一种内嵌式耦合馈电的RFID贴片天线的制作方法

本发明涉及射频识别天线技术领域，特别涉及一种内嵌式耦合馈电的rfid贴片天线。

背景技术：

射频识别技术(radiofrequencyidentification，rfid)，又称无线射频识别，是一种利用电磁波实现的非接触式的自动识别技术。其作为物联网的核心组成部分，正在飞速的发展。rfid系统是由阅读器、标签和上位机软件组成，在rfid通信过程中，电子标签的灵敏度要远远低于阅读器的灵敏度，而标签天线作为标签能量的来源器件，在通信过程中有着重要的作用。

在零售业、物流业等领域，超高频射频识别(uhf-rfid)技术应用的越来越广泛。对于超高频rfid所使用的频段，不同的国家有不同的频段许可标准，例如中国采用的840mhz-845mhz和920mhz-925mhz，而美国、加拿大和墨西哥允许使用的频段为902mhz到928mhz。因此，设计覆盖全球超高频rfid使用频段(840mhz-960mhz)的超宽带标签天线具有非常重要的意义。

在现在的市场中，大部分的rfid系统采用的是圆极化的阅读器天线。当标签使用线极化的天线时，在通信过程中就会出现很大的极化失配，从而大大的减少了阅读距离。甚至当阅读器天线也是使用线极化时，线极化的标签天线放置的位置稍微错位就会出现完全的极化失配，从而不能进行通信。

在许多实际应用环境中，标签需要附着在金属表面上。由于金属对电磁波的反射，当标签天线贴近金属时，天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性、圆极化天线的圆偏振模式等都会发生改变，标签的读取距离大大的降低甚至不能工作。因此设计一个抗金属的标签天线是市场上迫切需要的。

现在的市场上应用的rfid标签芯片都是呈现低阻抗高容抗的性质，要实现阻抗匹配，实现最大的传输功率，标签天线必须设计为低阻抗高感抗的电抗。由于不同标签芯片有着不同的阻抗值，因此设计易于阻抗调节的标签天线非常有必要。

随着智能可穿戴电子产品物联网等领域的兴起，对产品的尺寸要求也越来越高。如果在实现较高性能指标的情况下使得产品的尺寸最小，也是商用产品的设计关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种内嵌式耦合馈电的rfid贴片天线，该天线采用内嵌式耦合馈电方式，具有宽频带、圆极化、抗金属、易于阻抗调节、小尺寸等优势，且覆盖了全球超高频rfid应用频段，具有较高的增益。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种内嵌式耦合馈电的rfid贴片天线，包括：辐射贴片、介质基板、接地金属贴片、微带馈线和标签芯片；

辐射贴片设置在介质基板的上表面，接地金属贴片设置在介质基板的下表面；

辐射贴片的中部开有一个十字形槽，十字形槽两条槽的中心线交点与辐射贴片中心重合；十字形槽的内部嵌入一个l形微带馈线，标签芯片焊接在l形微带馈线上。

优选的，通过改变微带馈线的长度以及标签芯片的焊接位置，可以调节天线的阻抗。

具体的，标签芯片焊接在距离l形微带馈线端点3.3mm处。

优选的，所述十字形槽宽度相等为5mm，长度分别为36.2mm和37.2mm。

优选的，所述l形微带馈线嵌入在十字形槽的内部，其总长度为35.9mm，宽度为1.7mm。

优选的，辐射贴片、接地金属贴片和微带馈线均采用铜材料制成。

优选的，介质基板采用fr4介质基板。

优选的，在辐射贴片一对角处开有两个l形槽，l形槽的顶点在辐射贴片的对角线上，l形槽的开口对着辐射贴片中心。

优选的，所述的对角处两个l形槽具有相同的宽度2.3mm，长度分别为14.5mm和15.5mm。

优选的，该天线还包括一对短路通孔，通过在微带馈线两端上打通孔，使辐射贴片上层和接地金属贴片下层连通，通过短路通孔将接地金属贴片作为标签天线的一部分，以达到抗金属的目的。

具体的，短路通孔设置在l形馈线的两端尽头。

具体的，短路通孔采用铜材料制成。

具体的，短路通孔的半径为0.4mm。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明通过十字形槽和l形槽对贴片电流的微扰，可以激发出更好的圆极化模式，并且延长电流路径缩小天线尺寸。

2、本发明通过l形微带馈线可以对辐射贴片进行耦合馈电，实现宽频带带宽。

3、本发明通过短路通孔将接地金属贴片作为标签天线的一部分，以达到抗金属的目的，当标签天线工作于金属表面时，阻抗特性和圆极化特性不仅不会产生影响，而且由于接地金属贴片的增大会产生更大的增益，反而增加了阅读距离。

附图说明

图1为实施例中的标签天线俯视结构图。

图2为实施例中的标签天线侧视结构图。

图3为实施例中的标签天线回波损耗图。

图4为实施例中的标签天线圆极化轴比图。

图5为实施例中的标签天线附着在不同大小金属表面电抗特性。

图6为实施例中的标签天线附着在不同大小金属表面电阻特性。

图7为实施例中的标签天线附着在不同大小的金属表面的增益图。

图1和图2中，1-辐射贴片，2-介质基板，3-接地金属贴片，4-短路通孔，5-内嵌式微带馈线，6-标签芯片，7-l形槽，8-十字形槽。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1和图2所示，本实施例的标签天线包括辐射贴片1、介质基板2、接地金属贴片3、短路通孔4、内嵌式微带馈线5和标签芯片6，所述辐射贴片1设置在介质基板2的上表面，所述接地金属贴片3设置在介质基板2的下表面，作为金属地，即辐射贴片1在上层，介质基板2在中间层，接地金属贴片3在下层；

所述辐射贴片1的中部开有一个不对称十字形槽8，两条槽的中心线交点与辐射贴片中心重合。在辐射贴片1一对角处开有两个l形槽7，l形槽的顶点在辐射贴片1的对角线上，l形槽的开口对着辐射贴片中心。通过十字形槽8和l形槽7对贴片电流的微扰，可以激发出更好的圆极化模式，并且延长电流路径缩小天线尺寸。

所述十字形槽8的内部嵌入一个l形微带馈线5，通过l形微带馈线5可以对辐射贴片1进行耦合馈电，实现宽频带带宽，通过内嵌式微带馈线5的长度，可以调节标签天线的阻抗；

所述标签芯片6焊接在l形微带馈线5上，标签芯片6焊接位置不同阻抗不同，本实施例中芯片左边的微带线长度为3.3mm。该标签芯片4的型号为impinj公司的monza4，该型号的芯片在工作频率为924mhz时具有11-j143ω的输入阻抗和-17.4dbm的阈值功率。

所述的短路通孔4是一个连通辐射贴片1上层和接地金属贴片3下层的过孔，设置在l形馈线5的两端，本实施例中短路通孔4设置在l形馈线5的两端尽头。通过短路通孔4将接地金属贴片3作为标签天线的一部分，以达到抗金属的目的，当标签天线工作于金属表面时，阻抗特性和圆极化特性不仅不会产生影响，而且由于接地金属贴片3的增大会产生更大的增益，反而增加了阅读距离；

在本实施例中，所述辐射贴片1、接地金属贴片3、内嵌式微带馈线5和短路通孔4均采用铜材料制成，所述介质基板2采用fr4介质基板；所述辐射贴片1的尺寸为56.8mm×56.8mm，所述介质基板2的平面尺寸和接地金属贴片3的尺寸相同，均为66.8mm×66.8mm，且介质基板2的厚度为1.6mm；所述十字形槽8宽度相等为5mm，长度相差1mm分别为36.2mm和37.2mm。所述l形微带馈线嵌入在十字形槽的内部，其总长度为35.9mm，宽度为1.7mm。所述的微带馈线终端分别设计短路通孔，微带馈线两端的端点上打通孔，使上层与下层相连，其半径为0.4mm。所述的对角处两个l形槽具有相同的宽度2.3mm，长度分别为14.5mm和15.5mm。

本实施例的标签天线的回波损耗曲线如图3所示，从图中可以看到，-10db带宽覆盖全球超高频rfid系统频段(840mhz-960mhz)。

本实施例的标签天线轴比带宽曲线如图4所示，从图中可以看到，3db的轴比带宽也完全覆盖了中国的920mhz-925mhz频段。

本实施例的标签天线置于不同大小的金属表面的阻抗对比如图5和图6所示，可以看出，当标签天线附着在金属上时，天线的电阻和电抗特性基本没有变化，因此这个天线具有很好的抗金属特性，

本实施例的标签天线置于不同大小的金属表面的增益对比如图7所示，随着金属面积的增大，标签天线的增益也随着增大并趋于稳定，比在自由空间中大6dbic。可见本实施例的标签天线在金属表面工作时具有更远的阅读距离。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。