一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线的制作方法

本实用新型涉及一种窄波束RFID天线，属于RFID应用技术领域。

背景技术：

射频识别，RFID(Radio Frequency Identification)技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频识别系统一般有电子标签(Tag)、读写器(Reader)，RFID系统通过天线发射和接收电磁波来实现读写器对电子标签的识别，天线是决定整个RFID系统读取可靠性和稳定性的关键因素。

在实际应用中，不同的应用场景对识别区域有着特定的需求。如针对通道门，仓库等对辐射距要求离远的应用，需要增益(增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比)都比较高，通常都达到8～10dbi；而当应用在空间狭窄的地方，如门禁系统、零售行业等，就需要控制辐射距离，提供一种窄波束的天线；通常采用组阵来压缩波束，天线阵元数越多，波束越窄；但是现有的窄波束天线往往有着复杂的馈电网络、较大的天线尺寸，体积一般达到400*180*15mm以上；体积大难以集成进时尚美观的设备当中，而结构复杂，使生产作业复杂(部分作业需要人工焊接及调试)，生产效率低下，进一步导致生产成本过高。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有窄波束天线尺寸大、结构复杂的问题，提供了一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线。

本实用新型所述一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线，包括：

印制电路板以及分别设置在印制电路板上的两个阵元；

所述阵元为正方形，每个阵元均包括辐射贴片、馈电探针、陶瓷介质块以及正交耦合器；所述陶瓷介质块位于印制电路板上表面，所述辐射贴片位于陶瓷介质块上表面；

每一所述陶瓷介质块中部沿垂直于印制电路板方向各设置有两通孔，通孔内均设置有馈电探针；所述馈电探针一端连接辐射贴片，另一端与正交耦合器电连接；

所述双阵元陶瓷窄波束RFID天线为IPEX接口。

作为对上述技术方案的进一步阐述；

进一步的，所述辐射贴片的厚度为0.1mm。

进一步的，所述正交耦合器为3db正交耦合器。

本实用新型最为突出的特点和显著的有益效果是：

本实用新型所涉及的一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线，其优越性可以归纳为：

1、采用陶瓷介质能有效缩小天线尺寸，体积小巧，如实施例中的天线大小仅200*100*7.5mm，是传统设备的一半，很方便集成进各种多媒体设备当中，易于使用；

2、增益适中，3.5dbi增益，适中的天线增益易于控制电磁波的辐射范围，在例如试衣间，小过道都能适用，不会误感应到指定范围外的物品；

3、结构简单、成本低，使用常见的陶瓷胚体做为介质层，创新地使用双陶瓷胚体组成天线阵列，以达到压缩电磁波束的效果，成本只有传统的窄波束天线的三分之一；

4、生产加工简单，生产效率高，使用已经大批量生产应用的陶瓷胚体加PCB电路的结构，PCB能够直接SMT(Surface Mount Technology的缩写，表面贴装技术)贴片，完成后只要简单测试调整就能作为成品，生产效率有很大的提高，便于大批量生产。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型中天线的仰视图；

图3为本实用新型中天线的侧视图；

图4为PCB板上的馈电网络示意图；

图5为实施例中天线3D增益图；

图6为实施例中天线2D辐射方向图；

其中：1.印制电路板，2.辐射贴片，3.馈电探针，4.陶瓷介质块，5.正交耦合器。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4对本实施方式进行说明，本实施方式给出的一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线，包括：

印制电路板1(PCB板)以及分别设置在印制电路板1上的两个阵元；

所述阵元为正方形，每个阵元均包括辐射贴片2、馈电探针3、陶瓷介质块4以及正交耦合器5；所述陶瓷介质块4位于印制电路板1上表面，所述辐射贴片2位于陶瓷介质块4上表面；天线的陶瓷介质块种类可分为块状(Block)陶瓷与多层陶瓷，前者是使用高温(摄氏1000度以上)将整块陶瓷体一次烧结完成后再将天线的金属部份印在陶瓷块的表面上；后者则采用低温共烧(Low Temperature Cofired)的方式将多层陶瓷迭压对位后再以800～900度的温度烧结，所以天线的金属导体可以依设计需要印在每一层陶瓷介质层上，如此一来便可有效缩小天线所需尺寸。而且由于陶瓷本身的介质常数较PCB电路板高，所以使用陶瓷当天线介质能有效缩小天线尺寸；在介质损耗(Dielectric Loss)方面，陶瓷介质也比PCB电路板的介质损耗更小。

每一所述陶瓷介质块4中部沿垂直于印制电路板1方向各设置有两通孔，通孔内均设置有馈电探针3；所述馈电探针3一端连接辐射贴片2，另一端与正交耦合器5电连接；

所述双阵元陶瓷窄波束RFID天线为IPEX接口。天线采用IPEX接口外接的优点是：场型能控制更好，插损低，信号的方向指向性好，效率高，抗干扰能力强，能远离主板上的干扰，而且不用过多的进行调试匹配，作为终端厂家，只需要外面接一个IPEX的天线即可。

本实施方式中的馈电网络集成在印制电路板1上，这使得天线结构进一步简单，加工简单，生产效率高。

如图4所示：天线在工作时，由电路产生的电压能量信号从IPEX接口进入天线，由同轴电缆传输到印制电路板1上的天线端口，信号经过C1、L1、R1及PCB走线匹配，信号平分成两路分别传输给两个正交耦合器U1和U2，正交耦合器U1和U2再将能量信号平分为两路正交90度的信号，由馈电探针3传输至陶瓷介质块4表面的辐射贴片2(铝铂层)，电压信号能量转化为电磁能量向空气中辐射出去，天线的辐射场是天线各个阵元所产生电磁场的矢量叠加，因此在天线的多路同源信号不同相位的相互作用下，两侧的场强相互抵消，电磁信号被压制在天线中心对外辐射，形成窄波束天线。从而能够精准的控制电磁波的辐射范围，不会误感应到指定范围外的物品。

天线的辐射特性决定于阵元数目、分布形式、单元间距、激励幅度和相位，控制这五个因素可以改变辐射场特征。同时也要考虑单元本身的特性对阵列总特性的影响。天线辐射特性在空间是变化的。天线方向图用来描述电(磁)场强度在空间的分布情况，常用般功率波瓣宽度来表示方向图的宽度。

天线的方向图相乘原理：一个天线阵的方向函数等于单个天线元的方向函数和阵方向函数的乘积。阵方向函数是阵中各天线元的位置、激励电流幅度和相位的函数。天线增益定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度。增益显然与天线方向图有密切的关系，方向图主瓣越窄，副瓣越小，增益越高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述辐射贴片2的厚度为0.1mm。此厚度时，能够得到较佳的电磁能量辐射效果。

其他步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述正交耦合器5为3db正交耦合器。本实施方式专门针对零售行业设计，尤其在服装零售行业，用于试衣间，过道等对左右电磁波辐射强度控制要求的地方，采用3db正交耦合器能够得到适中的增益(3.5dbi增益)。

其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

实施例

以下实例了一种双阵元陶瓷窄波束RFID天线：

天线尺寸200*80*8.5

天线增益3.5dBi

接头20CM RG113线+IPEX接头

接口阻抗50欧

天线带宽902～928MHz；

天线驻波比：≤1.3

天线波束宽度，上下120度，左右50度

天线正交耦合器：YANTEL HC0900A03

应用场景：专门针对零售行业设计，尤其在服装零售行业，用于试衣间，过道等对左右电磁波辐射强度控制要求的地方；

图5为天线3D增益图，图6为天线2D辐射方向图；可以看出，天线能够精准的控制电磁波的辐射范围，电磁波辐射强度能够在指定范围以外减弱到了不能激活超高频RFID标签的程度。

本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。