一種基于ebg結(jié)構(gòu)的小型抗金屬u(mài)hf標(biāo)簽天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線。本實(shí)用新型標(biāo)簽天線是在耦合饋電上加載了兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)增加標(biāo)簽天線的帶寬，又運(yùn)用EBG結(jié)構(gòu)增加增益和抗金屬特性。采用上述結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線更加緊湊，帶寬寬，且易于調(diào)節(jié)。兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生四個(gè)頻率相近的諧振頻率，進(jìn)行頻率簡(jiǎn)并，可以拓展帶寬?；宓谋巢糠胖糜蠩BG周期結(jié)構(gòu)，此EBG周期結(jié)構(gòu)作為標(biāo)簽天線的一部分。EBG周期結(jié)構(gòu)的采用實(shí)現(xiàn)抗金屬特性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于天線技術(shù)與無(wú)線通信領(lǐng)域，涉及一種加載諧振環(huán)的耦合饋電結(jié)構(gòu)和運(yùn)用電磁帶隙結(jié)構(gòu)(EBG, Electromagnetic Bandgap Structure)的小型抗金屬UHF RFID標(biāo)簽天線。

【背景技術(shù)】
[0002]作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別(Rad1 FrequencyIdentificat1n, RFID)技術(shù)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間稱(chēng)合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的。同其它識(shí)別技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其是隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和制造技術(shù)水平的不斷提高，采用無(wú)線電和雷達(dá)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的射頻識(shí)別技術(shù)的發(fā)展非常迅速，在諸如貨物采購(gòu)與分配、商業(yè)貿(mào)易、生產(chǎn)制造、防盜技術(shù)、識(shí)別技術(shù)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域中，具有巨大的發(fā)展和應(yīng)用潛力。這使得作為RFID系統(tǒng)關(guān)鍵部件的天線的設(shè)計(jì)和研究變得十分緊要和迫切。
[0003]RFID標(biāo)簽天線作為RFID系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能將極大的影響整個(gè)RFID系統(tǒng)的效率與質(zhì)量。影響RFID天線性能的主要因素包括天線的尺寸、工作頻段、阻抗及增益等。目前標(biāo)簽天線主要采用偶極子天線及其變形形式、平面倒F天線、縫隙天線、圓形天線等。最近國(guó)內(nèi)外的天線研究主要集中在標(biāo)簽天線的抗金屬特性及小型化等方面。目前實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽天線抗金屬的方式主要采用微帶天線和倒F天線形式，采用AMC和EBG結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線卻很少見(jiàn)。出于抗金屬和高增益的考慮，本設(shè)計(jì)提出了一種新穎的基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線。
[0005]本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:
[0006]基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線，共有五層。
[0007]頂層為兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)加載在耦合饋電結(jié)構(gòu)中的彎折偶極子結(jié)構(gòu)且芯片焊接在chip處。次定層為微波高頻介質(zhì)板。中間層為EBG結(jié)構(gòu)的上表面。次底層為EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板。底層為金屬地板。
[0008]所述芯片采用的是Alien公司的Higgs系列。
[0009]整個(gè)天線的尺寸為49mm X 28mm。
[0010]本實(shí)用新型具有的有益效果是:本實(shí)用新型的UHF RFID標(biāo)簽天線具有小型結(jié)構(gòu)，且天線的帶寬能夠覆蓋全球的UHF射頻識(shí)別頻段，同時(shí)天線在基板的上半空間具有良好的全向性，其閱讀距離滿足一般的需求?？少N附于包含金屬材料在內(nèi)不同物質(zhì)屬性的目標(biāo)物體表面使用。同時(shí)該天線具有良好的可調(diào)節(jié)特性，可通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)口諧振環(huán)尺寸來(lái)調(diào)節(jié)天線的匹配。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為標(biāo)簽天線的主視圖；
[0012]圖2為標(biāo)簽天線的側(cè)視圖；
[0013]圖3為標(biāo)簽天線的俯視圖；
[0014]圖4為標(biāo)簽天線的EBG周期結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0015]圖5為標(biāo)簽天線的回波損耗圖；
[0016]圖6為915MHz時(shí)標(biāo)簽天線的輻射方向圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型盡心進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0018]本設(shè)計(jì)的標(biāo)簽天線是在耦合饋電上加載了兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)增加標(biāo)簽天線的帶寬，又運(yùn)用EBG結(jié)構(gòu)增加增益和抗金屬特性。采用上述結(jié)構(gòu)的標(biāo)簽天線更加緊湊，帶寬寬，且易于調(diào)節(jié)。兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生四個(gè)頻率相近的諧振頻率，進(jìn)行頻率簡(jiǎn)并，可以拓展帶寬。基板的背部放置有EBG周期結(jié)構(gòu)，此EBG周期結(jié)構(gòu)作為標(biāo)簽天線的一部分。EBG周期結(jié)構(gòu)的采用實(shí)現(xiàn)抗金屬特性。本實(shí)用新型的標(biāo)簽天線不僅僅應(yīng)對(duì)抗金屬，而且對(duì)于復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用，也顯示出極為出色的抗干擾能力，所以本設(shè)計(jì)的RFID標(biāo)簽天線是一種比較好的選擇。
[0019]如圖1、2、3所示，根據(jù)本實(shí)用新型是基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線，其自上而下共五層結(jié)構(gòu)，包括頂層是兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)加載在耦合饋電結(jié)構(gòu)中的彎折偶極子且芯片焊接在chip處、其次一種微波高頻介質(zhì)板、然后下面是EBG結(jié)構(gòu)的上表面、接著是EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板以及最下層是金屬地板。
[0020]如圖3所示，它是由2對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)加載在饋電結(jié)構(gòu)上；中間部分部分四條垂直的矩形條構(gòu)成一對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)，諧振環(huán)是垂直放置的，是為了結(jié)構(gòu)的緊湊，水平的一對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)位于垂直放置的諧振環(huán)中間，一大一小。采用空間耦合進(jìn)行饋電的方式，加載諧振環(huán)及此種饋電方式可以拓寬天線的帶寬。天線的輻射枝節(jié)采用彎折線的形式來(lái)減小尺寸。具體天線的參數(shù)如下:L=35, ff=18, Α1=20.6，Α2=18, Α3=16, Α4=15.5，Α5=13, m=8.3，η=3.I,a=10.7, b=7.3, c=l, s=8.3, h=2.8, wl=l, g=0.7, gl=l, w2=l.5, w3=2.5, d=0.6。各參數(shù)的單位為mm。
[0021]天線的EBG周期結(jié)構(gòu)的俯視圖，如圖4所示，它是由方形面EBG結(jié)構(gòu)單元周期組成的，其單元的邊長(zhǎng)為ss，單元與單元之間的縫隙為gap。EBG的上表面通過(guò)短路針與最后層的地板進(jìn)行連接，短路的半徑為rr。具體的參數(shù)ss=28, gap=lmm, rr=lmm。
[0022]該天線仿真的回波損耗圖，如圖5所示,所采用的芯片是Alien公司的Higgs系列。調(diào)整耦合饋電結(jié)構(gòu)調(diào)整天線的匹配結(jié)構(gòu)，最終的帶寬覆蓋了 860MHz、60MHz整個(gè)超高頻頻段。且中心頻率在915MHz。
[0023]標(biāo)簽天線的仿真輻射方向圖，如圖6所示，在EBG周期結(jié)構(gòu)的上半平面，標(biāo)簽天線表現(xiàn)為良好的輻射特性，且天線的增益在915MHz時(shí)約為1.3dBi，具有不錯(cuò)的增益。
[0024]本實(shí)用新型的RFID標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0025](I)標(biāo)簽天線的尺寸小且閱讀距離遠(yuǎn)。如圖1，整個(gè)天線的尺寸只有49mm X 28mm,是RFID天線中較為小型的類(lèi)型。標(biāo)簽的最遠(yuǎn)閱讀距離可以達(dá)到9.59m，遠(yuǎn)超過(guò)類(lèi)似尺寸的其他RFID標(biāo)簽。
[0026](2)標(biāo)簽天線帶寬覆蓋世界整個(gè)超高頻頻段，且工作良好。如圖5所示，天線可以正常工作在915MHz頻點(diǎn)下，完全可以滿足大多數(shù)RFID應(yīng)用場(chǎng)合的設(shè)計(jì)需要。
[0027](3)標(biāo)簽天線在其上半空間具有良好的輻射特性。
[0028](4)加載EBG周期結(jié)構(gòu)作為反射地板。該結(jié)構(gòu)的加載使標(biāo)簽天線的具有抗金屬特性，且基本不受金屬環(huán)境的影響，另外也相應(yīng)增加了天線的讀取距離，使其定向性。
[0029]本實(shí)用新型陳述了一種加載了兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的耦合饋電方式的小型抗金屬UHF RFID標(biāo)簽天線，創(chuàng)新性地將開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)加載在天線饋電的結(jié)構(gòu)上，同時(shí)運(yùn)用了超材料之一的EBG周期結(jié)構(gòu)做為標(biāo)簽天線的反射底板，使得RFID天線帶寬覆蓋整個(gè)超高頻段且具有抗金屬特性，同時(shí)整個(gè)天線尺寸很小，且在天線面的上表面具有良好的輻射特性，適用于貼附在目標(biāo)物體的表面，而且可以在復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)用。本設(shè)計(jì)采用的介質(zhì)板常見(jiàn)且價(jià)格便宜。而其結(jié)構(gòu)加工制作簡(jiǎn)單方便且成本低廉。綜上所述，設(shè)計(jì)出的RFID標(biāo)簽天線不僅克服了傳統(tǒng)RFID天線的只適用于簡(jiǎn)單應(yīng)用環(huán)境問(wèn)題，而且還具有尺寸小，閱讀距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)，因此有著廣闊的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)潛力。
【權(quán)利要求】
1.一種基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線，共有五層，其特征在于: 頂層為兩對(duì)開(kāi)口諧振環(huán)加載在耦合饋電結(jié)構(gòu)中的彎折偶極子結(jié)構(gòu)且芯片焊接在chip處； 次定層為微波高頻介質(zhì)板； 中間層為EBG結(jié)構(gòu)的上表面； 次底層為EBG結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板； 底層為金屬地板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線，其特征在于:所述芯片采用的是Alien公司的Higgs系列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于EBG結(jié)構(gòu)的小型抗金屬UHF標(biāo)簽天線，其特征在于:整個(gè)天線的尺寸為49mm X 28mm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK203839507SQ201420154955
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】項(xiàng)鐵銘, 趙學(xué)田, 孟超, 張范琦 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)