专利名称：：八木电子标签天线的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及一种标签天线，尤其涉及一种八木电子标签天线。
背景技术：
：RFID是无线射频识别技术(RadioFrequencyMentific,ation)的缩写，RFID俗称电子标签，RFID技术是从二十世纪九十年代兴起的一项利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息数据的无线通信技术。随着科学技术的进步，RFID已涉及到人们日常生活的各个方面，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域，例如火车的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盜等。RFID技术将成为未来信息社会建设的一项基础技术。最基本的RFID系统由三部分组成标签(Tag):由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna):在标签和读取器间传递射频信号。天线作为一种接收和发射电磁波的设备,是无线通讯系统中的一个关键部分，它是自由空间和传输线的接口。工作在UHF和微波频段的标签大线特性受所标识物体的形状及物理特性影响，标签到贴标签物体的距离，贴标签物体的介电常数，金属表面的反射，局部结构对辐射模式的影响等都将影响天线的性能。天线特性还受天线周围物体和环境的影响。障碍物会妨碍电磁波传输；金属物体产生电磁屏蔽，会导致无法正确地读取电子标签内容；其他宽频带信号源，比如发动机、水泵、发电机和交直流转换器等，也会产生电磁千扰，影响电子标签的正确读取。在天线的性能参数中，被影响最大的有天线的阻抗匹配，方向性，抗千扰性和读取范围。八木天线又称波渠天线，它是一种引向天线，由-一个有源振子和多个无源振了放置在同一平面卜.，典型的三单元八木对称偶极振子天线，有三对振子，整个结构呈"王"字形。与馈线相连的称有源振子，或主振子，居三对振子之中，"工"字的中间一横。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的—侧，起着削弱从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器可以有许多个，每根长度都要比其相邻的并靠近有源振子的那根略短一点。八木天线的工作原理是这样的(以三单元天线接收为例)引向器略短于二分之一波长，主振子等于二分之一波长，反射器略长于一分之一波长，两振子间距四分之一波长。此时，引向器对感应信号呈"容性"，电流超前电压9(T;引向器感应的电磁波会向主振子辐射'，辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°，恰好抵消了前面引起的"超前"，两者相位相同，于是信号迭加，得到加强。反射器略长于二分之一波长，呈感性，电流滞后90°，再加上辐射到主振子过程中又滞后90°，与从反射器方向直接加到主振子上的信号『好相差了180°，起到了抵消作用。一个方向加强，一个方向削弱，便有丫强方向性。发射状态作用过程亦然。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种抗千扰性强、增益高、全向性的八木电子标签天线。本实用新型为解决上述提出的问题所采用的技术方案是它包括有一基板，基板上有有源振子和无源振子，有源振子上设置有芯片连接点，所述的无源振子和有源振子放置在同一平面上，所述的无源振子由引向器和反射器构成，有源振子在引向器和反射器之间。按上述方案，所述的无源振子是一根由PE覆铜或覆铝蚀刻工艺或导电油墨印刷工艺制作的金属线，有源振子为非对称偶极天线。按上述方案，所述的引向器和反射器采用等尺寸，因而在不同的方向互为引向器和反射器。按上述方案，所述的无源振子与有源振子的距离由天线的阻抗而定。按上述方案，所述的有源振子的输入阻抗各分量为-R(2《M)2mR。_Rrb。(1)X0=2兀f0La00p(2)其中！^。为辐射主体在谐振频率附近的辐射电阻，M为辐射主体和馈电环之间的互感系数，LlTOp为馈电环的自感系数。按上述方案，所述的无源振子的长度与接收宽带电磁波信号的波长相对应，可为l/2波长、1/4或1/8波长。按上述方案，所述的基板可为PE、纸基、玻璃或陶瓷。按上述方案，所述的有源振子采用PE覆铜或覆铝蚀刻工艺或导电油墨印刷工艺制作。本实用新型的有益效果在于1、结构简单。2、针对不同芯片的阻抗匹配方便，可满足各种VHF和UHF射频频段RF1D天线的要求。3、增加RFID天线的全向性、灵敏度，降低了阻抗设计难度，拓展了RFID的适用范围。4、可应用于蚀刻/冲压天线工艺和导电油墨印刷工艺。图1是本实用新型的一个实施例的结构图。图2是图1的等效结构图。图3是d=5-10mm的天线阻抗实部仿真图。图4是d=5-lOmrn的天线阻抗虚部仿真图。图5足820Mhz—920Mhz频率范围的天线特性阻抗曲线图。图6是820Mhz—920Mhz频率范围的天线特性驻波比示意图。图7是820Mhz—920Mhz频率范围的天线特性方向图。具体实施方式以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。本实用新型具体是用常见RFID天线外围加无源振子组成八木天线，以提高天线的增益和改善阻抗匹配。本实用新型包括有一基板1，基板1上有源振子2(即E和F)和无源振子A、B、C和D，有源振子E和F构成非对称的偶极天线而F又是一根螺旋天线。有源振子2上有设置有芯片连接点T，所述的无源振子A和B、C和D与有源振子2放置在同一平面上，所述的无源振子A和B、C和D互为引向器和反射器，有源振子2在引向器和反射器之间。无源振子A、B、C、D与有源振子的距离依天线的阻抗而定，无源振子A、B、C、D的长度与接收宽带电磁波信号的波长相对应，为l/2波长，以最大限度地保证频率特性。从图2可以看出，A与B等长，C与D等长。当读写天线的电磁波来自A方向时，A是引向器，B是反射器，当读写器电磁波来自B方向时，B是引向器，A是反射器，同理，C与D互为引向器和反射器。根据八木天线的原理，任何一个方向的读写信号，在本天线都会有较好的谐振，因而有效地提高了RFID标签天线的灵敏度，因此，天线的主要性能大幅提高，射频识别的可靠性和距离也都有了提高。本实用新型的基板材料依天线的制作工艺来选择，通常印刷法选用纸基基板，蚀刻法采用PE覆压延铜箔或铝箔。标签芯片的阻抗一般呈现大的容性电抗和小的电阻，这样的芯片阻抗，使得匹配天线的设计变得很困难，并且限制了天线的阻抗带宽。但是由于成本和制造的要求，标签天线必须直接与芯片匹配。以前常用的各种变形偶极了-标签天线为了实现同芯片的阻抗匹配，其谐振频率与匹配的频率之间存在差异，致使阻抗带宽呈窄带特性。本实用新型的电磁親合馈电结构模型较好地解决了这个问题。在谐振频率处，有源振子的输入阻抗各分量为Xo=2nfoLloop(2)其中Rrbo为辐射主体在谐振频率附近的辐射电阻，M为辐射主体和馈电环之间的互感系数，L,。。p为馈电环的自感系数。可见Ro与Xo可独立调整，便于实现天线电阻与任意芯片阻抗的匹配。其阻抗变换特性如图4—图5所示。这里将一款涵盖840845MHz和920925MHz两个频段的常规天线用IE3D软件进行了仿真，仿真结果显示，此结构天线的谐振频率主要由辐射主体的有效电长度决定。由图3和图5可见，辐射主体与耦合环的大小均不变，两者间距d增加(从5mm到10mm)时，输入阻抗的实部减小，虚部负斜率部分逐渐减弱消失，耦合减弱，但谐振频率基本不变。其他值保持不变，Wl变化时天线输入阻抗变化规律与图4和图5相似，可见辐射主休大小不变，辐射主体与耦合环间距也不变，耦合环的长度Ll.或宽度Wl增加时，输入阻抗的实部和虚部均增加，耦合强度不变，谐振频率略为降低。可见此结构的天线输入阻抗及谐振频率的调整十分方便，通过调节可设计出标签天线带宽和阻抗，其尺寸如表l所示。表l耦合馈电RFID天线尺寸<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图6--图8是为82(Mhz—92(Mhz频率范围的天线特性曲线。由图6可见天线输入阻抗的虚部在谐振频率附近比较平坦，使得天线和芯片阻抗在一个较宽的频段内共轭匹配，阻抗带宽达到77MHz(SlK-10clB)。在867脆和915MHz附近有两个谐振峰，天线方向图满足全向性。本标签天线的特性如表2所示。而本文设计的天线样品和几款试用天线在867MIk和915MHz处的有效面积在1300cm2以上，TP,也达到0.8左右，可见天线性能均比较理想。表2标签天线特性值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>我们还制作同尺、丄没有引向器和反射器的天线进行比照测量，在辐射功率为4W，标签天线与阅读器天线面平行的测量条件下，没有引向器和反射器的常规天线在中心频率为867MHz时阅读距离为201m;在中心频率为915MHz时阅读距离可达2.6m，基本达到应用要求，应用本设计的天线在中心频率为867MHz时阅读距离为2.79m;在中心频率为915MHz时阅读距离可达3.5m，性能更佳。权利要求1、一种八木电子标签天线，包括有一基板，基板上有有源振子和无源振子，有源振子上设置有芯片连接点，所述的无源振子和有源振子放置在同一平面上，其特征在于所述的无源振子由引向器和反射器构成，有源振子在引向器和反射器之间。2、如权利要求1所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的无源振子是一根由PE覆铜或覆铝蚀刻工艺或导电油墨印刷工艺制作的金属线，有源振子为非对称偶极天线。3、如权利要求2所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的引向器和反射器采用等尺寸，因而在不同的方向互为引向器和反射器。4、如权利要求3所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的无源振子与有源振子的距离由天线的阻抗而定。5、如权利要求4所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的有源振子的输入阻抗各分量为R。=^^(DX0=2兀f山o叩(2)其屮R,t。为辐射主体在谐娠频率附近的辐射电阻，M为辐射主体和馈电环之间的互感系数，Li。。p为馈电环的自感系数。6、如权利要求5所述的八木电子标签大线，其特征在于所述的无源振子的长度与接收宽带电磁波信号的波长相对应，可为1/2波长、1/4或1/8波长。7、如权利要求1-6中任一所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的基板可为PE、纸基、玻璃或陶瓷。8、如权利要求7所述的八木电子标签天线，其特征在于所述的有源振子采用PE覆铜或覆铝蚀刻工艺或导电油墨印刷专利摘要本实用新型公开了一种八木电子标签天线，这种天线将八木天线结构应用到电子标签天线上。它包括有一基板，基板上有有源振子和无源振子，有源振子上设置有芯片连接点，所述的无源振子和有源振子放置在同一平面上，所述的无源振子由引向器和反射器构成，有源振子在引向器和反射器之间。本实用新型的有益效果在于1.结构简单。2.针对不同芯片的阻抗匹配方便，可满足各种VHF和UHF射频频段RFID天线的要求。3.增加RFID天线的全向性、灵敏度，降低了阻抗设计难度，拓展了RFID的适用范围。4.可应用于蚀刻/冲压天线工艺和导电油墨印刷工艺。文档编号H01Q1/38GK201383543SQ20092008504公开日2010年1月13日申请日期2009年4月17日优先权日2009年4月17日发明者烈夏申请人:湖北博瑞朗电子标签有限公司