面向超高频无源RFID分布式覆盖应用的微带漏泄天线的制作方法

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种面向超高频(uhf)无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线。

背景技术

射频识别(rfid)技术，作为构建物联网的关键技术受到了人们越来越多的关注。近几年来，其应用领域出现了一些新的需求，主要表现在如何对某一指定的区域实现分布式覆盖，特别是该区域为一狭长区域时，如图书馆的长排分层书架、工业生产中的流水作业线，安防电子围栏所监控的区域，智能家居中的非规则覆盖区域等等。传统的定向辐射天线因其波束覆盖区域不够灵活，无法胜任。为解决这一rfid分布式覆盖应用需求，目前采用的解决方案一般由多天线同时工作来覆盖指定的区域，这通常会增加整个系统的成本，而且系统布置复杂度较高。

考虑到上述物联网应用需求的特点，在传统微带线的金属地板层刻蚀经过特殊设计的周期缝隙可同时实现能量的传输与辐射，形成的微带漏泄天线作为rfid阅读器天线有望提供有效的解决方案，实现对指定区域的分布式覆盖。基于此，本发明设计了一种面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，该rfid天线具有平面结构有利于共形安装，具有较好的隐蔽性，同时采用物理发泡介质作为微带线的介质基板可以进一步的降低成本，减轻重量，从而可以有效的应用于图书馆、仓储货架、智能家居、安防围栏等物联网领域解决一些新的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种长条形微带漏泄天线，可应用为超高频无源rfid阅读器天线实现对特定狭长型区域的分布式覆盖，进而有效识别该区域的标签。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，包括由上到下依次布置的金属微带层、介质基板和金属地板层，所述的金属地板层开有基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合。

本方明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，所述介质基板涵盖fr4，f4b、物理发泡介质板等多种介质基板。

本方明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，所述基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合为多个八字缝隙单元横向周期性排列或纵向周期性排列。

本方明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，当所述基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合的八字缝隙单元纵向排列，八字缝隙单元个数为3个或多个，缝隙长度、宽度相等或不等，间距可为等间距或非等间距。

本方明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，当所述基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合的八字缝隙单元横向排列，八字缝隙单元个数为4个或多个，缝隙长度、宽度相等或不等，间距可为等间距或非等间距。

本方明的面向超高频无源rfid分布式覆盖应用的微带漏泄天线，为提高天线工作时沿线标签阅读均匀性，可根据实际天线适当改变端接负载形式。

由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的面向超高频无源rfid近场阅读的长条型微带漏泄天线，具有高能量泄露和远距离传输的特点，可以作为阅读器天线实现特定狭长型区域的分布式覆盖。

附图说明

图1为微带漏泄天线作为无源rfid系统阅读器天线分布式覆盖示意图。

图2为本发明实施例中微带漏泄天线结构示意图。

图3为本发明实施例中微带漏泄天线地板纵向缝隙结构图。

图4为本发明实施例中微带漏泄天线地板横向缝隙结构图。

图5为本发明实施例中微带漏泄天线沿线不同距离处电场强度分布曲线。

图6为本发明实施例中微带漏泄天线不同负载下30cm处电场强度分布曲线。

图中附图标记含义为：1为金属微带线，2为介质基板，3为金属地板层，4为周期性八字缝隙单元的缝隙组合。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的应用于超高频无源rfid的微带漏泄天线，其较佳的具体实施方式是：

包含由上到下依次布置的金属微带线、介质基板层、金属地板层，所述的金属地板层开有基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合。

所述的基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合为横向排列或者纵向排列的多个缝隙组合

当所述的基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合为纵向排列的多缝隙组合，采用三缝隙组合结构。

当所述的基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合为横向排列的多缝隙组合，采用四缝隙组合结构。

本发明的面向超高频无源rfid应用的微带漏泄天线，用作为无源rfid阅读器天线，具有电磁信号边传输边辐射的特点。作为超高频无源rfid阅读器天线，微带线漏泄天线可实现对特定狭长型区域内天线沿线的标签有效识别。

本发明中，所述的微带漏泄天线采用长距离设计，长度可以根据应用场合需求进行合理设计，金属地板层采用基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合的开缝模式。

所述的基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合，以多缝隙组合形式出现，并且可以采用多缝隙纵向排列和横向排列方式。

优选地，所述的介质基板采用物理发泡介质，可有效的降低设计成本同时减轻天线的重量。

优选地，所述基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合采用纵向三缝隙排列方式，可以使得微带漏泄天线在较短距离设计时沿线能量辐射增大，有利于在短距离天线结构下加强对无源标签的阅读距离。

优选地，所述基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合采横向四缝隙排列方式，可以使得微带漏泄天线在长距离设计时沿线具有相对均匀的能量分布，有利于增加微带漏泄天线沿线无源标签的识别率。

优选地，所述的微带漏泄天线工作时，终端负载可根据实际应用场合调端接负载形式，提升天线沿线标签阅读均匀性。

本发明的有益效果：

本发明提出的应用于超高频无源rfid系统的微带漏泄天线，给微带漏泄天线带来了一种全新的应用模式和设计模式。

1.本发明采用的在微带线地板进行开缝设计，可以提高双向的电磁能量泄露，在某些应用场合具有很好的应用价值。

2.采用纵向多缝隙排列的八字结构缝隙设计，通过改变缝隙倾斜角度可以改变沿线能量辐射大小，最终使得微带漏泄天线在长度较短的应用场合具有较远的阅读距离。

3.采用横向多缝隙排列的八字结构缝隙设计，适用于长距离微带漏泄天线设计，横向排列结构可以使得沿线能量分布相对均匀，提高天线覆盖范围下无源标签的识别率。

4.与传统的近场超高频rfid阅读器天线相比，此微带漏泄天线可实现对特定狭长型区域的分布式覆盖，从而有效的解决物联网领域中一些新的需求。

具体实施例：

为使本发明的上述目的、特点和优点更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

参照图2，本发明提供了一种沿线能量泄露均匀的微带漏泄天线实施例1的结构图，具体包括微带金属层1、介质基板层2、金属地板层3以及金属地板层3的基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合4。

此结构是以微带线为基础结构，设计作为超高频无源rfid天线，工作中心频率为915mhz，微带线特性阻抗为50欧姆，微带线层金属微带宽度w1可以由微带线特征阻抗公式求得：

其中，h表示介质基板的厚度，εr为介质基板的相对介电常数，t表示微带线金属层厚度。

采用横向或纵向多缝隙排列方式的八字缝隙结构，其周期可以由下面公式确定：

其中λ0为天线中心工作频率下的波长，c为真空中电磁波传播速度，f0为微带漏泄天线在rfid系统中的中心工作频率，εr为微带漏泄天线的介质基板的相对介电常数,p为八字缝隙单元周期的长度。

各缝隙宽度长、宽度的取值为：

20mm≤li≤40mm

2mm≤wi≤4mm

采用纵向多缝隙组合形成八字缝隙单元，典型如图3所示，其各缝隙间距取值为：10mm≤m≤20mm，调整各缝隙的长度、宽度及间距的大小可以控制缝隙单元之间能量耦合程度，从而改变总体辐射性能。

倾斜角θ的取值范围为55°≤θ≤65°，θ角度越大则缝隙纵向切割电流程度增加，沿线漏泄的电磁能量增加，同时传输损耗加剧。

以上各参数的取值原则是：缝隙周期p要根据设计微带漏泄天线长度和漏波天线周期公式综合考虑取值；缝隙宽度取值范围在上述区间内；缝隙长度l取值根据地板宽度大小和微带漏泄天线设计长度决定，当l增大时传输损耗加剧，能量传输距离变短，天线实际可工作距离变短。

上述实施方案中八字缝隙单元排列方式也可以进行如下调整：

基于周期性八字缝隙单元的缝隙组合4的八字缝隙单元由纵向多缝隙排列改变成横向多缝隙平行排列，典型如图4所示，此时微带漏泄天线沿线辐射加强，天线工作长度变短。

采用横向多缝隙组合形成八字缝隙单元，横向各缝隙的间距m取值范围改为5mm≤m≤10mm。

一般地，采用如图2所示的多缝隙周期性八字单元，漏泄微带线工作时，终端负载模式可以根据设计的长度和尺寸选择不同负载形式来增加天线沿线标签阅读的均匀性。

采用图3所示的地板缝隙模式作为数值计算例子：这里举例只是为了演示上述实施方法应用到具体的微带漏泄天线设计上，并不表示上述实施方案只适用以下所列的数据。

选取介质基板为物理发泡介质基板，其相对介电常数为1.26，介质基板厚度为2mm，宽度为40mm，上层金属微带线宽度为40mm，厚度为0.035mm的金属铜层。选取开缝周期p＝243.5mm；缝隙等长度l＝21.3mm；缝隙等宽度w＝4mm；平行缝隙等间距m＝16.8mm；缝隙倾斜角θ＝59°，天线总长度为6个周期，长为1461mm。

在hfss全波三维电磁仿真软件中进行模型仿真，微带漏泄天线输入端功率为1w，终端接有匹配负载，图5给出了微带漏泄天线沿线不同距离处极化方向上电场强度分布曲线。对微带漏泄天线正上方30cm处的电场强度进行计算，90％以上区域电场强度值大于0.8v/m。对于常见的超高频无源标签，以alien9662为例，其最小激活功率一般为-15dbm，计算得到对应的可激活标签的最小电场强度值为0.478v/m。图6给出了在三种特殊端接负载模式下微带漏泄天线沿线30cm处电场强度分布曲线，从图中可以看出将匹配负载进行改变可以提高沿线电场分布，增加沿线标签识别率。因此，微带漏泄天线应用作为超高频无源rfid阅读器天线，在1w功率输入下，微带线漏泄天线沿线30cm处对无源标签识别率可以达到90％以上。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围内并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。