柔性天线模块、其封装结构及天线阵列

本发明涉及天线技术领域，具体而言涉及一种柔性天线模块、其封装结构及天线阵列。

背景技术：

频射频识别应用中，需要将标签粘贴于复杂结构的物体表面，譬如：汽车、钢瓶、集装箱等等。普通标签无法应用于金属表面，需要采用特殊设计的抗金属标签或金属标签。一般的抗金属标签采用微带贴片天线或平面倒f天线作为标签天线，可以将金属表面作为天线的地平面。这些天线一般都需要使用短路墙或过孔，从而使得抗金属标签天线的成本增加，不利于大规模生产应用。而且对于超高频射频识别标签，为了实现天线与芯片的最大能量传输，还需要天线的输入阻抗与芯片阻抗共轭匹配，这就要求天线输入阻抗的实部和虚部都具有灵活的调节能力。

目前已有的平面抗金属标签天线常常存在以下不足：1、馈线长度较长，使得标签尺寸大，耗材多，成本提高；2、为保证天线辐射性能，需要竟可能将天线附着在平整表面，因此限制了天线的黏贴位置；3、现有天线辐射性能一般、读取距离短；3、阻抗匹配不够灵活。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提供一种柔性天线模块、其封装结构及天线阵列，本发明通过对称排列的柔性天线模块，灵活匹配射频识别芯片的辐射参数指标，能够通过金属耦合层与射频识别芯片的贴片端口之间、金属耦合层与相邻柔性天线模块之间的耦合连接方式灵活地将天线阵列贴合设置在不同结构的表面，方便对待识别物体的射频识别。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种天线阵列，其包括：射频识别芯片，其表面设置有贴片端口；柔性天线模块，其与射频识别芯片的贴片端口耦合连接，以射频识别芯片为中心，对称设置在射频识别芯片的两侧，并且贴附在待识别物体外表面；封装贴片，其底面附着有耦合介质胶体，所述封装贴片包覆在柔性天线模块及射频识别芯片的上表面，以耦合介质胶体填充封装贴片、射频识别芯片及柔性天线模块之间间隙；其中，所述耦合介质胶体加热后固化并密封芯片及柔性天线模块；所述封装贴片加热后收缩，紧密压合各柔性天线模块之间间隙并牢固粘附在待识别物体外表面。

可选的，如上任一所述的天线阵列，其中，柔性天线模块包括：柔性天线基材，其底面附着有热熔胶膜，通过热熔胶膜贴附在待识别物体的外表面；金属镀层，其以柔性天线基材的轴线为对称轴，对称排布在柔性天线基材的上表面，所述金属镀层的末端沿所述轴线方向延伸至柔性天线基材的同一侧边缘；金属耦合层，其设置在柔性天线基材的一侧端面，所述金属耦合层的顶部衔接金属镀层的末端，所述金属耦合层的底部延伸至柔性天线基材的底面；所述柔性天线模块通过所述金属耦合层与射频识别芯片的贴片端口耦合连接。

可选的，如上任一所述的天线阵列，其中，所述金属镀层包括若干等间距嵌套排列的门字形辐射条带，相邻两门字形辐射条带之间间距d接近于门字形辐射条带的宽度；所述金属耦合层包括若干等间距排列的耦合片，耦合片的宽度与门字形辐射条带末端的宽度相等，耦合片与门字形辐射条带末端无缝衔接。

可选的，如上任一所述的天线阵列，其中，每一个门字形辐射条带均分别包括：两条沿柔性天线基材轴线方向延伸的纵向辐射条，以及垂直于柔性天线基材轴线方向连接在两纵向辐射条之间的横向辐射条，纵向辐射条与横向辐射条之间曲线过渡；金属镀层最外侧门字形辐射条带中纵向辐射条外缘距柔性天线基材边缘的距离不超过相邻两门字形辐射条带之间间距d的一半；金属镀层最内侧门字形辐射条带中两纵向辐射条之间间距不低于相邻两门字形辐射条带之间间距d。

可选的，如上任一所述的天线阵列，其中，所述柔性天线模块以射频识别芯片为对称中心，以旋转对称方式排列；或者，所述柔性天线模块以射频识别芯片的轴线为对称轴，以轴对称方式排列。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种柔性天线模块，其包括：柔性天线基材，其底面附着有热熔胶膜，通过所述热熔胶膜贴附在待识别物体的外表面；金属镀层，其以柔性天线基材的轴线为对称轴，对称排布在柔性天线基材的上表面，所述金属镀层的末端沿所述轴线方向延伸至柔性天线基材的同一侧边缘；金属耦合层，其设置在柔性天线基材的一侧端面，所述金属耦合层的顶部衔接金属镀层的末端，所述金属耦合层的底部延伸至柔性天线基材的底面；所述柔性天线模块通过所述金属耦合层与射频识别芯片的贴片端口，或与相邻柔性天线模块耦合连接。

可选的，如上任一所述的柔性天线模块，其中，各柔性天线模块的金属耦合层之间由加热固化的耦合介质胶体密封连接，且，相互耦合连接的各柔性天线模块顶部均由热缩材料制成的封装贴片紧密压合，牢固粘附在待识别物体的外表面。

可选的，如上任一所述的柔性天线模块，其中，所述柔性天线基材为表面蚀刻有匹配于金属镀层、金属耦合层形状的耐高温pvc薄片；所述金属镀层、金属耦合层均为通过电镀方式附着在柔性天线基材表面的铜覆层；所述耦合介质胶体为均匀混合有玻璃纤维颗粒的热固性胶粘剂；所述封装贴片由pvc收缩膜构成，其底面边缘还附着有热熔胶膜。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种柔性天线模块的封装结构，其包括：柔性天线基材，其底面附着有热熔胶膜，其上表面及一侧端面用于供天线结构的金属镀层及金属耦合层附着，所述柔性天线基材的底面通过热熔胶膜贴附在待识别物体的外表面；耦合介质胶体，其被加热而固化密封在相邻柔性天线基材的间隙之间，作为相邻柔性天线基材上所附着的金属耦合层之间的耦合介质；封装贴片，其覆盖整个柔性天线基材，被加热而收缩后紧密压合各柔性天线基材之间间隙，并通过封装贴片底面边缘所附着的热熔胶膜而牢固粘附在待识别物体外表面。

可选的，如上任一所述的柔性天线模块的封装结构，其中，所述柔性天线基材为表面蚀刻有匹配于金属镀层、金属耦合层形状的耐高温pvc薄片；所述封装贴片由pvc收缩膜构成，其底面边缘附着所述热熔胶膜，其底面中部附着有能够完整覆盖整个天线面积的耦合介质胶体；所述耦合介质胶体为均匀混合有玻璃纤维颗粒的热固性胶粘剂.

有益效果

本发明的天线阵列由对称排列的柔性天线模块实现对射频识别芯片应答信号的辐射。本申请特别通过耦合介质胶体作为介质，在柔性天线模块的金属耦合层与射频识别芯片的贴片端口之间，以及相邻柔性天线模块的金属耦合层之间实现耦合连接。本申请的耦合方式可借助于柔性天线模块表面等间距嵌套排列的门字形辐射条所形成的等效感抗特性，实现对电磁信号的有效耦合传输，而减少天线结构受其所附着表面结构的影响。本申请的天线，能够实现接近半圆的e面辐射方向图，能够有效扩展射频识别的有效识别角度范围，方便远距离以较偏角度对待识别物体进行准确识别。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的柔性天线模块第一种封装方式的示意图；

图2是本发明的柔性天线模块单元结构的示意图；

图3是应用本发明柔性天线模块所组成的天线阵列的示意图；

图4是图1所示天线结构的e面辐射方向图

图中，1表示离型纸；2表示柔性天线基材；3表示金属镀层；4表示金属耦合层；5表示芯片；6表示封装贴片；61表示耦合介质胶体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于柔性天线模块本身而言，由其外部边缘指向其表面金属镀层的对称轴的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对天线阵列时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本发明中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对天线阵列时，由封装贴片指向射频识别芯片所附着的待识别物体的方向即为下，反之即为上，而非对本发明的装置机构的特定限定。

图1为根据本发明的一种天线阵列，其包括：

射频识别芯片5，其表面设置有贴片端口，作为与天线辐射结构的耦合端口；

柔性天线模块，其端面上设置有金属耦合层，通过金属耦合层的金属耦合片与射频识别芯片5的贴片端口耦合连接，其表面设置有用于辐射射频识别芯片应答信号的金属镀层，若干柔性天线模块以射频识别芯片5为中心，对称设置在射频识别芯片5的两侧，并且贴附在待识别物体的外表面；

封装贴片6，其覆盖整个射频识别芯片5及天线阵列中的全部柔性天线模块，封装贴片6的底面附着有耦合介质胶体61，所述封装贴片6包覆在柔性天线模块及射频识别芯片5的上表面，以耦合介质胶体61填充封装贴片6、射频识别芯片5及柔性天线模块之间间隙；

其中，所述耦合介质胶体61加热后固化并密封芯片5及柔性天线模块之间间隙；

所述封装贴片6加热后收缩，紧密压合各柔性天线模块之间间隙，通过固化后的耦合介质胶体61所提供的范德华力以及封装贴片6背面边缘设置的热熔胶共同作用而牢固地粘附在待识别物体外表面。

上述天线中的耦合介质胶体61可通过均匀混合有玻璃纤维颗粒的热固性胶粘剂实现。耦合介质胶体61填充在柔性天线模块之间间隙后，柔性天线模块端面上所设置的金属耦合层能够通过耦合介质胶体61及其中的玻璃纤维颗粒作为电介质，实现对金属耦合层电磁信号的耦合传递。其耦合方式不限制金属耦合层金属片结构之间必须以正面一一相对，以类似于电容板的方式实现。本申请中通过柔性天线模块表面金属镀层的结构设计使其具有能够相互调谐的阻抗特性，从而使得其末端所连接的各金属耦合层金属片结构之间能够以更大范围的耦合角度实现对芯片电磁信号的耦合传递，使得柔性天线模块之间电信号的传输较少的受其所贴附的待识别物体外表面结构的影响。在图1方式下，本发明甚至可以以90度的弯折角度同样实现对射频识别芯片应答电磁信号的有效辐射。

本申请的天线阵列中，柔性天线模块既可以以射频识别芯片5的轴线为对称轴，以图1所示的轴对称方式排列；也可以以射频识别芯片5为对称中心，以图3所示的中心对称方式或旋转对称方式排列。

为尽可能的增加相邻各柔性天线模块之间金属耦合层金属片结构之间的有效耦合面积，本申请可以根据射频识别芯片5的输出阻抗，相应设计天线中等间距排列的金属耦合片具有匹配于射频识别芯片5输出阻抗的尺寸，并设置射频识别芯片5的贴片端口宽度匹配上述耦合片的宽度，同时设置柔性天线模块表面所设置的用于辐射射频识别芯片应答信号的金属镀层中每一个辐射单元末端的宽度与金属耦合片匹配，以方便各耦合片分别与各辐射条带末端无缝衔接。

具体参考图2所示，在较为典型的实现方式下，本申请中柔性天线模块表面所设置的用于辐射射频识别芯片应答信号的金属镀层中的每一个辐射单元均可设置为门字形辐射条带。各门字形辐射条带之间以柔性天线模块的中轴线为对称轴，等间距以嵌套排列的方式排布在柔性天线模块的上表面，且，为方便相邻柔性天线模块之间耦合连接，相邻两门字形辐射条带之间间距d可设置为接近于门字形辐射条带的宽度。该间距d可由辐射射频识别芯片的输出阻抗，按照以下方式统一确定：

首先，确定金属镀层中最内层门字形辐射条带的长度其中，λd表示耦合介质胶体61介质中辐射射频识别芯片所输出的应答信号的波长，εr表示耦合介质胶体61的介电常数；

然后，以上述最内层门字形辐射条带的长度l为固定值，以门字形辐射条带的宽度d为参数，通过hfss软件仿真，计算门字形辐射条带等效阻抗匹配于射频识别芯片输出阻抗时所对应的门字形辐射条带的宽度d值；

最后，以该d值为固定值，以柔性天线模块的厚度h为参数，通过hfss软件仿真，计算门字形辐射条带等效阻抗匹配于金属耦合片阻抗时所对应的金属耦合片的厚度，将其作为柔性天线模块的厚度h。

由此，上述天线结构中每一块柔性天线模块上的各辐射单元和金属耦合片可根据上述计算仿真所获得的参数按照以下方式布置：

辐射单元中的每一个门字形辐射条带均分别包括：两条沿柔性天线基材2轴线方向延伸的纵向辐射条，以及垂直于柔性天线基材2轴线方向连接在两纵向辐射条之间的横向辐射条，纵向辐射条与横向辐射条之间曲线过渡，且保证曲线过渡区域内外相邻的两过渡曲线之间的间距依旧为d；

设置金属镀层3最内侧门字形辐射条带中两纵向辐射条之间间距不低于相邻两门字形辐射条带之间间距d，设置金属镀层3最内侧门字形辐射条带中两纵向辐射条的长度为l；

设置金属镀层3最外侧门字形辐射条带中纵向辐射条外缘距柔性天线基材2边缘的距离不超过相邻两门字形辐射条带之间间距d的一半，设置金属镀层3最外侧门字形辐射条带中纵向辐射条长度尽可能的接近于门字形辐射条带中所传输的射频识别芯片应答电磁信号1/4波长的偶数倍，并由此确定门字形辐射条带等间距嵌套设置的层数为n；

设置金属镀层3末端所连接的金属耦合片的宽度为d，设置金属耦合片的厚度与柔性天线模块的厚度相同均为h。

由此，本申请的天线可通过其底部柔性天线基材2底面所附着的热熔胶膜贴附在待识别物体的外表面，通过柔性天线基材2的上表面及一侧端面供天线结构的金属镀层辐射单元及金属耦合片附着，然后通过封装贴片6将耦合介质胶体61附着在柔性天线基材上，通过热风枪加热方式，使得耦合介质胶体61固化密封在相邻柔性天线基材2的间隙之间，作为相邻柔性天线基材2上所附着的金属耦合层之间的耦合介质，并使得封装贴片6在被加热而收缩后紧密覆盖整个柔性天线基材2，压合各柔性天线基材2之间间隙，并通过封装贴片6底面边缘所附着的热熔胶膜而牢固粘附在待识别物体外表面。

本申请还提供一种可以单独用于与射频识别芯片5组合构成天线结构的柔性天线模块，其包括：

柔性天线基材2，其底面附着有热熔胶膜，通过所述热熔胶膜贴附在待识别物体的外表面，为避免柔性天线基材2底面沾染污物，其底面出厂时可贴有可剥离的离型纸1进行保护；

金属镀层3，其以柔性天线基材2的轴线为对称轴，对称排布在柔性天线基材2的上表面，所述金属镀层的末端沿所述轴线方向延伸至柔性天线基材2的同一侧边缘；

金属耦合层4，其设置在柔性天线基材2的一侧端面，所述金属耦合层4的顶部衔接金属镀层3的末端，所述金属耦合层4的底部延伸至柔性天线基材2的底面；

所述柔性天线模块通过所述金属耦合层4与射频识别芯片5的贴片端口，或与相邻柔性天线模块耦合连接。

上述各柔性天线模块可通过其金属耦合层4贴合射频识别芯片的贴片端口，与射频识别芯片5组合为完整天线结构。各柔性天线模块的金属耦合层4之间由加热固化的耦合介质胶体61密封连接，且，相互耦合连接的各柔性天线模块顶部均由热缩材料制成的封装贴片6紧密压合，牢固粘附在待识别物体的外表面。

由此，金属镀层3上各辐射单元接收射频识别信号，将其电磁辐射传递至射频识别芯片5，射频识别芯片5响应于该射频信号通过贴片端口向接近于贴片端口的金属耦合片输出相应应答信号，金属耦合片通过于其顶部连接为一体的辐射单元产生感应电流，相邻辐射单元之间通过金属镀层的结构设计产生相应的等效感抗，使得各金属辐射单元表面的感应电流保持一致性振荡。金属辐射单元的端面通过金属耦合片实现感应电流的耦合，使得各柔性天线模块均可保持一致性振荡。

当选择耐高温pvc薄片作为柔性天线基材2，利用其表面蚀刻的匹配于金属镀层3、金属耦合层4形状的凹槽相应连接电镀方式附着的铜覆层作为辐射单元和金属耦合片，并选择均匀混合有粒径d90在20μm以内玻璃纤维颗粒的热固性胶粘剂作为耦合介质胶体61，通过pvc收缩膜作为封装贴片6提供密封固定和防止外界污物沾染腐蚀铜覆层。以此实现方式获得的图1结构的天线结构，可获得图4所示的辐射方向图。由图可知，该天线具有接近于半圆的辐射范围，能够尽可能的接收各个方向上的射频识别信号，实现对其所附着的物体的射频识别。

本发明中高温pvc薄片可设置为按分量计由以下组分混合固化形成：100份pvc，4份热稳定剂，10份偏苯三酸三辛酯，4份增塑剂，4份增韧改性剂，3份抗氧化剂。

均匀混合有粒径d90在20μm以内玻璃纤维颗粒的热固性胶粘剂中还可进一步添加有环氧树脂作为粘合剂。每100份耦合介质胶体61中可混合有10份粒径d90在20μm以内玻璃纤维颗粒，以及3份环氧树脂作为粘合剂，提供5.1的介电常数值以及0.02的介质损耗因数。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。