專利名稱：一種寬帶射頻標簽天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天線，尤其涉及一種用于無線射頻識別的寬帶射頻標簽天線。
背景技術：
射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)又稱電子標簽、無線射頻識另O，是一種非接觸式的通信技術，其應用頻段主要包括125kHz、13. 56MHz、915MHZ、2. 45GHz和5.8GHz，近期廣受歡迎的電子不停車收費系統(tǒng)(Electronic Toll Collection，英文簡稱ETC)的工作頻段為5. 790GHz到5. 840GHz頻率范圍的5. 8GHz頻段。射頻識別主要由電子標簽(Tag/Transponder)、閱讀器(Reader/Interrogator)和天線(Antenna)三部分組成，其中，電子標簽的性能優(yōu)劣直接影響到射頻識別的工作性能，比如工作帶寬、最大識別距離等。電子標簽由射頻芯片和標簽天線兩部分構成，其中，射頻芯片用于存儲數(shù)據(jù)和將電磁波轉換成標簽電路所需的直流電能，而標簽天線則用于和閱讀器進行射頻通信?？梢岳斫?，電子標簽的性能主要取決于所選用的射頻芯片和標簽天線，對于ETC來說，標簽天線就在其中起著重要的作用。隨著應用需求的不斷發(fā)展，對標簽天線的需求也變得逐漸嚴苛，如較大的工作帶寬、尺寸緊湊、成本低、易于加工和良好的輻射性能等?，F(xiàn)有的標簽天線一般都還較難滿足多個性能要求。如s. ff. Qu等人2006年提出的由CPW饋電的帶寬增強型寬縫隙天線(Bandwidth enhancement of wide-slot antenna fed by CPff and microstrip line[J].IEEE Antenna Wireless Propagation Letters, 2006, 5 (I) :15-17),其將微帶線中縫隙的方形邊角變?yōu)閳A角形式，雖然可以有效增加天線的阻抗帶寬，但該天線長度和寬度均為110mm，面積較大，難于滿足小型化的需求。中國授權公告號為CN201966324U的實用新型專利提出一種容易實現(xiàn)天線與各類UHF和微波頻段的射頻芯片匹配、阻抗相對帶寬可做到30%以上，并能實現(xiàn)射頻帶寬工作的射頻識別雙頻標簽天線，雖然符合中長距離RFID系統(tǒng)對標簽天線電氣性能的一般要求，并能工作于UHF和微波頻段，但是其在最大輻射方向上的增益僅為I. 35dBi和I. 7dBi，增益較小，存在一定的局限性。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種寬帶射頻標簽天線，其包括介質基板，所述介質基板的一個表面覆有金屬層，所述金屬層上對稱地蝕刻有兩個縫隙結構。每一所述縫隙結構均包括向上延伸的第一垂直段、在所述第一垂直段的末端向外延伸的第一水平段、在所述第一水平段的末端向上延伸的第二垂直段、在所述第二垂直段的末端向內延伸的第二水平段、在所述第二水平段的末端向上延伸的第三垂直段、在所述第三垂直段的末端向外延伸的第三水平段、在所述第三水平段的末端向上延伸的第四垂直段、在所述第四垂直段的末端向內延伸的第四水平段、在所述第四水平段的末端向下延伸的第五垂直段、在所述第五垂直段的末端向內沿延伸的第五水平段、在所述第五水平段向上延伸的第六垂直段、以及在所述第二垂直段的中間段向內延伸且連接所述兩個縫隙結構的中間水平段。
本發(fā)明一較佳實施方式中，所述兩個縫隙結構的第一垂直段之間的距離為O. 5 6mm ο本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第一垂直段的長度為3 28mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第一水平段的長度為2 9mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第二垂直段的長度為I. I 22mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第二水平段的長度為4 8mm、寬度為O. I IOmm0
本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第三垂直段和第四垂直段的長度均為O. 5 20mm、寬度均為O. I I 0mm。本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第三水平段的長度為I 18mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第四水平段的長度均為O. 5 12mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，和所述第五垂直段的長度為O. 5 9mm、寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第五水平段和所述第六垂直段的長度均為O. 5 10mm、寬度均為O. I 10mm。本發(fā)明一較佳實施方式中，所述中間水平段的長度為8 15mm，寬度為O. I IOmm0本發(fā)明一較佳實施方式中，所述兩個縫隙結構的第三垂直段之間的距離為O. 2 5mm ο本發(fā)明一較佳實施方式中，所述中間水平段和所述第二水平段之間的距離為O. 5 6mmο本發(fā)明一較佳實施方式中，所述兩個縫隙結構的第六垂直段之間的距離為O. 5 8mm本發(fā)明一較佳實施方式中，所述介質基板為長度為5 50mm、寬度為10 50mm的矩形FR4印刷電路板。本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第一垂直段的長度為9. 2mm、寬度為O. Imm ;所述第一水平段的長度為4. 8mm、寬度為O. 5mm ;所述第二垂直段的長度為4. 2mm、寬度為O. 5mm ；所述第二水平段的長度為5. 4mm、寬度為O. 5mm ;所述第三垂直段的長度為2. 2mm、寬度為
O.5mm ;所述第三水平段的長度為13mm、寬度為O. 5mm ;所述第四垂直段的長度為3. 5mm、寬度為O. 5mm ;所述第四水平段的長度為8. 5mm、寬度為O. 5mm ;所述第五垂直段的長度為2mm、寬度為O. 5mm ;所述第五水平段的長度為3mm、寬度為O. 5mm ;所述第六垂直段的長度為2. 1mm、寬度為O. 5mm ;所述中間水平段和所述第二水平段之間的距離為I. 4mm ;所述中間水平段的長度為11. 6mm、寬度為O. 5mm ;所述兩個縫隙結構的第三垂直段之間的距離為
O.6mm ;所述兩個縫隙結構的第六垂直段之間的距離為3. 8_。
本發(fā)明一較佳實施方式中，所述第三垂直段、所述第三水平段、所述第四垂直段、所述第四水平段、所述第五垂直段、所述第五水平段和所述第六垂直段用于諧振于5. SGHz頻率上。本發(fā)明一較佳實施方式中，所述金屬層為銅箔或鋁箔層。相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的寬帶射頻標簽天線具有以下優(yōu)點其一，設計制作簡單、尺寸較小、易于加工實現(xiàn)，有利于小型化發(fā)展的需求；其二，利用其中縫隙結構的特征，所述寬帶射頻標簽天線可以有效地解決現(xiàn)有技術傳輸帶寬較小的問題；其三，所述寬帶射頻標簽天線具有較大的增益、較小的回波損耗、較大的輻射效率。上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉實施例，并配合附圖，詳細說明如下。


圖I為本發(fā)明一實施例提供的寬帶射頻標簽天線的結構示意圖。圖2為圖I所示寬帶射頻標簽天線的側視圖。圖3a和圖3b分別為采用矩量法和有限元法仿真得到的圖I所示寬帶射頻標簽天線的回波損耗圖。圖4a和圖4b分別為采用矩量法和有限元法仿真得到的圖I所示寬帶射頻標簽天線的增益圖。圖5a和圖5b分別為圖I所示寬帶射頻標簽天線在5. 8GHz頻點上采用矩量法仿真得到的X-Z面和Y-Z面的輻射圖。圖6 a和圖6b分別為圖I所示寬帶射頻標簽天線在5. 8GHz頻點上采用有限元法仿真得到的X-Z面和Y-Z面的輻射圖。圖7為本發(fā)明一較佳實施方式中圖I所示寬帶射頻標簽天線的輻射效率仿真結果圖。圖8為圖I所示寬帶射頻標簽天線的回波損耗仿真和實際測量結果圖。圖9為圖I所示寬帶射頻標簽天線在O. 5GHz至8. 5GHz頻率范圍的回波損耗測量結果圖。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。請一并參閱圖I和圖2，本發(fā)明第一實施例提供一種寬帶射頻標簽天線100，其包括介質基板10,所述介質基板10的一個表面覆有金屬層20,所述金屬層20上對稱地蝕刻有兩個縫隙結構30。本實施例中，所述介質基板10為FR4印刷電路板，呈矩形結構，長度L為5 50mm、寬度W為10 50mm。所述金屬層20為銅箔或鋁箔層。每一所述縫隙結構30均包括向上延伸的第一垂直段301、在所述第一垂直段301的末端向外延伸的第一水平段302、在所述第一水平段302的末端向上延伸的第二垂直段303、在所述第二垂直段303的末端向內延伸的第二水平段304、在所述第二水平段304的末端向上延伸的第三垂直段305、在所述第三垂直段305的末端向外延伸的第三水平段306、在所述第三水平段306的末端向上延伸的第四垂直段307、在所述第四垂直段307的末端向內延伸的第四水平段308、在所述第四水平段308的末端向下延伸的第五垂直段309、在所述第五垂直段309的末端向內沿延伸的第五水平段310、在所述第五水平段310向上延伸的第六垂直段311、以及在所述第二垂直段303的中間段向內延伸且連接所述兩個縫隙結構30的中間水平段313。優(yōu)選地，所述兩個縫隙結構30的第一垂直段301之間的距離SI為O. 5 6mm，所述第一垂直段301的長度LI為3 28mm，所述第一水平段302的長度L2為2 9mm，所述第二垂直段303的長度L3為I. I 22mm，所述第二水平段304的長度L4為4 8mm，所述第三垂直段305的長度L5為O. 5 20mm，所述第三水平段306的長度L6為I 18mm，所述第四垂直段307的長度L7為2 12mm，所述第四水平段308的長度L8為O. 5 12mm，所述第五垂直段309的長度L9為O. 5 9mm，所述第五水平段310的長度LlO為O. 5 10mm，所述第六垂直段311的長度Lll為O. 5 10mm，所述中間水平段313和所述第二水平段304之間的距離L12為O. 5 6mm，所述中間水平段313的長度L13為8 15mm，寬度W13為O. I 10mm，所述兩個縫隙結構30的第三垂直段305之間的距離S2為O. 2 5mm，所述兩個縫隙結構30的第六垂直段311之間的距離S4為O. 5 8mm。優(yōu)選地，所述第一垂直段301的寬度Wl為O. I IOmm ;所述第一水平段302的寬度W2為O. I 10mm，所述第二垂直段303、所述第二水平段304、所述第三垂直段305、所述第三水平段306、所述第四垂直段307、所述第四水平段308、所述第五垂直段309、所述第五水平段310、所述第六垂直段311和所述中間水平段313的寬度均和所述第一水平段302的寬度W2相等。請參閱圖3a和圖3b，其中掃描頻率從O. 5GHz至9GHz。由圖3a可知，采用矩量法(MOM)仿真得到的-IOdB帶寬為3. 235GHz (5. 765_9GHz)，約是共振頻率5. 8GHz的55. 7%。由圖3b可知，采用有限元法(FEM)仿真得到的-9. 5dB帶寬為2. 74GHz (5. 32-8. 06GHz)，對應諧振頻率5. 8GHz的47. 2 %。很明顯，所述寬帶射頻標簽天線100可以獲得一個寬帶的性能指標。 請參閱圖4a和圖4b，可知，對所述寬帶射頻標簽天線100在5. 8GHz頻點上分別采用FEM和MOM仿真可以獲得5. 38dBi和4. 84dBi的增益。由此可以推斷出，采用這兩個仿真方法得到的所述寬帶射頻標簽天線100的增益較為接近。請參閱圖5a和圖5b，分別為所述寬帶射頻標簽天線100在5. 8GHz頻點上由FEM仿真得到的X-Z面(Φ = 0° )和Y-Z面(Φ = 90° )的輻射圖，請參閱圖6a和圖6b，分別為所述寬帶射頻標簽天線100在5. 8GHz頻點上由MOM仿真得到的X-Z面(Φ = 0° )和Y-Z面(φ = 90° )的輻射圖，其中，E Θ和E￠分別對應于一個電流源和一個磁場源的輻射場?？芍鰧拵漕l標簽天線100的輻射圖在X-Z面(H面)上為近似全方位的，而在Y-Z面Θ =±90°處有兩個零點，所述寬帶射頻標簽天線100具有較強的交叉極化輻射。本發(fā)明一較佳實施方式中，所述寬帶射頻標簽天線100的幾何參數(shù)如表I所示。
參數(shù) ~LI I L2 I~L3~~ Τ ~L5 I L6 I~UTl~L8 L9 數(shù)值(mm) 972 4 8 472 5Λ 2Λ 13 3 5 8 5 2~
權利要求
1.一種寬帶射頻標簽天線，其包括介質基板，所述介質基板的一個表面覆有金屬層，所述金屬層上對稱地蝕刻有兩個縫隙結構，其特征在于每一所述縫隙結構均包括向上延伸的第一垂直段、在所述第一垂直段的末端向外延伸的第一水平段、在所述第一水平段的末端向上延伸的第二垂直段、在所述第二垂直段的末端向內延伸的第二水平段、在所述第二水平段的末端向上延伸的第三垂直段、在所述第三垂直段的末端向外延伸的第三水平段、在所述第三水平段的末端向上延伸的第四垂直段、在所述第四垂直段的末端向內延伸的第四水平段、在所述第四水平段的末端向下延伸的第五垂直段、在所述第五垂直段的末端向內沿延伸的第五水平段、在所述第五水平段向上延伸的第六垂直段、以及在所述第二垂直段的中間段向內延伸且連接所述兩個縫隙結構的中間水平段。
2.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述兩個縫隙結構的第一垂直段之間的距離為O. 5 6mm。
3.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第一垂直段的長度為3 28mm、寬度為 O. I 10mnin
4.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第一水平段的長度為2 9臟、寬度為O. I 10mnin
5.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第二垂直段的長度為I.I 22mm、寬度為 O. I 10mnin
6.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第二水平段的長度為4 8臟、寬度為O. I 10mnin
7.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第三垂直段和第四垂直段的長度均為O. 5 20mm、寬度均為O. I 10mm。
8.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第三水平段的長度為I 18謹、寬度為O. I 10mnin
9.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第四水平段的長度均為O. 5 12mm、寬度為 O. I 1 Omnin
10.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，和所述第五垂直段的長度為O. 5 9臟、寬度為O. I 10mnin
11.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第五水平段和所述第六垂直段的長度均為O. 5 10mm、寬度均為O. I 10mm。
12.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述中間水平段的長度為8 15mm,寬度為O. I 10mnin
13.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述兩個縫隙結構的第三垂直段之間的距離為O. 2 5mm。
14.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述中間水平段和所述第二水平段之間的距離為O. 5 6mm。
15.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述兩個縫隙結構的第六垂直段之間的距離為O. 5 8mm。
16.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述介質基板為長度為5 50mm、寬度為10 50mm的矩形FR4印刷電路板。θ
17.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述第一垂直段的長度為9. 2mm、寬度為O. 2mm ;所述第一水平段的長度為4. 8mm、寬度為O. 5mm ;所述第二垂直段的長度為4. 2_、寬度為O. 5mm ;所述第二水平段的長度為5. 4_、寬度為O. 5mm ;所述第三垂直段的長度為2. 2mm、寬度為O. 5mm ;所述第三水平段的長度為13mm、寬度為O. 5mm ;所述第四垂直段的長度為3. 5mm、寬度為O. 5mm ;所述第四水平段的長度為8. 5mm、寬度為O. 5mm ;所述第五垂直段的長度為2mm、寬度為O. 5mm ;所述第五水平段的長度為3mm、寬度為O. 5mm ；所述第六垂直段的長度為2. 1mm、寬度為O. 5mm ;所述中間水平段和所述第二水平段之間的距離為I. 4mm ;所述中間水平段的長度為11. 6mm、寬度為O. 5mm ;所述兩個縫隙結構的第三垂直段之間的距離為O. 6mm ;所述兩個縫隙結構的第六垂直段之間的距離為3. 8mm。
18.所述第三垂直段、所述第三水平段、所述第四垂直段、所述第四水平段、所述第五垂直段、所述第五水平段和所述第六垂直段用于諧振于5. SGHz頻率上。
19.如權利要求I所述的寬帶射頻標簽天線，其特征在于，所述金屬層為銅箔或鋁箔層。
全文摘要
本發(fā)明提出一種寬帶射頻標簽天線，其包括一表面覆有金屬層的介質基板，金屬層上對稱地蝕刻有兩個縫隙結構。每一縫隙結構均包括向上延伸的第一垂直段、在第一垂直段的末端向外延伸的第一水平段、在第一水平段的末端向上延伸的第二垂直段、在第二垂直段的末端向內延伸的第二水平段、在第二水平段的末端向上延伸的第三垂直段、在第三垂直段的末端向外延伸的第三水平段、在第三水平段的末端向上延伸的第四垂直段、在第四垂直段的末端向內延伸的第四水平段、在第四水平段的末端向下延伸的第五垂直段、在第五垂直段的末端向內沿延伸的第五水平段、在第五水平段向上延伸的第六垂直段、及在第二垂直段的中間段向內延伸且連接兩個縫隙結構的中間水平段。
文檔編號H01Q1/38GK102916249SQ201210417019
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者李慧慧, 蘇蘭芳, 張爽, 陳燁, 周永進, 王磊 申請人:深圳先進技術研究院