節(jié)臂P的長度是2mm，阻抗調(diào)節(jié)臂P的寬度是0. 4mm，第S枝節(jié)Q的長 度是3mm。
[0015] 所述的第一枝節(jié)的HUbed分形結(jié)構(gòu)距用于連接標簽巧片的第S枝節(jié)Q的長度 a 是 0. 5mm，Hnbe;rt 分形結(jié)構(gòu)各部分長度分別為；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;彎折偶極子長度分別為；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm，h = 2. 4mm，k = 5mm。
[0016] 所述的第二枝節(jié)的彎折偶極子各部分長度分別為；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，s = 12. 2mm。
[0017] 所述的介質(zhì)基板厚度H是0.5mm，相對介電常數(shù)e是2. 65。
[0018] 本實用新型的有益效果：本實用新型提供的該種2. 45GHz無源射頻標簽天線，為 了保證天線的全向性，天線主體采用的是對稱偶極子天線模式，同時，為了最大限度減小天 線尺寸，天線主體采用1階HUbed分形結(jié)構(gòu)W及彎折偶極子組合的方式進行鋪展，由于 Hi Aed分形結(jié)構(gòu)具有自相似性和自填充性，能在保證福射效率的條件下，最能有效填充空 間面積。彎折偶極子自身電流相位相反，相互抵消，有效減小諧振頻率，減小天線尺寸，因 此，本實用新型天線結(jié)合該兩種結(jié)構(gòu)有效利用空間面積，大大減小了天線尺寸，最終小型化 尺寸僅為30mm*7. 3mm。同時在小型化的基礎(chǔ)上，天線主體分兩個枝節(jié)共同作用拓展帶寬，保 證福射效率，覆蓋全球所需范圍，其最大增益接近2地i。

【附圖說明】

[0019] W下將結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
[0020] 圖1是該天線的S維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是該天線結(jié)構(gòu)的反面俯視圖。
[0022] 圖3是天線在微波波段能量反射系數(shù)參數(shù)圖。
[0023] 圖4是天線在微波波段福射方向圖。
[0024] 圖中；1、標簽巧片；2、第一枝節(jié)；3、第二枝節(jié)；4、介質(zhì)基板；5、HUbed分形結(jié)構(gòu)； 6、彎折偶極子。

【具體實施方式】
[0025] 為進一步闡述本實用新型達成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，W下結(jié)合附圖 及實施例對本實用新型的【具體實施方式】、結(jié)構(gòu)特征及其功效，詳細說明如下。
[0026] 實施例1
[0027] 如圖1所示，本申請的小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，它包括介質(zhì)基板4 W及 設(shè)置在介質(zhì)基板4上的天線主體和標簽巧片1，標簽巧片1設(shè)置于介質(zhì)基板4的中間位置， 標簽巧片1兩側(cè)連接有相互中屯、對稱布置的天線主體，天線主體分為第一枝節(jié)2和第二枝 節(jié)3兩部分，其中第一枝節(jié)2由Hilbed分形結(jié)構(gòu)5和彎折偶極子6構(gòu)成，第二枝節(jié)3圍繞 第一枝節(jié)2形成自身偶極子。
[002引為了保證天線的全向性，上述天線主體采用的是對稱偶極子天線模式，對于對稱 偶極子，其臂長一般為福射波長的四分之一，當減小極子臂寬時，其臂的等效電感會變大， 所W臂寬越窄，其對應(yīng)相同福射波長的臂長越短。因此，本實用新型的天線主體是由寬度為 0. 2mm的銅巧貼片構(gòu)成。
[0029] 同時，為了最大限度減小天線尺寸，天線主體采用1階化化6的分形結(jié)構(gòu)5化及彎 折偶極子6組合的方式進行鋪展。之所W利用1階化化ed分形結(jié)構(gòu)5,是因為其具有自相 似性和自填充性，能在保證福射效率的條件下，最能有效填充空間面積。彎折偶極子6自身 電流相位相反，相互抵消，有效減小諧振頻率，減小天線尺寸。因此，本實用新型天線結(jié)合該 兩種結(jié)構(gòu)有效利用空間面積，大大減小了天線尺寸，使介質(zhì)基板4的長L僅為30mm，寬W則 是7. 3mm。同時在小型化的基礎(chǔ)上，保證福射效率，其最大增益接近2地i。
[0030] 為了拓寬天線帶寬，使其能滿足全球頻帶要求。天線主體分為兩部分，分別為第一 枝節(jié)2和第二枝節(jié)3。第一枝節(jié)2由Hilbed分形結(jié)構(gòu)和彎折偶極子構(gòu)成，第二枝節(jié)3圍繞 第一枝節(jié)2形成自身偶極子。該兩部分在2. 45GHz左右共同作用，拓展帶寬，形成150MHz 帶寬，滿足國際IS018000-4標準，覆蓋全球所需范圍。
[003U 標簽巧片1為Atmel公司的ATA5590射頻標簽巧片，該標簽巧片在2. 45GHz巧片阻 抗為10-j30歐姆，該天線在2. 45GHz附近與ATA5590射頻標簽巧片共輛匹配阻抗接近，本 實用新型在2. 45GHz中屯、頻率附近輸入阻抗約為10+j30歐姆，與巧片阻抗形成共輛匹配， 能最大效率傳輸電磁波。
[0032] 實施例2
[003引如圖2所示的2. 45GHz無源射頻標簽天線，介質(zhì)基板的長L是30mm，寬W是7. 3mm， 標簽巧片1 (也就是饋源）的長L1是3mm，寬化是2. 5mm，標簽巧片1與兩側(cè)的第一枝節(jié)2 的過渡段L2的長度是1mm。標簽巧片1經(jīng)過渡段L2通過阻抗調(diào)節(jié)臂P及第=枝節(jié)Q分別與 第一枝節(jié)2和第二枝節(jié)3連接，阻抗調(diào)節(jié)臂P的長度是2mm，阻抗調(diào)節(jié)臂P的寬度是0. 4mm， 第S枝節(jié)Q的長度是3mm，第一枝節(jié)2的化化ed分形結(jié)構(gòu)距用于連接標簽巧片1的第S枝 節(jié)Q的長度a是0. 5mm，Hi化e;rt分形結(jié)構(gòu)各部分長度分別為；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;彎折偶極子長度分別為；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm, h = 2. 4mm. k = 5mm ;第 二枝節(jié)3的彎折偶極子各部分長度分別為；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，s = 12. 2mm ; 介質(zhì)基板厚度H是0. 5mm，相對介電常數(shù)e是2. 65。
[0034] 上述參數(shù)中調(diào)節(jié)阻抗調(diào)節(jié)臂P可W微調(diào)天線諧振頻率；調(diào)節(jié)天線主體第一枝節(jié)2 末端枝節(jié)參數(shù)S和第二枝節(jié)3末端枝節(jié)參數(shù)k，可W使天線諧振頻率左右移動，帶寬隨之小 幅度變化。
[0035] 圖3中的能量反射系數(shù)re化rnloss (地）計算公式為； Z - Z*
[0036] return loss(<ffl) = 201og(| 苗站--戶 |) ^ant +
[0037] Zc是天線阻抗，Z ant是蒼片阻抗。
[003引 由圖3可知，在微波波段，其中屯、頻率為2. 45GHz，半功率帶寬（-3dB回波損耗）為 2. 37細z-2. 52細z將近150MHz帶寬。
[0039] 圖4所示為該天線在2.45GHz福射方向圖，其E面福射方向在化i = 0deg，H面福 射方向在化i = 90deg，最大增益約為2地i，福射全向性比較理想。
[0040] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限于該些說明。對于本實用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可W做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視 為屬于本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，它包括介質(zhì)基板（4) W及設(shè)置在介質(zhì)基板 (4)上的天線主體和標簽巧片（1)，其特征在于；標簽巧片（1)設(shè)置于介質(zhì)基板（4)的中間 位置，標簽巧片（1)兩側(cè)連接有相互中屯、對稱布置的天線主體，天線主體分為第一枝節(jié)（2) 和第二枝節(jié)（3)兩部分，其中第一枝節(jié)（2)由化化6的分形結(jié)構(gòu)（5)和彎折偶極子（6)構(gòu) 成，第二枝節(jié)（3)圍繞第一枝節(jié)（2)形成自身偶極子。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 天線主體是由寬度為0. 2mm的銅巧貼片構(gòu)成。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 介質(zhì)基板（4)的長L是30mm，寬W是7. 3mm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 標簽巧片（1)為Atmel公司的ATA5590射頻標簽巧片，該標簽巧片在2. 45GHz巧片阻抗為 10-j30 歐姆。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所 述的標簽巧片（1)的長L1是3mm，寬化是2. 5mm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 標簽巧片（1)與兩側(cè)的第一枝節(jié)（2)的過渡段L2的長度是1mm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所 述的標簽巧片（1)經(jīng)過渡段L2通過阻抗調(diào)節(jié)臂P及第S枝節(jié)Q分別與第一枝節(jié)（2)和第 二枝節(jié)（3)連接，阻抗調(diào)節(jié)臂P的長度是2mm，阻抗調(diào)節(jié)臂P的寬度是0. 4mm，第S枝節(jié)Q的 長度是3mm。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 第一枝節(jié)（2)的化化6的分形結(jié)構(gòu)（5)距用于連接標簽巧片（1)的第S枝節(jié)Q的長度a是 0. 5mm，Hilbe;rt 分形結(jié)構(gòu)（5)各部分長度分別為；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;彎折偶極子（6)長度分別為；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm，h = 2. 4mm，k = 5mm。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 第二枝節(jié)（3)的彎折偶極子各部分長度分別為；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，S = 12. 2inm 〇10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化2. 45GHz無源射頻標簽天線，其特征是；所述的 介質(zhì)基板厚度H是0. 5mm，相對介電常數(shù)e是2. 65。
【文檔編號】H01Q1-36GK204289693SQ201420467511
【發(fā)明者】史琰, 齊康 [申請人]西安電子科技大學(xué)