一种小型化2.45GHz无源射频标签天线的制作方法

专利名称:一种小型化2.45GHz无源射频标签天线的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于射频识别系统【技术领域】，具体涉及一种小型化2.45GHz无源射频标签天线，它包括介质基板以及设置在介质基板上的天线主体和标签芯片，其特征在于：标签芯片设置于介质基板的中间位置，标签芯片两侧连接有相互中心对称布置的天线主体，天线主体分为第一枝节和第二枝节两部分，其中第一枝节由Hilbert分形结构和弯折偶极子构成，第二枝节围绕第一枝节形成自身偶极子。本实用新型天线结合这两种结构有效利用空间面积，大大减小了天线尺寸，最终小型化尺寸仅为30mm*7.3mm。同时在小型化的基础上，天线主体分两个枝节共同作用拓展带宽，保证辐射效率，覆盖全球所需范围，其最大增益接近2dBi。
【专利说明】-种小型化2. 45GHz无源射频标签天线

【技术领域】
[0001] 本实用新型属于于射频识别系统【技术领域】，具体设及一种微波波段无源射频标签 天线。

【背景技术】
[0002] 射频识别（RFID)基本系统由两部分组成；读写器和电子标签。根据电子标签工作 时的供电方式不同，将RFID系统分为无源RFID系统、半无源RFID系统和有源RFID系统。
[0003] 无源RFID系统的电子标签即称为无源电子标签，目前的典型结构是由标签巧片、 标签天线和标签基板=部分组成。无源电子标签的应用常常附着于待识别物品的表面，甚 至嵌入待识别物品内部或包装层中。为适合应用需求的多样性要求，无源电子标签的小型 化设计、变形化设计是电子标签设计主要方面。无源电子标签的外形主要决定于标签天线 的外形，因而标签天线的设计在很大程度上决定着标签巧片性能的发挥。
[0004] 无源电子标签工作的前提条件是标签巧片获得能量必须超过巧片工作的最小口 限功率Pmin，也称其为无源电子标签的灵敏度。因而，为了提高无源电子标签在给定读写器 场强下的有效阅读距离，从标签天线设计角度应尽可能达到标签天线阻抗在工作频带内与 标签巧片阻抗的最佳匹配，W实现标签天线在读写器场中向标签巧片传送最大的功率。文 献[1]对该样的技术做了全面总结。标签天线设计的基本思路即是改变天线的阻抗曲线， 匹配标签巧片的阻抗曲线。具体的实现方法可归结为天线的各种加载技术。典型的加载方 法有；利用集总元件加载；利用介质材料加载；利用短路技术加载；利用天线的周围环境加 载；利用天线的弯折或孔径变化实现加载。其实，该种改变天线结构的加载技术和分形天线 的基本思想是一致的，而分形天线的设计思想又源于分形几何或分形理论的发展。
[0005] 在低频和高频波段，标签已经发展相对成熟，主要商用于近距离识别系统。而在超 高频和微波波段的RFID标签方面，尤其是无源标签方面，我国正致力于打破国外垄断，形 成自己的标准与体系。而天线作为RFID标签重要的一部分，日益受到国内外研究人员的重 视。标签天线在向小型化，宽频带，远识别距离和低成本等方向发展，相信W后会有广阔的 市场空间。
[0006] 在微波波段，全球使用频带范围是2. 4-2. 484GHz，国际IS018000-4标准是 2. 4-2. 5細Z。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的是实现一种小型化全向性的微波波段无源标签天线。
[0008] 本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是；一种小型化2. 45GHz无源射频标 签天线，它包括介质基板W及设置在介质基板上的天线主体和标签巧片，其特征在于：标签 巧片设置于介质基板的中间位置，标签巧片两侧连接有相互中屯、对称布置的天线主体，天 线主体分为第一枝节和第二枝节两部分，其中第一枝节由HUbed分形结构和弯折偶极子 构成，第二枝节围绕第一枝节形成自身偶极子。
[0009] 所述的天线主体是由宽度为0. 2mm的铜巧贴片构成。
[0010] 所述的介质基板的长L是30mm，宽W是7. 3mm。
[001U 所述的标签巧片为Atmel公司的ATA5590射频标签巧片，该标签巧片在2. 45GHz 巧片阻抗为10-j30欧姆。
[0012] 所述的标签巧片的长L1是3mm，宽化是2. 5mm。
[0013] 所述的标签巧片与两侧的第一枝节的过渡段L2的长度是1mm。
[0014] 所述的标签巧片经过渡段L2通过阻抗调节臂P及第=枝节Q分别与第一枝节和 第二枝节连接，阻抗调节臂P的长度是2mm，阻抗调节臂P的宽度是0. 4mm，第S枝节Q的长 度是3mm。
[0015] 所述的第一枝节的HUbed分形结构距用于连接标签巧片的第S枝节Q的长度 a 是 0. 5mm，Hnbe;rt 分形结构各部分长度分别为；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;弯折偶极子长度分别为；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm，h = 2. 4mm，k = 5mm。
[0016] 所述的第二枝节的弯折偶极子各部分长度分别为；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，s = 12. 2mm。
[0017] 所述的介质基板厚度H是0.5mm，相对介电常数e是2. 65。
[0018] 本实用新型的有益效果：本实用新型提供的该种2. 45GHz无源射频标签天线，为 了保证天线的全向性，天线主体采用的是对称偶极子天线模式，同时，为了最大限度减小天 线尺寸，天线主体采用1阶HUbed分形结构W及弯折偶极子组合的方式进行铺展，由于 Hi Aed分形结构具有自相似性和自填充性，能在保证福射效率的条件下，最能有效填充空 间面积。弯折偶极子自身电流相位相反，相互抵消，有效减小谐振频率，减小天线尺寸，因 此，本实用新型天线结合该两种结构有效利用空间面积，大大减小了天线尺寸，最终小型化 尺寸仅为30mm*7. 3mm。同时在小型化的基础上，天线主体分两个枝节共同作用拓展带宽，保 证福射效率，覆盖全球所需范围，其最大增益接近2地i。

【附图说明】

[0019] W下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0020] 图1是该天线的S维结构示意图。
[0021] 图2是该天线结构的反面俯视图。
[0022] 图3是天线在微波波段能量反射系数参数图。
[0023] 图4是天线在微波波段福射方向图。
[0024] 图中；1、标签巧片；2、第一枝节；3、第二枝节；4、介质基板；5、HUbed分形结构； 6、弯折偶极子。

【具体实施方式】
[0025] 为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，W下结合附图 及实施例对本实用新型的【具体实施方式】、结构特征及其功效，详细说明如下。
[0026] 实施例1
[0027] 如图1所示，本申请的小型化2. 45GHz无源射频标签天线，它包括介质基板4 W及 设置在介质基板4上的天线主体和标签巧片1，标签巧片1设置于介质基板4的中间位置， 标签巧片1两侧连接有相互中屯、对称布置的天线主体，天线主体分为第一枝节2和第二枝 节3两部分，其中第一枝节2由Hilbed分形结构5和弯折偶极子6构成，第二枝节3围绕 第一枝节2形成自身偶极子。
[002引为了保证天线的全向性，上述天线主体采用的是对称偶极子天线模式，对于对称 偶极子，其臂长一般为福射波长的四分之一，当减小极子臂宽时，其臂的等效电感会变大， 所W臂宽越窄，其对应相同福射波长的臂长越短。因此，本实用新型的天线主体是由宽度为 0. 2mm的铜巧贴片构成。
[0029] 同时，为了最大限度减小天线尺寸，天线主体采用1阶化化6的分形结构5化及弯 折偶极子6组合的方式进行铺展。之所W利用1阶化化ed分形结构5,是因为其具有自相 似性和自填充性，能在保证福射效率的条件下，最能有效填充空间面积。弯折偶极子6自身 电流相位相反，相互抵消，有效减小谐振频率，减小天线尺寸。因此，本实用新型天线结合该 两种结构有效利用空间面积，大大减小了天线尺寸，使介质基板4的长L仅为30mm，宽W则 是7. 3mm。同时在小型化的基础上，保证福射效率，其最大增益接近2地i。
[0030] 为了拓宽天线带宽，使其能满足全球频带要求。天线主体分为两部分，分别为第一 枝节2和第二枝节3。第一枝节2由Hilbed分形结构和弯折偶极子构成，第二枝节3围绕 第一枝节2形成自身偶极子。该两部分在2. 45GHz左右共同作用，拓展带宽，形成150MHz 带宽，满足国际IS018000-4标准，覆盖全球所需范围。
[003U 标签巧片1为Atmel公司的ATA5590射频标签巧片，该标签巧片在2. 45GHz巧片阻 抗为10-j30欧姆，该天线在2. 45GHz附近与ATA5590射频标签巧片共辆匹配阻抗接近，本 实用新型在2. 45GHz中屯、频率附近输入阻抗约为10+j30欧姆，与巧片阻抗形成共辆匹配， 能最大效率传输电磁波。
[0032] 实施例2
[003引如图2所示的2. 45GHz无源射频标签天线，介质基板的长L是30mm，宽W是7. 3mm， 标签巧片1 (也就是馈源）的长L1是3mm，宽化是2. 5mm，标签巧片1与两侧的第一枝节2 的过渡段L2的长度是1mm。标签巧片1经过渡段L2通过阻抗调节臂P及第=枝节Q分别与 第一枝节2和第二枝节3连接，阻抗调节臂P的长度是2mm，阻抗调节臂P的宽度是0. 4mm， 第S枝节Q的长度是3mm，第一枝节2的化化ed分形结构距用于连接标签巧片1的第S枝 节Q的长度a是0. 5mm，Hi化e;rt分形结构各部分长度分别为；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;弯折偶极子长度分别为；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm, h = 2. 4mm. k = 5mm ;第 二枝节3的弯折偶极子各部分长度分别为；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，s = 12. 2mm ; 介质基板厚度H是0. 5mm，相对介电常数e是2. 65。
[0034] 上述参数中调节阻抗调节臂P可W微调天线谐振频率；调节天线主体第一枝节2 末端枝节参数S和第二枝节3末端枝节参数k，可W使天线谐振频率左右移动，带宽随之小 幅度变化。
[0035] 图3中的能量反射系数re化rnloss (地）计算公式为； Z - Z*
[0036] return loss(<ffl) = 201og(| 苗站--户 |) ^ant +
[0037] Zc是天线阻抗，Z ant是苍片阻抗。
[003引 由图3可知，在微波波段，其中屯、频率为2. 45GHz，半功率带宽（-3dB回波损耗）为 2. 37細z-2. 52細z将近150MHz带宽。
[0039] 图4所示为该天线在2.45GHz福射方向图，其E面福射方向在化i = 0deg，H面福 射方向在化i = 90deg，最大增益约为2地i，福射全向性比较理想。
[0040] W上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于该些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，它包括介质基板（4) W及设置在介质基板 (4)上的天线主体和标签巧片（1)，其特征在于；标签巧片（1)设置于介质基板（4)的中间 位置，标签巧片（1)两侧连接有相互中屯、对称布置的天线主体，天线主体分为第一枝节（2) 和第二枝节（3)两部分，其中第一枝节（2)由化化6的分形结构（5)和弯折偶极子（6)构 成，第二枝节（3)围绕第一枝节（2)形成自身偶极子。2. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 天线主体是由宽度为0. 2mm的铜巧贴片构成。3. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 介质基板（4)的长L是30mm，宽W是7. 3mm。4. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 标签巧片（1)为Atmel公司的ATA5590射频标签巧片，该标签巧片在2. 45GHz巧片阻抗为 10-j30 欧姆。5. 根据权利要求1或4所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所 述的标签巧片（1)的长L1是3mm，宽化是2. 5mm。6. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 标签巧片（1)与两侧的第一枝节（2)的过渡段L2的长度是1mm。7. 根据权利要求1或6所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所 述的标签巧片（1)经过渡段L2通过阻抗调节臂P及第S枝节Q分别与第一枝节（2)和第 二枝节（3)连接，阻抗调节臂P的长度是2mm，阻抗调节臂P的宽度是0. 4mm，第S枝节Q的 长度是3mm。8. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 第一枝节（2)的化化6的分形结构（5)距用于连接标签巧片（1)的第S枝节Q的长度a是 0. 5mm，Hilbe;rt 分形结构（5)各部分长度分别为；b = 1. 6mm，C = 1. 6mm，d = 3. 6mm，e = 1. 9mm ;弯折偶极子（6)长度分别为；f = 0. 6mm，g = 2. 8mm，h = 2. 4mm，k = 5mm。9. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 第二枝节（3)的弯折偶极子各部分长度分别为；m = 0. 5mm，n = 12. 2mm，r = 6. 8mm，S = 12. 2inm 〇10. 根据权利要求1所述的一种小型化2. 45GHz无源射频标签天线，其特征是；所述的 介质基板厚度H是0. 5mm，相对介电常数e是2. 65。
【文档编号】H01Q1-36GK204289693SQ201420467511
【发明者】史琰, 齐康 [申请人]西安电子科技大学