一种电子标签天线的制作方法

本发明属于天线技术领域，涉及射频识别(rfid)技术，具体涉及一种适用于iso18000-6/b/c和epcgen2电子标签标准、具有高长宽比尺寸特性的电子标签天线。

背景技术：

射频识别(radiofrequencyidentification，rfid)技术，是一种利用射频方式通过非接触式双向通信自动识别目标并获取相关数据的技术，是目前最热门的智能识别技术之一。典型的rfid系统主要包括标签、阅读器和主机控制系统三部分，其中标签的性能对整个rfid系统起到了重要的作用，成本占比达到65％以上，作为标签重要组成部分的天线设计就显得尤为重要。

与普通的谐振天线不同，电子标签天线由于需要与rfid芯片直接相连，不存在阻抗变换环节，设计之初就需要考虑天线阻抗与芯片的共轭匹配，天线的阻抗设计目标往往具有实部和虚部，即电阻分量和电抗分量，增加了天线设计的难度。同时，在天线的设计过程中既有来自诸如增益、效率、方向性等本征特性的要求，又存在特殊使用环境、尺寸等外在限制，从而天线的设计变得复杂化。

在uhf频段(860mhz～960mhz)和微波频段(2.45ghz)的电子标签天线多采用体积小、重量轻、低剖面的平面天线。可用于射频识别电子标签的平面天线主要有：印刷偶极子天线、微带天线、带线缝隙天线等，其中偶极子天线以其结构简单、阻抗设计灵活、成本低、易于实现大规模商用最为常见，如图1、图2、图3所示为三种常见的偶极子天线结构。

图1为普通偶极子天线，该类天线对于特定的工作频率具有特定的长度，其阻抗相对固定，但无法满足多变的asic阻抗匹配需求；图2为简单折叠偶极子天线，该类天线能够部分弥补天线阻抗可调性方面的不足，但当限制天线的弯折间距时，阻抗中电抗分量在uhf频段通常呈现容性，无法满足绝大多数asic芯片的匹配要求；图3为中间加载环形枝节的偶极子天线，该类天线所加载的环形枝节对于中心平衡馈电偶极子呈现感性，但天线整体长度过长，限制弯折间距时，阻抗可调性也会受到限制。

因此，设计一种能够在不增加成本、不提高工艺、天线尺寸受到部分限制时仍能在多个频段(uhf频段、微波频段)满足阻抗灵活可调性的天线结构就显的尤为重要。

技术实现要素：

本发明提供一种电子标签天线，该天线在对尺寸的长宽比有要求的条件下可实现特性阻抗的灵活可调，尤其是天线特性阻抗中电阻分量和电抗分量可以相对独立的进行调节；该天线不增加成本、不改变工艺，调整尺寸后，可适用于uhf频段、微波频段。

本发明技术方案如下：

一种电子标签天线，如图4所示，包括一个偶极子天线，所述偶极子天线上具有以下三种加载枝节：1)两端24各加载了一个“l”形弯折枝节23，2)中间馈电点20两侧加载了一个环路枝节21，3)在中间馈电点20和两端24之间各加载了一个垂直枝节22；所述“l”形弯折枝节23、环路枝节21和垂直枝节22的加载方向一致，且所述垂直枝节22位于“l”形弯折枝节23和环路枝节21之间；整个电子标签天线关于通过偶极子天线馈电点20且垂直于偶极子天线的直线呈镜面对称结构。所述“l”形弯折枝节23由垂直于偶极子天线的垂直段231和在垂直段末端折向偶极子天天中心的水平段232构成；所述环路枝节21由两段垂直于偶极子天线的垂直段211和与两段垂直段相连的水平段212构成；所述垂直枝节与偶极子天线垂直相连。

本发明在现有偶极子天线的基础上，通过加载上述三种类型的加载枝节，可在满足较高天线增益的条件下，达到较高的天线长宽比，同时在不改变天线基本形状的前提下，仅需改变个别枝节尺寸，就可独立调节天线阻抗的实部和虚部，从而可适应不同的rfid芯片的阻抗。

本发明的有益效果是：

结构简单，特性阻抗灵活可调、尤其是天线特性阻抗中电阻分量和电抗分量可以相对独立的进行调节；具有较高的长宽比，可以适用于对标签尺寸具有特殊限制的环境中；天线结构可以在尺寸调整后，可用于uhf频段或微波频段，与国内外众多asic厂商的芯片达到良好匹配。

附图说明

图1是普通偶极子天线的结构示意图。

图2是简单折叠偶极子天线的结构示意图。

图3是中心加载闭合环路枝节的偶极子天线结构示意图。

图4是本发明提供的电子标签天线结构示意图。

图5是本发明用于参数优化的高长宽比的电子标签天线结构示意图。

图6是910mhz时，结构参数l1、l3对本发明提供的电子标签天线阻抗的影响示意图。

图7是910mhz时，结构参数l4对本发明提供的电子标签天线阻抗的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

图4是本发明提供的电子标签天线结构示意图。该天线包括一个偶极子天线，所述偶极子天线上具有以下三种加载枝节：1)两端24各加载了一个“l”形弯折枝节23，2)中间馈电点20两侧加载了一个环路枝节21，3)在中间馈电点20和两端24之间各加载了一个垂直枝节22；所述“l”形弯折枝节23、环路枝节21和垂直枝节22的加载方向一致，且所述垂直枝节22位于“l”形弯折枝节23和环路枝节21之间；整个电子标签天线关于通过偶极子天线馈电点20且垂直于偶极子天线的直线呈镜面对称结构。所述“l”形弯折枝节23由垂直于偶极子天线的垂直段231和在垂直段末端折向偶极子天天中心的水平段232构成；所述环路枝节21由两段垂直于偶极子天线的垂直段211和与两段垂直段相连的水平段212构成；所述垂直枝节与偶极子天线垂直相连。上述三种加载枝节的尺寸取决于天线的目标阻抗。

所述“l”形弯折枝节23、环路枝节21和垂直枝节22的线宽不超过所述偶极子天线的线宽。

图5是本发明用于参数优化的高长宽比的电子标签天线结构示意图。为了分析问题的方便，将本发明提供的电子标签天线的尺寸简化为图5中所示的参数l1、l2、l3和l4。其中参数l1、l2、l3和l4的定义如下：l1为偶极子天线末端至馈电点的距离；l2为偶极子天线馈电点至垂直枝节22的距离；l3为环路枝节21水平段212长度的一半；l4为“l”形弯折枝节23水平段232的长度。

对参数l1、l3的变化进行扫描分析得到的结果参考图6，可以看到，随着l1的变化，电阻分量变化加大，电抗分量相对较小；l3的变化对电抗分量作用显著，对电阻分量影响较小，这主要是因为偶极子天线采用平衡馈电，在奇模激励下，l3枝节为短路加载，从而贡献感性电抗进行补偿；参数l4对天线阻抗的影响如图7所示，随着l4的增大，天线阻抗的电阻分量和电抗分量都呈现增大的趋势；参数l3对天线阻抗具有微调作用。

据此，理论上可以实现天线电阻分量和电抗分量的相对独立调节，并使天线阻抗无线接近目标阻抗，最大限度的实现与asic芯片阻抗的共轭匹配。

实施例1

以impinj公司的monza2芯片为例，取设计频率910mhz，芯片阻抗的测试值为33.45-j246.61ω，设计天线。通过优化，当天线的尺寸为l1＝61毫米、l2＝33毫米、l3＝19毫米、l4＝20毫米，且其中偶极子天线和所有枝节的线宽为1毫米和所有加载枝节的垂直距离等于1毫米时，天线阻抗z0＝33.61+j248.42ω，可以实现与asic芯片的良好匹配，反射系数达到-38db，天线的增益达到2.41db。

实施例2

同样以impinj公司的monza2芯片为例，取设计频率2.45ghz，针对同样的阻抗进行天线设计。优化得到，当天线的尺寸为l1＝19.3毫米、l2＝6.9毫米、l3＝6.8毫米、l4＝10毫米，且其中偶极子天线和所有枝节的线宽为1毫米和所有加载枝节的垂直距离等于1毫米时，天线阻抗z0＝33.45+j250.8ω，可以实现与asic芯片的良好匹配，反射系数达到-32db，天线的增益达到2.38db。

上述方案仅是本发明的两种具体实施方式，在符合本发明技术特征下可以有多种不同的应用方案，但这些应用方案只要符合本发发明技术特征，都应属于发明保护范围之内。