专利名称：一种电子标签天线的制作方法
技术领域：
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 IS018000-6/B/C和EPC GEN2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(RadioFrequency Identification, 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。
发明内容
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。
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。
具体实施例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Li、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Ll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. 61 Ω，设计天线。通过优化，当天线的尺寸为Ll = 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Ztl = 33. 61+J248. 42 Ω，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Ll = 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Ztl = 33. 45+J250. 8 Ω，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。
权利要求
一种电子标签天线，包括一个偶极子天线；其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的电子标签天线，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的电子标签天线，其特征在于，偶极子天线末端至馈电点的距 离Ll等于61毫米；偶极子天线馈电点至垂直枝节(22)的距离L2等于33毫米；环路枝节 (21)水平段(212)长度的一半L3等于19毫米；“L”形弯折枝节(23)水平段(232)的长 度L4等于20毫米；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。
4.根据权利要求2所述的电子标签天线，其特征在于，偶极子天线末端至馈电点的距 离Ll等于19. 3毫米；偶极子天线馈电点至垂直枝节(22)的距离L2等于6. 9毫米；环路枝 节(21)水平段(212)长度的一半L3等于6. 8毫米；“L”形弯折枝节(23)水平段(232)的 长度L4等于10毫米；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。
全文摘要
本发明提供了一种适用于ISO18000-6/B/C和EPC GEN2电子标签标准、具有较高的长宽比尺寸特性的电子标签天线。该天线在现有偶极子天线上加载三种类型的枝节1)两端各加载一个“L”形弯折枝节，2)中间馈电点两侧加载一个环路枝节，3)在中间馈电点和两端之间各加载一个垂直枝节(22)。通过加载上述三种枝节，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。本发明结构简单，特性阻抗灵活可调，具有较高的长宽比，适用于对标签尺寸具有特殊限制的环境中；天线结构在尺寸调整后，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。
文档编号H01Q9/16GK101950854SQ20101026477
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者吕洪光, 宋莉萍, 王宇, 王鲁豫, 邓腾彬, 郑开明 申请人:电子科技大学