一种应用于RFID的集成波导天线的制作方法

一种应用于rfid的集成波导天线
技术领域
1.本发明属于波导天线技术领域，涉及一种应用于rfid的基片集成波导天线。


背景技术：

2.随着rfid技术的快速发展，rfid天线设计与应用取得了长足的进步，尤其是能够工作于多个频段的rfid天线在商用领域发展更加迅速。许多研究人员对于其uhf波段(0.88ghz)、s波段(2.45ghz、3.5ghz)和c波段(5.8ghz)等频段的研究取得了很多的成果。另一方面，由于尺寸的限制，需要在同一个天线上同时实现多频和小型化设计，这给了研究者不小的挑战。
3.基片集成波导基片集成波导(siw)的出现满足了人们对于低剖面天线的需求，这种形式的天线结构简单，具有较高的q值和方向性，便于和系统进行集成。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种应用于rfid的基片集成波导天线，在保证相近天线之间隔离度的基础上，以减小基片集成波导天线的尺寸为目的，提高了基片集成波导天线的集成度。
5.本发明所采用的技术方案是，一种应用于rfid的集成波导天线，包括介质基板，介质基板的顶部刻蚀有四个的金属贴片单元，四个金属贴片单元共用顶点相邻放置，金属贴片单元上设置有馈电端口，介质板的底部为全覆盖金属地板。
6.本发明的特点还在于：
7.金属贴片单元上均刻蚀一个条性缝隙。
8.四个所述金属贴片单元的尺寸大小均不相同。
9.每一个金属贴片的两个相邻侧面均开有金属化圆形通孔，相邻的贴片共享金属通孔，金属通孔连接金属地板。
10.四个所述金属贴片单元为四个独立可调的四分之一模基片集成波导单元。
11.介质基板为一块单层的介电常数为2.65的f4b介质板，四个的金属贴片单元工作带宽为0.88/2.45/3.5ghz和5.8ghz。
12.本发明的有益效果是：本发明一种应用于rfid的集成波导天线，在保证相近天线之间隔离度的基础上，以减小基片集成波导天线的尺寸为目的，提高了基片集成波导天线的集成度。提高了全模式基片集成波导天线的集成度，减小了全模式基片集成波导天线的尺寸。金属贴片单元之间共享金属通孔，在保证单元间耦合的基础上，进一步缩小天线整体尺寸。通过在单元贴片上刻蚀条型缝隙，进一步展宽带宽，工作带宽为0.88/2.45/3.5ghz和5.8ghz，即rfid应用频段。同传统的全模式基片集成波导天线相比，天线的尺寸可以缩小75％。
附图说明
13.图1是本发明一种应用于rfid的集成波导天线的结构示意图；
14.图2是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中s参数随频率变化的实测图；
15.图3是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中四频天线增益随频率变化曲线图；
16.图4是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中四频天线在0.88ghz的平面方向图；
17.图5是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中四频天线在2.45ghz的平面方向图；
18.图6是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中四频天线在3.5ghz的平面方向图；
19.图7是本发明一种应用于rfid的集成波导天线中四频天线在5.8ghz的平面方向图。
具体实施方式
20.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
21.本发明一种应用于rfid的集成波导天线，如图1所示，包括介质基板，介质基板的顶部刻蚀有四个的金属贴片单元，四个金属贴片单元共用顶点相邻放置，金属贴片单元上设置有馈电端口，介质板的底部为全覆盖金属地板。金属贴片单元上均刻蚀一个条性缝隙。四个金属贴片单元的尺寸大小均不相同。每一个金属贴片的两个相邻侧面均开有金属化圆形通孔，相邻的贴片共享金属通孔，金属通孔连接金属地板。四个金属贴片单元为四个独立可调的四分之一模基片集成波导(qmsiw)单元。介质基板为一块单层的介电常数为2.65的f4b介质板，四个的金属贴片单元工作带宽为0.88/2.45/3.5ghz和5.8ghz。
22.本发明一种应用于rfid的集成波导天线，介质板采用一块单层的介电常数为2.65的f4b介质板，厚度h，介质板尺寸l1×
w，四个背靠背放置的金属贴片单元位于介质板顶面，金属地板位于介质板底面，直径d
siw
，相距为p
siw
的金属通孔连接贴片和地板。本发明一种应用于rfid的集成波导天线，采用同轴馈电，共有四个馈电端口，按照贴片大小的顺序分别记为端口1、端口2、端口3和端口4。
23.本发明一种应用于rfid的集成波导天线，传统的四分之一模基片集成波导天线能够有效减小天线尺寸，但是也仍然存在很多固有限制，其中表现最突出的就是工作带宽窄的问题，为了提高工作带宽，金属贴片单元上刻蚀一个条性缝隙，引入准八分之一模式。这样天线的两个模式进行叠加，就可以达到增加工作带宽的目的，这种利用模式叠加提高工作带宽的方法也是宽带天线常用的手段之一。本发明一种应用于rfid的集成波导天线由四个独立可调的金属贴片单元构成，每一个金属贴片单元都可以看成是一个四分之一模基片集成波导天线。
24.图2给出了s参数随频率变化的仿真实测图，从图中可以看出，天线阵列的仿真工作带宽分别为60mhz(0.85ghz-0.91ghz)、90mhz(2.43ghz-2.52ghz)、260mhz(3.38ghz-3.64ghz)、450mhz(5.5ghz-5.95ghz)，而实测的带宽比仿真的略窄，分别为45mhz(0.855ghz-0.9ghz)、90mhz(2.42ghz-2.51ghz)、190mhz(3.39ghz-3.58ghz)、420mhz
(5.64ghz-6.06ghz)，实测带宽和仿真带宽的不大的差距可能是由于焊点的影响和加工误差导致的。在工作频带内，相邻单元之间的耦合(s
12
、s
13
、s
14
、s
23
、s
24
、s
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)大于20db，说明相近单元之间的相互影响较小，组阵之后不会降低天线整体性能，也验证了共用金属通孔设计的可行性。从图2中可以看出，通过引入附加模式，每个频带内均有两个谐振点，通过谐振模式叠加，天线的工作带宽得到了明显的提升。
25.本发明一种应用于rfid的集成波导天线增益随频率变化仿真实测图，随着频率的升高，天线增益逐步升高，而在每个工作频段内，天线单元维持了较为稳定的增益，增加了天线的实际应用性，从图中可以看出，实测增益值和仿真数据基本一致。图4-7分别给出了本发明一种应用于rfid的集成波导天线工作在0.88/2.45/3.5/5.8ghz时的平面方向图仿真和实测曲线，与传统的基片集成波导天线相类似，本发明一种应用于rfid的集成波导天线保持了较高的前后比，后向辐射较小，能量损失少。天线最大辐射方向基本都在天线的轴向上，这说明金属化通孔对于相近天线单元之间实现能量隔离是行之有效的。通过选择合适的金属化通孔的参数，就会在相邻天线单元的边界形成电壁，从而将辐射能量集中在本单元之中，避免能量的流失，同时减小本单元对于其他三个单元的影响，降低相邻天线单元之间的耦合，最终达到独立调控的目的。
26.本发明一种应用于rfid的集成波导天线，在保证相近天线之间隔离度的基础上，减小基片集成波导天线的尺寸为目的，从而提高了基片集成波导天线的集成度。金属贴片单元之间共享金属孔，在保证单元间耦合的基础上，进一步缩小天线整体尺寸。通过在单元贴片上刻蚀条型缝隙，进一步展宽带宽，工作带宽为0.88/2.45/3.5ghz和5.8ghz，即rfid应用频段。同传统的全模式基片集成波导天线相比，天线的尺寸可以缩小75％。