一种柔性抗金属标签的天线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性抗金属标签的天线设计方法，包括以下步骤：构建从上至下依次包括辐射贴片层（1）、介质基板层（2）和地板层（12）的抗金属标签结构模型；根据介质基板层（2）介电常数，计算辐射贴片层（1）的谐振长度，确定辐射贴片层（1）的尺寸；根据抗金属标签的芯片（4）阻抗，计算芯片（4）共轭匹配阻抗，作为的辐射贴片层（1）设计阻抗；根据设计阻抗、介质基板的厚度，计算辐射贴片层（1）中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。本发明专利技术构建体积小、加工难度低的抗金属标签结构模型，并在芯片共轭匹配条件下，确定辐射贴片层各参数之间的关系，完成的天线设计。

A flexible anti metal tag antenna design method

The invention discloses a flexible anti metal tag antenna design method, which comprises the following steps: building from top to bottom layer (1) comprises a radiation patch, a substrate layer (2) and the floor (12) of the anti metal tag structure model; according to the dielectric substrate layer (2) dielectric constant calculation the radiation patch layer (1) of the resonant length, determine the radiation patch layer (1) size; according to the anti metal tag chip (4) impedance calculation chip (4) conjugate impedance matching, radiation patch layer (1) as the design according to the design of impedance; impedance and the thickness of the dielectric substrate, the calculation of radiation patch layer (1) the relationship between the parameters in the finished metal tag antenna design according to the relationship between the parameters. The invention constructs a metal label structure model with small volume and low processing difficulty, and determines the relationship between the parameters of the radiation patch layer under the condition of the chip conjugate matching, and completes the antenna design.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性抗金属标签的天线设计方法
本专利技术涉及标签天线涉及，特别是涉及一种柔性抗金属标签的天线设计方法。
技术介绍
在各种标签的应用中,很多时候需要对金属物体进行标识,例如汽车、钢瓶、集装箱、武器装备等等；而普通的超高频标签放置在金属表面时,标签的读取距离会迅速缩短,甚至不能被读取。当普通超高频标签贴于金属表面时,导致标签性能变差的主要因素是金属边界条件使得阅读器询问信号的反射波与入射波的相位相反，从而导致能量被抵消,标签难以获得足够的能量激活标签芯片。当入射波垂直于金属表面时,由于反射波与入射波正好相差180°,电场分量在金属表面呈驻波分布,换而言之,当标签直接贴在金属表面时,能够获得的能量几乎为零,而当放在距离金属表面入处,能够获得的能量是最大的；因此,当标签天线直接贴于金属表面时,由于边界条件的影响标签天线的辐射效率严重衰减。除了标签天线辐射效率受到影响外,标签天线的阻抗匹配也会变差,从而导致天线与芯片的功率传输系数减小；天线阻抗的变化一方面是由于天线辐射电阻的减小,另一方面是由于金属表面对天线会产生加感的影响；由金属边界条件导致的辐射效率的减小某种程度上可以采用吸波材料来克服,但金属表面对天线的加感影响则无法消除。针对该情况，一些内国外厂家专门设计了一些能用于金属表面的抗金属标签，这些标签往往会利用到微带天线，这就需要对介质基板进行打孔接地，或是像开路微带天线一般在后方延长，体积大、成本高、加工难度大；同时，在抗金属标签的微带天线的设计过程中，芯片的阻抗匹配复杂，实际应用的方便性还存在着欠缺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种柔性抗金属标签的天线设计方法，构建体积小、加工难度低的抗金属标签结构模型，并在芯片共轭匹配条件下，确定辐射贴片层各参数之间的关系，完成的天线设计。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种柔性抗金属标签的天线设计方法，包括以下步骤：S1.构建从上至下依次包括辐射贴片层、介质基板层和地板层的抗金属标签结构模型；S2.根据介质基板层的介电常数εr，计算辐射贴片层的谐振长度L，确定辐射贴片层的尺寸；S3.根据抗金属标签的芯片阻抗ZC，计算芯片共轭匹配阻抗Zin，作为的辐射贴片层设计阻抗：Zin＝ZC*；(A)S4.根据设计阻抗Zin、介质基板的厚度H，计算辐射贴片层中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。步骤S1所构建的抗金属标签结构模型中，辐射贴片层整体呈矩形，包括辐射区域和馈电区域；所述馈电区域包括芯片、第一微带线和第二微带线；芯片的左端连接第一微带线的一端，芯片的右端连接第二微带线的一端；第一微带线另一端与第二微带线的另一端连接在一起作为两条微带线的公共端连接到辐射区域，使馈电区域与辐射区域形成一个整体；第一微带线包括L形部分与矩形部分；L形部分的短边与芯片连接，L形部分的长边与矩形部分的一端连接且相互垂直，矩形部分的另一端与第二微带线连接；第二微带线为L形微带线，第二微带线的长边与芯片连接，第二微带线的短边与第一微带线连接；第一微带线L型部分的短边下边界、第二微带线的长边下边界，以及辐射区域的下边界处于同一直线上；所述第一微带线与辐射区域之间设置有L形的第一缝隙；第二微带线与辐射区域之间设置有矩形的第二缝隙；第一微带线与第二微带线之间设置有矩形的第三缝隙。所述步骤S2包括以下子步骤：S201.根据介质基板层的介电常数，计算电磁波在介质基板层中的工作波长λg：式中，λ表示电磁波在自由空间中的波长；S202.根据电磁波在介质基板层中的工作波长λg，计算标签天线的谐振长度：对于矩形贴片形式的微带天线，谐振长度L为：S203.根据计算得到的谐振长度，设计辐射贴片层的长宽尺寸，使其长宽尺寸之和为谐振长度L。所述步骤S4包括以下子步骤：S401.在满足谐振长度的条件下，确定辐射区域的尺寸，并确定其阻抗ZL；S402.计算第一微带线的等效阻抗Z3；S403.将芯片右端看作馈电端，左端看作接地端，则第二微带线作为传输线，第一微带线为终端短路的匹配枝节线，计算第一微带线与辐射区域的等效并联阻抗Zin1；S404.计算Zin1与第二微带线连接后的等效阻抗值，使该阻抗值与辐射贴片层设计阻抗Zin相等，获得辐射贴片层中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。所述步骤S402包括：计算第一微带线中矩形部分的微带线特性阻抗Z031和L形部分的微带线特性阻抗Z032：式中，H为介质基板层的厚度，εr为介质基板层的介电常数，T为走线厚度；W31为矩形部分线宽；W32为L形部分的线宽；计算L形部分的等效阻抗：式中，β为传播常数；l32为L形部分的线长；计算第一微带线整体的等效阻抗Z3：l31为矩形部分线长；所述第一微带线与辐射区域的等效并联阻抗为Zin1：所述步骤S044包括以下子步骤：计算第二微带线长边的微带线特性阻抗Z021和短边微带线特性阻抗Z022：式中，W21为第二微带线长边的线宽，W22为第二微带线短边的线宽；计算Zin1与第二微带线短边连接后的等效阻抗值为：式中，l22为第二微带线短边的线长；计算Zin1与第二微带线整体连接后的等效阻抗值为：式中，l21为第二微带线长边的线长；令计算得到的整体阻抗值与步骤S3中得到的辐射贴片层设计阻抗Zin相等，即：联立公式(A)～(M)，求解，即可获得与芯片阻抗共轭匹配的辐射贴片层中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。本专利技术的有益效果是：本专利技术构建了抗金属标签结构模型，将天线的馈电区域与辐射区域结合成一个整体，形成了一个共面整体的特殊微带天线，无需对介质基板进行打孔接地，也不需要像一些开路微带天线一样在后方延长，减小了标签的整体尺寸，降低了标签的加工难度和加工成本；同时在天线设计过程中，在芯片共轭匹配条件下，确定辐射贴片层各参数之间的关系，完成的天线设计，芯片阻抗匹配简单方便。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为抗金属标签结构模型示意图；图3为辐射贴片层的结构示意图；图4为第一微带线的结构示意图；图5为辐射贴片层电流流向示意图；图6为馈电区域的等效电路图；图中，1-辐射贴片层，2-介质基板层，3-辐射区域，4-芯片，5-第一微带线，6-第二微带线，7-第一缝隙，8-第二缝隙，9-第三缝隙，10-L形部分，11-矩形部分，12-地板层。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种柔性抗金属标签的天线设计方法，包括以下步骤：S1.构建从上至下依次包括辐射贴片层1、介质基板层2和地板层12的抗金属标签结构模型；S2.根据介质基板层2的介电常数εr，计算辐射贴片层1的谐振长度L，确定辐射贴片层1的尺寸；S3.根据抗金属标签的芯片4阻抗ZC，计算芯片4共轭匹配阻抗Zin，作为的辐射贴片层1设计阻抗：Zin＝ZC*；(A)S4.根据设计阻抗Zin、介质基板的厚度H，计算辐射贴片层1中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。如图2～4所示，在本申请的实施例中，步骤S1所构建的抗金属标签结构模型，由上至下辐射贴片层1、介质基板层2和地板层12，其中辐射贴片层1整体呈矩形，包括辐射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建从上至下依次包括辐射贴片层(1)、介质基板层(2)和地板层(12)的抗金属标签结构模型；S2.根据介质基板层(2)的介电常数εr，计算辐射贴片层(1)的谐振长度L，确定辐射贴片层(1)的尺寸；S3.根据抗金属标签的芯片(4)阻抗ZC，计算芯片(4)共轭匹配阻抗Zin，作为的辐射贴片层(1)设计阻抗：Zin＝ZC

【技术特征摘要】
1.一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1.构建从上至下依次包括辐射贴片层(1)、介质基板层(2)和地板层(12)的抗金属标签结构模型；S2.根据介质基板层(2)的介电常数εr，计算辐射贴片层(1)的谐振长度L，确定辐射贴片层(1)的尺寸；S3.根据抗金属标签的芯片(4)阻抗ZC，计算芯片(4)共轭匹配阻抗Zin，作为的辐射贴片层(1)设计阻抗：Zin＝ZC*；(A)S4.根据设计阻抗Zin、介质基板的厚度H，计算辐射贴片层(1)中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。2.根据权利要求1所述的一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：步骤S1所构建的抗金属标签结构模型中，辐射贴片层(1)整体呈矩形，包括辐射区域(3)和馈电区域；所述馈电区域包括芯片(4)、第一微带线(5)和第二微带线(6)；芯片(4)的左端连接第一微带线(5)的一端，芯片(4)的右端连接第二微带线(6)的一端；第一微带线(5)另一端与第二微带线(6)的另一端连接在一起作为两条微带线的公共端连接到辐射区域(3)，使馈电区域与辐射区域(3)形成一个整体；第一微带线(5)包括L形部分(10)与矩形部分(11)；L形部分(10)的短边与芯片(4)连接，L形部分(10)的长边与矩形部分(11)的一端连接且相互垂直，矩形部分(11)的另一端与第二微带线(6)连接；第二微带线(6)为L形微带线，第二微带线(6)的长边与芯片(4)连接，第二微带线(6)的短边与第一微带线(5)连接；第一微带线(5)L型部分(10)的短边下边界、第二微带线(6)的长边下边界，以及辐射区域(3)的下边界处于同一直线上；所述第一微带线(5)与辐射区域(3)之间设置有L形的第一缝隙(7)；第二微带线(6)与辐射区域之间设置有矩形的第二缝隙(8)；第一微带线(5)与第二微带线(6)之间设置有矩形的第三缝隙(9)。3.根据权利要求1所述的一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：S201.根据介质基板层(2)的介电常数，计算电磁波在介质基板层(2)中的工作波长λg：式中，λ表示电磁波在自由空间中的波长；S202.根据电磁波在介质基板层(2)中的工作波长λg，计算标签天线的谐振长度：对于矩形贴片形式的微带天线，谐振长度L为：S203.根据计算得到的谐振长度，设计辐射贴片层(1)的长宽尺寸，使其长宽尺寸之和为谐振长度L。4.根据权利要求2所述的一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：所述步骤S4包括以下子步骤：S401.在满足谐振长度的条件下，确定辐射区域(3)的尺寸，并确定其阻抗ZL；S402.计算第一微带线(5)的等效阻抗Z3；S403.将芯片(4)右端看作馈电端，左端看作接地端，则第二微带线(6)作为传输线，第一微带线(5)为终端短路的匹配枝节线，计算第一微带线(5)与辐射区域(3)的等效并联阻抗Zin1；S404.计算Zin1与第二微带线(6)连接后的等效阻抗值，使该阻抗值与辐射贴片层(1)设计阻抗Zin相等，获得辐射贴片层(1)中各参数之间的关系，按照各参数之间的关系完成金属标签的天线设计。5.根据权利要求4所述的一种柔性抗金属标签的天线设计方法，其特征在于：所述步骤S402包括：计算第一微带线(5)中矩形部分(11)的微带线特性阻抗Z031和L形部分(10)的微带线特性阻抗Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：鄢羿，蔡少雄，唐哲，刘聪，张袁，欧阳骏，
申请(专利权)人：成都德杉科技有限公司，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51