一种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，包括介质层、天线层、地板层和射频识别标签芯片，天线层位于介质层之上，地板层位于介质层之下，天线层包括：第一金属贴片区域，开有第一预设区域并桥接有第一温控开关；第二金属贴片区域，开有第二预设区域并桥接有第二温控开关；其中，第一金属贴片区域和第二金属贴片区域通过射频识别标签芯片间隔设置，射频识别标签芯片与金属贴片区域连接，第一、第二温控开关分别根据环境温度调节第一金属贴片区域的第一频点和第二金属贴片区域的第二频点。本发明具有如下优点：采用无源设计，使得传感节点趋向于微型化，持久化；无源传感节点体积更小，安装方便，无需更换电池，节能环保。
【专利说明】
-种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线
技术领域
[0001] 本发明设及天线技术领域，具体设计一种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重 构传感天线。
【背景技术】
[0002] 如今，人们关注自然环境的变化，有大量的传感器用于环境监控环境，比如溫度、 湿度、压力等，随着技术的发展，可监控的环境变量越来越多，传感器也趋向于微型化，数字 化，智能化，多功能化，系统化，网络化。
[0003] 目前，所用的传感器多为有源传感器，运些传感器需要携带电池，运样有两个缺 点，一是使得传感节点大小无法进一步缩小，且无法用于一些特殊的环境;二是电池电量限 制了传感器的有效时间，需要频繁更换电池。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构 传感天线。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种用于环境监测的双频高灵敏度无 源可重构传感天线，包括介质层、天线层、地板层和射频识别标签忍片，所述天线层位于所 述介质层之上，所述地板层位于所述介质层的下方，所述天线层包括:第一金属贴片区域， 所述第一贴片区域上开有第一预设区域，在所述第一预设区域上还桥接有第一溫控开关； 第二金属贴片区域，所述第二天线区域上开有第二预设区域，在所述第二预设区域上还桥 接有第二溫控开关;其中，所述第一金属贴片区域和所述第二金属贴片区域通过所述射频 识别标签忍片间隔设置，所述射频识别标签忍片与所述第一金属铁片区域和所述第二金属 贴片区域连接;所述第一溫控开关和所述第二溫控开关分别根据环境溫度连通或闭合W相 应调节所述第一金属贴片区域的第一频点和所述第二金属贴片区域的第二频点。
[0007] 根据本发明实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，采用无 源设计，使得传感节点趋向于微型化，持久化。对于某些需要监控但不适于人所处的地方， 无源传感节点体积更小，安装方便，无需更换电池，节能环保，安装完后可长期使用，体现出 无源、小型化的优势，有很高的研究价值、实用价值和经济价值。
[000引另外，根据本发明上述实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天 线，还可W具有如下附加的技术特征：
[0009] 进一步地，所述第一金属贴片区域远离所述射频识别标签忍片的一端至所述射频 识别标签忍片之间的距离是根据第一基础频点、所述介质层中介质的相对介电常数确定 的;所述第二金属区域远离所述射频识别标签忍片的一端至所述射频识别标签忍片之间的 距离是根据第二基础频点、所述介质层中介质的相对介电常数确定的。
[0010] 进一步地，所述第一预设区域和/所述第二预设区域为矩形槽、圆弧槽或折线槽。
[0011] 进一步地，所述第一金属贴片区域和所述第二金属贴片区域远离所述射频识别标 签忍片的一端均设置有短路通孔。
[0012] 进一步地，所述射频识别标签忍片为Alien公司的化ggs3忍片、Higgs4忍片、NXP公 司的G2iL忍片、G2XM忍片、7XM忍片、Impin j的Monza3忍片和Monza4忍片之中的一种。
[0013] 进一步地，所述第一溫控开关和/或所述第二溫控开关为KSD-01F溫控开关，所述 第一溫控开关和/或所述第二溫控开关为KSD-01F溫控开关、JUC-31F开关、AIRPAX6化开关 和KSD301开关中的一种。
[0014] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【附图说明】
[0015] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得 明显和容易理解，其中：
[0016] 图1是本发明一个实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线的 结构示意图；
[0017] 图2是本发明一个实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线的 优选结构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0019]在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中屯、"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、 "前"、"后V'左'、"右V'竖曹'、"水甲V'顶'、"底V'胖V'外"等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗 示所指的装置或元件必须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。
[0020] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可W是固定连接，也可W是可拆卸连接，或一体地连接;可 W是机械连接，也可W是电连接;可W是直接相连，也可W通过中间媒介间接相连，可W是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可W具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0021] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的运些和其他方面。在运些描述 和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施 例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的 实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0022] W下结合附图描述根据本发明实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重 构传感天线。
[0023] 请参考图1，一种用于环境监测的双频高灵敏度可重构传感天线，包括介质层1、天 线层2、地板层4和射频识别标签忍片3。天线层2位于介质层1之上。地板层4位于介质层3的 下方。天线层2包括第一金属贴片区域201和第二金属贴片区域202。
[0024] 在第一金属贴片区域201上开有第一预设区域203,在对第一预设区域203上设置 有第一溫控开关205。
[0025] 在第二金属贴片区域202上开有第一预设区域204在对第二预设区域204上设置有 第二溫控开关206。
[0026] 其中，第一金属贴片区域201和第二金属贴片区域202通过射频识别标签忍片3间 隔设置。射频识别标签忍片3与第一金属贴片区域201和第二金属贴片区域202连接，置于介 质层1上方。第一溫控开关205和第二溫控开关206分别根据环境溫度连通或闭合W相应调 节第一金属贴片区域201的第一频点和所述第二金属贴片区域202的第二频点。
[0027] 具体地，根据天线原理，贴片天线的谐振尺寸由如下公式(1)可得，
[002引
[0029] 其中，C为光速，f为谐振频率，Er为介质的相对介电常数。
[0030] 本设计使用的介质材料为0.79mm厚的Rogers5880,相对介电常数为2.2。对于工作 在UHF频段的射频标签，按照900MHZ的工作频率，进行粗略估算，得到天线谐振尺寸(横向长 度）约为11cm。
[0031] 在本发明的一个实施例中，第一金属贴片区域201的远离射频识别标签忍片3的一 端至射频识别标签忍片3之间的距离是根据第一基础频点、介质层3中介质的相对介电常数 确定的。第二金属区域202远离射频识别标签忍片3的一端至射频识别标签忍片3之间的距 离是根据第二基础频点、介质层3中介质的相对介电常数确定的。
[0032] 具体地，天线根据上述原理，将左右两侧贴片尺寸进行微调，使其工作在850MHz和 950MHz两个频点，按照共辆匹配原理进行双频结构的设计，两边的开槽加载了不同动作类 型的开关，常溫时，左闭合右断开，天线谐振在840MHz和903MHz附近，两频点相差63MHz ;当 溫度升高时，左边开关断开，右边闭合，天线谐振在808M化和945M化附近，两频点相差 137MHz。若用两者的差值指示该天线的灵敏度，可W看出，可重构天线充分利用了UHF频段， 灵敏度极高。与此同时，该谐振结构带宽窄，能轻易辨识谐振频点。
[0033] 在本发明的一个实施例中，第一预设区域201和/第二预设区域202为矩形槽。本领 域技术人员可W理解，开槽的形状不局限于矩形槽，还可W是圆弧槽、折线槽等其他图形的 开槽，不同的开槽形状和尺寸使得预设区域天线的谐振频率发生相应改变。
[0034] 在本发明的一个实施例中，第一金属贴片区域201和第二金属贴片区域202远离射 频识别标签忍片3的一端均设置有短路通孔207。
[0035] 在本发明的一个实施例中，射频识别标签忍片3为化ggs3忍片。Higgs3常用于射频 识别标签，但仅用于物体识别等，未曾用于溫度传感技术。本领域技术人员可W理解，射频 识别标签忍片还可W是是Alien公司的化ggs系列忍片（如化ggs3，Higgs4)、NXP公司的 UCODE 系列忍片（如 G2iL，G2XM，7XM)、Impinj的Monza系列忍片（如Monza3，Monza4)等各类工 作在UHF频段的射频识别忍片，只需根据忍片阻抗，在天线部分进行微小的尺寸改动，即可 完成匹配。
[0036] 在本发明的一个实施例中，第一溫控开关205和/或第二溫控开关206为KSD-OIF溫 控开关。溫控开关动作类型:常闭、常开。动作阔值:可有多种，从(TC至30(TC不等。可W按照 需求选用不同的溫度阔值。本领域技术人员可W理解，溫控开关不局限于该系列开关，还可 W是JUC-31F系列开关、AIRPA)(6化系列开关、KSD301系列开关等功能近似的溫控开关忍片。
[0037] 请参考图2,在本发明的一个实施例中，对用于环境监测的双频高灵敏度可重构传 感天线的参数进行如下设定：
[00；3 引
[0039] 该结构中，两边的贴片长度，即天线整体尺寸决定了天线的谐振范围；两侧开槽的 位置和长短决定了天线的具体的谐振频点，可通过改变槽位置和长短，对谐振频点进行微 调;开关配合开槽，使得天线谐振频率受溫度调控，从而实现环境监控；中间槽用于射频识 别忍片装配，垂直方向调节，可W改变忍片与天线的匹配情况(放置在槽中间匹配效果最 好）；两侧两排短路通孔连接上层贴片和底层地板。
[0040] 另外，本发明实施例的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线的其它 构成W及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做寶述。
[0041] 在本说明书的描述中，参考术语"一个实施例"、"一些实施例"、"示例"、"具体示 例"、或"一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可W在任何 的一个或多个实施例或示例中W合适的方式结合。
[0042] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可W理解:在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可W对运些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本 发明的范围由权利要求及其等同限定。
【主权项】
1. 一种用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特征在于，包括介质层、 天线层、地板层和射频识别标签芯片，所述天线层位于所述介质层之上，所述地板层位于所 述介质层的下方，所述天线层包括： 第一金属贴片区域，所述第一贴片区域上开有第一预设区域，在所述第一预设区域上 还桥接有第一温控开关； 第二金属贴片区域，所述第二天线区域上开有第二预设区域，在所述第二预设区域上 还桥接有第二温控开关； 其中，所述第一金属贴片区域和所述第二金属贴片区域通过所述射频识别标签芯片间 隔设置，所述射频识别标签芯片分别与所述第一金属贴片区域和所述第二金属贴片区域连 接，所述第一温控开关和所述第二温控开关分别根据环境温度连通或闭合以相应调节所述 第一金属贴片区域的第一频点和所述第二金属贴片区域的第二频点。2. 根据权利要求1所述的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特征 在于，所述第一金属贴片区域远离所述射频识别标签芯片的一端至所述射频识别标签芯片 之间的距离是根据第一基础频点、所述介质层中介质的相对介电常数确定的；所述第二金 属区域远离所述射频识别标签芯片的一端至所述射频识别标签芯片之间的距离是根据第 二基础频点、所述介质层中介质的相对介电常数确定的。3. 根据权利要求1或2所述的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特 征在于，所述第一预设区域和/所述第二预设区域为矩形槽、圆弧槽或折线槽。4. 根据权利要求1所述的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特征 在于，所述第一金属贴片区域和所述第二金属贴片区域远离所述射频识别标签芯片的一端 均设置有短路通孔。5. 根据权利要求1所述的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特征 在于，所述射频识别标签芯片为Alien公司的Higgs3芯片、Higgs4芯片、NXP公司的G2iL芯 片、G2XM芯片、7XM芯片、Impin j的Monza3芯片和Monza4芯片之中的一种。6. 根据权利要求1所述的用于环境监测的双频高灵敏度无源可重构传感天线，其特征 在于，所述第一温控开关和/或所述第二温控开关为KSD-01F温控开关、JUC-31F开关、 AIRPAX67L开关和KSD301开关中的一种。
【文档编号】H01Q1/38GK105870613SQ201610213156
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】董凯明, 杨帆, 许慎恒, 李懋坤
【申请人】清华大学