专利名称：有源标签天线和有源标签的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线射频识别领域，尤其涉及一种有源标签天线和有源标签。
背景技术：
无线射频识别(Radio Frequency Identification,简称为RFID)是一种非接触式 的自动识别射频技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。由于RFID识别 工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，基于这种特性，RFID这种自动无线识别和数据 获取技术已经在众多领域得到广泛应用，与现代物流、交通、监控及互联网技术紧密融合。 下面对RFID系统及其工作原理进行简单说明RFID系统主要包括阅读器、阅读器 天线和标签。RFID系统工作过程中，阅读器会控制RFID系统中的射频模块通过阅读器天线 向标签发射信号，标签对其接收到的信号进行相应的处理，得到处理结果，再将处理结果发 送给阅读器，阅读器通过阅读器天线接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将 对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机，形成一个完整的通信链路。其中，标签 由标签Inlay和外封装组成，标签Inlay包括标签芯片和标签天线，不同的标签芯片遵守不 同的通信协议(例如，IS018000-6C协议的芯片)。 目前，人们已经将RFID技术应用于电子不停车收费(Electronic TollCollection，简称为ETC)技术中(例如，在高速公路上对车辆进行收费以及出入登 记)。具体应用如下在高速公路收费站处架设(Remote Sensor Units,简称为RSU)阅读 器(对应于RFID系统中的阅读器)，并在每辆车上放置有源车载单元(对应于RFID系统中 的标签)，车载单元上可以插入存储用户个人信息的卡片(该卡片中保存有车辆的费用信 息)。这样，将车载单元与卡片作为一个整体，在车辆通过收费站时，收费站中的RSU阅读器 与车载单元作为一个RFID系统，通过阅读器与有源车载单元之间按照一定的通信规则对 车辆进行扣费或登记。在RFID技术应用于电子不停车收费时，RFID系统的工作频段可以 设置在5. 79GHz-5. 84GHz。借助于电子不停车收费技术，就不需要车辆停下来在收费口进行 交费，提高了收费站的效率，为用户带来了方便。 目前，车载单元的天线一般为微带天线，且主要采用单天线的形式，其中，圆极化 天线的微带天线形式是切角，这种切角会导致设备占用较大的空间，无法适应目前设备小 型化的需求；并且，单一的微带天线增益偏低，波束宽度很宽，在应用中易导致设备的灵敏 度不足，并且会产生相邻车道间的设备干扰。
实用新型内容针对相关技术中车载单元的天线增益较低、灵敏性差、且容易出现设备间干扰的 问题，本实用新型提出一种有源标签天线，能够提高标签的增益，并提高天线的抗干扰性能 以及灵敏度。 针对相关技术中车载单元的天线增益较低、灵敏性差、且容易出现设备间干扰的 问题，本实用新型提出一种有源标签，能够提高标签的增益，并提高天线的抗干扰性能以及灵敏度。 本实用新型的技术方案是这样实现的 —种有源标签天线，包括 辐射单元、接地面和介质板，其中，介质板设置于辐射单元和接地面之间并与辐
射单元和接地面相接触，其中，辐射单元包括基板以及基板上设置的由金属制成的多个辐 射单元，其中，每个辐射单元上均设置有馈电点，在所有馈电点的中心对称处设置有总馈电
点，每个馈电点均通过金属线连接至总馈电点。 优选地，每个辐射单元的形状和大小彼此相同。 优选地，每个馈电点在其各自的辐射单元上的相对位置彼此相同。 其中，辐射单元的形状为矩形。 其中，辐射单元的数量为两个。 其中，有源标签天线还包括由金属制成的寄生单元，其中，寄生单元为形状与辐射 单元相同的金属片，且寄生单元设置在辐射单元一侧，与辐射单元相平行且间隔一定距离。 其中，寄生单元与辐射单元之间的垂直距离的范围为0.015 A至O. 1A，其中，入
为电磁波的波长。 其中，每个馈电点与总馈电点之间的金属线完全相同，其中，金属线完全相同是 指金属线的规格、长度、和形状彼此相同。
优选地，辐射单元的边长近似等于A/2，其中，A为电磁波的波长。 —种有源标签，包括通过射频微带线相连接的电路和有源标签天线，有源标签天
线包括辐射单元、接地面和介质板，其中， 介质板设置于辐射单元和接地面之间并与辐射单元和接地面相接触，其特征在 于，辐射单元包括基板以及基板上设置的由金属制成的多个辐射单元，其中，每个辐射单元
上均设置有馈电点，在所有馈电点的中心对称处设置有总馈电点，每个馈电点均通过金属 线连接至总馈电点。 优选地，每个辐射单元的形状和大小彼此相同。 其中，有源标签天线还包括由金属制成的寄生单元，其中，寄生单元为形状与辐射 单元相同的金属片，且寄生单元设置在辐射单元一侧，与辐射单元相平行且间隔一定距离。 本实用新型通过采用多矩形的天线结构，并添加了寄生单元，减少了使用空间大 小，并且能够有效地提高增益，降低波束宽度，提高天线的抗干扰性能以及灵敏度。
图1是根据本实用新型的有源标签天线中辐射单元的结构示意图； 图2是将根据本实用新型的有源标签天线设置于壳体内的示意图； 图3是将根据本实用新型的有源标签天线设置于壳体内的侧视图。
具体实施方式因此本实用新型针对目前的现状，根据现有的车载单元的结构特点，在车载单元 的外壳上添加了寄生单元，并采用了多矩形的天线结构，下面对本实用新型的结构进行说 明。[0028] 本实用新型中的有源标签天线包括辐射单元、接地面和介质板，介质板设置于辐射单元和接地面之间并与辐射单元和接地面相接触，其中的辐射单元包括基板以及基板上设置的由金属制成的多个辐射单元，其中，每个辐射单元上均设置有馈电点，在所有馈电点的中心对称处设置有总馈电点，每个馈电点均通过金属线连接至总馈电点优选地，每个辐射单元的形状和大小彼此相同，优选地，该辐射单元的形状可以为矩形。并且，为了达到更好的馈电效果，每个馈电点在其各自的辐射单元上的相对位置彼此相同。并且，每个馈电点与总馈电点之间的金属线完全相同，其中，金属线完全相同是指金属线的规格、长度、和形状彼此相同。 为了进一步提高天线的增益，有源标签天线还包括由金属制成的寄生单元，其中，寄生单元为形状与辐射单元相同的金属片，且寄生单元设置在辐射单元一侧，与辐射单元相平行且间隔一定距离。
优选地，寄生单元与辐射单元之间的垂直距离的范围可以为0. 015 A至0. 1入，
辐射单元的边长可以近似等于入/2，其中，A为电磁波的波长。 为了更好的对本实用新型进行说明，下面以矩形辐射单元的数量为两个为例对本实用新型进行说明，本领域技术人员可知，对于辐射单元的数量为两个以上的情况，本实用新型同样是可以实现的。 本实用新型中的有源标签天线包括辐射单元、接地面和介质板，其中，介质板设置于辐射单元和接地面之间并与辐射单元和接地面相接触，本实用新型中的有源标签天线的
主体结构与现有的标签天线的主体结构类似，这里不再详细描述，图1是本实用新型的有源标签天线中辐射单元的结构框图，如图1所示，辐射单元包括基板C以及基板C上设置的由金属制成、且形状和大小彼此相同的第一矩形辐射单元A和第二矩形辐射单元B，其中，第一矩形辐射单元A上设置有第一馈电点l，第一矩形辐射单元B上设置有第二馈电点l'，在第一馈电点1与第二馈电点l'之间的垂直中心处设置有总馈电点，第一馈电点1与第二
馈电点r均通过金属线连接至相连总馈电点，并且第一馈电点i与总馈电点之间的金属线与第二馈电点r与总馈电点之间的金属线完全相同，即两个金属线的规格、长度、和形状彼此相同。这样，就形成了双矩阵的结构，与现有技术中采用单一微带天线的结构相比，本实用新型中的有缘标签天线，能够有效地提高增益，并降低了波束宽度。并且，采用矩形结构的设备所占用的空间较小，适应了目前设备小型化的需求。由于有缘标签天线的工作频段越高，有缘标签天线的工作波长越低，有缘标签天线的谐振频率越小，有缘标签天线的尺寸
越小。即，工作频段不同，矩形辐射单元A或B的规格不同。该矩形辐射单元A和矩形辐射单元B可以由导电的金属制成，例如铜或银。 另外，为了进一步提高有源标签天线的增益，该有源标签天线还可以包括由金属制成的寄生单元，其中，寄生单元为形状与第一矩形辐射单元A和第二矩形辐射单元B相同的金属片，且寄生单元设置在第一矩形辐射单元A和第二矩形辐射单元B突起的一侧，与辐射单元相平行且间隔一定距离。其中，寄生单元与辐射单元之间的垂直距离的范围为0.015 A至O. 1A，其中，A为电磁波的波长。 本实用新型通过采用双矩形的天线结构，并添加了寄生单元，减少了使用空间大
小，并且能够有效地提高增益，降低波束宽度，提高天线的抗干扰性能以及灵敏度。 下面对该有源标签天线的工作原理进行说明，在实际应用中，由于铜的价格比较
5便宜，为了节约成本，优先会选用铜作为导电金属，因此矩形辐射单元A和矩形辐射单元B
可以由铜制成，这样，天线主体主要包括三部分上表面的铺铜辐射面、下表面的铺铜地面、位于上表面和下表面中间的介质板。 上表面的辐射面厚度为0. 035ms，通过对该金属面进行处理，可以使得该金属面成为两个相同规格的矩形凸起部(即，上述的第一矩形辐射单元A和第二矩形辐射单元B)。具体地，可以采用蚀刻工艺、沉积工艺、印刷天线工艺等加工工艺在辐射面上生成两个金属矩形突起，以蚀刻工艺为例利用丝印机将防腐蚀油墨按照矩形的形状印到覆铜箔或覆铝箔上，再用蚀刻设备把其余部分的金属溶掉，剩下的金属图案就是矩形。这样，上表面的铺铜辐射面是一个雕刻了两个大小相同的矩形的辐射面，即形成两个矩形辐射单元，第一矩形辐射单元(A)和第二矩形辐射单元(B)的边长可以近似等于入/2，其中，A为电磁波的波长。这样，该二单元阵的有源标签天线，每一辐射单元都是矩形的结构，通过矩形的两个长边和短边进行边沿缝隙辐射，该种形式的增益很高，带宽也很宽，能够有效改进天线的性能。 在本实用新型中，每一辐射单元都是矩形结构，对于任一个矩形辐射单元，在馈电过程中，通过在矩形的一个顶角处(图1中所示的第一馈电点1和第二馈电点r)对其进行馈电，矩形分长边和短边，由于是在顶角处进行馈电，该顶角为长边和短边的公共点，使得与该顶角相连的长边和短边都能够进行辐射，并且，矩形的长边和短边形成的角度为90度，则长边和短边进行辐射后的激励相位之差为90度，之后，可以通过调节矩形的长边长度和短边长度，使得这两条边的激励幅度(即上文所述的激励能量)基本相等，这样，通过矩形的两个长边和短边进行边缘的辐射，因为长边和短边的不同实现相位差，这样就满足了圆极化的条件，实现了圆极化。该种圆极化形式的增益很高，带宽也很宽，对两个单元进行组阵处理，有效的提高了增益，并降低了水平方向的波束宽度。 并且，本实用新型中的两个矩形辐射单元通过馈电网络相连，并对这两个矩形单元实现等幅同相的馈电，由于这两个矩形的形状大小完全一致，并且这两个矩形辐射单元与中间的馈电点间的传输路径也一致，所以从馈电网络上看，这两个矩形辐射单元是完全一样的，只是两个矩形辐射单元之间大约有一个波长的间距。通过上述结构可以看出，馈电网络对两个矩形辐射单元的同一个顶点进行馈电，即第一馈电点1在所属第一矩形辐射单元A上的相对位置可以与第二馈电点1'在第二矩形辐射单元B上的相对位置相同，并且总的馈电点在两个辐射单元的中间位置，即两个矩形辐射单元相对于总馈电点是对称的，这样，就保证了馈电网络的同幅等相，并且传输的路径最短，从而保证了能量的最大传输，提高了增益。 下表面的铺铜区域是一个完整的铺铜地面，这样，天线主体内的上表面和下表面之间就形成了微带天线的结构。 有源标签的应用场合中，可能对天线的波束有明确的要求，因此考虑在增加天线寄生单元，该天线寄生单元位于塑料壳体的内壳上，寄生单元为铜制(或其他金属制成)的金属片，该金属片的形状与矩形凸起部A和B的形状相同，大小可以不同，该金属片边长的大小也可以在半波长附近，并与天线主体平行放置。寄生单元与主辐射单元的间距高度不同时，对增益提高的效果是不同的，寄生单元的大小也是结合着高度进行调节的。如果是该有源标签天线是圆极化天线，寄生单元的摆放方式可以与辐射单元的摆放位置一致，这样可以进一步提高寄生单元的效果。通过添加寄生单元可以提高增益，并且可以将水平波束
宽度降低。这种结构的天线的优点在于矩形阵列的结构增益较高，并且阻抗带宽很宽。并
且通过添加寄生单元的形式将增益进一步提高，也将水平波束宽度进一步降低。 图2是将根据本实用新型的有源标签天线设置于壳体内的示意图，图3是将根据
本实用新型的有源标签天线设置于壳体内的侧视图。如图2和图3所示，具有第一矩形辐
射单元A和第二矩形辐射单元B大小相同，并排设置于壳体内。优选地，在壳体的内表面还
可以贴有铜制的寄生单元金属片(未示出)，其中，寄生单元可以设置在壳体内表面开出的
框中，该寄生单元可以是铜片、铝片、银片等，并通过粘接方式固定在框内，从而进一步提高
增益，有效的降低水平波束宽度。 在实际应用中，有源标签天线的基板可以采用普通的FR4板材，天线基板厚度优选为1.2mm，介电常数为4.4。由于天线是微带天线结构，馈电端直接与射频的输出端通过添加微波电容相连，这种连接方式简单可靠，性能稳定。在具体实现过程中，可以将圆极化天线或线极化天线等多种极化天线作为有源标签天线。 本实用新型还提供一种有源标签，该包括电路和有源标签天线，其中，电路和有源标签天线通过射频微带线相连接。该有源标签中的有源标签天线与上文所述的有源标签天线的结构和工作原理完全相同，这里不再详细赘述。 本实用新型提供一种性能稳定、增益较高、有特定波束宽度的有源标签天线，可应用于车载有源标签中。本实用新型的天线采用了矩形天线的结构，在矩形的一个顶点进行馈电，使得矩形的四个边都能够进行辐射，从而提高了辐射效率，提高了天线增益；相比于通常采用矩形形式的微带天线中在一条边进行馈电导致有两条边不能有效的辐射的问题，本实用新型中的矩形结构天线采用了非基本的激励模式，会明显增益提高，增加天线的阻抗带宽，有效提高天线的整体性能。 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种有源标签天线，包括辐射单元、接地面和介质板，其中，所述介质板设置于所述辐射单元和所述接地面之间并与所述辐射单元和所述接地面相接触，其特征在于，所述辐射单元包括基板以及所述基板上设置的由金属制成的多个辐射单元，其中，每个辐射单元上均设置有馈电点，在所有馈电点的中心对称处设置有总馈电点，每个馈电点均通过金属线连接至所述总馈电点。
2. 根据权利要求1所述的有源标签天线，其特征在于，每个辐射单元的形状和大小彼 此相同。
3. 根据权利要求2所述的有源标签天线，其特征在于，所述每个馈电点在其各自的辐 射单元上的相对位置彼此相同。
4. 根据权利要求3所述的有源标签天线，其特征在于，所述有源标签天线还包括由金 属制成的寄生单元，其中，所述寄生单元为形状与所述辐射单元相同的金属片，且所述寄生 单元设置在所述辐射单元一侧，与所述辐射单元相平行且间隔一定距离。
5. 根据权利要求4所述的有源标签天线，其特征在于，所述寄生单元与所述辐射单元 之间的垂直距离的范围为0.015A至O. l"其中，A为电磁波的波长。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的有源标签天线，其特征在于，所述辐射单元的数 量为两个。
7. 根据权利要求1至5中任一项所述的有源标签天线，其特征在于，每个馈电点与所述 总馈电点之间的金属线完全相同，其中，所述金属线完全相同是指金属线的规格、长度、和 形状彼此相同。
8. 根据权利要求1至5中任一项所述的有源标签天线，其特征在于，所述辐射单元的形 状为矩形。
9. 根据权利要求8所述的有源标签天线，其特征在于，所述辐射单元的边长近似等于 入/2，其中，A为电磁波的波长。
10. —种有源标签，包括通过射频微带线相连接的电路和有源标签天线，所述有源标签 天线包括辐射单元、接地面和介质板，其中，所述介质板设置于所述辐射单元和所述接地面 之间并与所述辐射单元和所述接地面相接触，其特征在于，所述辐射单元包括基板以及所 述基板上设置的由金属制成的多个辐射单元，其中，每个辐射单元上均设置有馈电点，在所 有馈电点的中心对称处设置有总馈电点，每个馈电点均通过金属线连接至所述总馈电点。
专利摘要本实用新型公开了一种有源标签天线和有源标签，其中，该有源标签天线包括辐射单元、接地面和介质板，该所述辐射单元包括基板以及所述基板上设置的由金属制成的多个辐射单元，其中，每个辐射单元上均设置有馈电点，在所有馈电点的中心对称处设置有总馈电点，每个馈电点均通过金属线连接至所述总馈电点。这种结构的有源标签天线能够有效地提高增益，降低波束宽度，提高天线的抗干扰性能以及灵敏度。
文档编号H01Q13/08GK201490324SQ20092017302
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者冯春楠, 张永智 申请人:中兴通讯股份有限公司