用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其由單端SMA接頭(1)、共面帶線(2)、高頻變壓器(3)、差分雙端探針(4)和介質(zhì)基板(5)構(gòu)成；單端SMA接頭螺紋端與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，另一端通過共面帶線與高頻變壓器連接；差分雙端探針通過共面帶線與高頻變壓器連接。該夾具可將單端SMA接頭處的單端信號變?yōu)椴罘蛛p端探針處的差分雙端信號，該兩端的電壓、電流之間具有時不變關(guān)系，該關(guān)系由對差分雙端探針分別短路、開路、接50Ω電阻確定，進而接入一個待測天線后可測量出其阻抗。本發(fā)明避免夾具對測量精度的影響，具有操作簡單快速、精度高的優(yōu)點，可用于大批量測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗。
【專利說明】用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子領(lǐng)域，涉及超高頻射頻識別技術(shù)，具體是一種測量天線阻抗的夾具，可用于超高頻射頻識別電子標簽上平衡天線輸入阻抗的大批量測量。

【背景技術(shù)】
[0002]超高頻射頻識別UHF RFID是包括將唯一的識別信息存儲到芯片中，以及使用射頻識別、追蹤或者管理附著于此芯片的物體的技術(shù)。超高頻射頻識別UHF RFID具有準確性高、存儲量大、抗惡劣環(huán)境、安全性高的特點，已廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、物流、交通、防偽等領(lǐng)域中，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷完善和成熟，超高頻射頻識別UHF RFID技術(shù)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間，將成為未來信息社會建設(shè)的一項基礎(chǔ)技術(shù)。
[0003]超高頻射頻識別UHF RFID系統(tǒng)，包括讀寫器、電子標簽和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)三個部分。其中，電子標簽又由標簽芯片和標簽天線構(gòu)成。作為空中電磁接口，標簽天線及其性能是整個超高頻射頻識別系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。標簽天線的性能一般取決于阻抗匹配和天線增益兩方面。對于大部分電子標簽上的天線，其增益本身較小。因此，為了達到最大功率傳輸，電子標簽上天線的阻抗匹配就更為重要。
[0004]電子標簽天線的阻抗匹配取決于對其的阻抗測量，測量天線阻抗時需要有夾具，通過該夾具將天線與測量設(shè)備相連接并可以模擬出天線饋電端口的饋電模式。因此，構(gòu)件一個精確可靠、簡單易操作的夾具是測量天線輸入阻抗的一項關(guān)鍵技術(shù)。
[0005]現(xiàn)有用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具主要以下兩種：
[0006]第一種為：大的地平面夾具，具體為一個大的地平面。測量時將半個天線夾置于地平面夾具上再利用鏡像原理進行測量。使用大的地平面夾具的測量精度取決于同軸線的質(zhì)量和地平面相對于天線尺寸的大小，使其測量結(jié)果易受地平面夾具影響且有偏差，故其不能很好得作為測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具。
[0007]第二種為：差分夾具，其由兩根一端帶有SMA接頭一端引出芯線的半剛性同軸電纜組成，每根半剛性同軸電纜一段帶有SMA接頭，另一端引出芯線，該兩根半剛性同軸電纜的引出芯線端用焊錫將外皮連接在一起。測量時將天線夾置于兩引出芯線處再利用虛擬地平面法或差分夾具法進行測量。使用這種差分夾具存在兩方面的不足，一是天線阻抗測量精度取決于對差分夾具的建?；虿罘謯A具的特性，使其測量結(jié)果易受夾具影響且有偏差；二是使用差分夾具測量有時需要轉(zhuǎn)換多種參數(shù)，如S參數(shù)、ABCD參數(shù)、Y參數(shù)，較為耗時。
[0008]綜上，所述兩種夾具均不能很好得作為測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于針對上述已有夾具的不足，提出一種用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線輸入阻抗的夾具，以避免夾具本身精度對測量結(jié)果的影響，提高測量速度和精度，滿足標簽芯片與標簽天線阻抗共軛匹配的要求。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括：
[0011]一種用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于，包括單端SMA接頭I、共面帶線2、高頻變壓器3、差分雙端探針4和介質(zhì)基板5 ；
[0012]所述共面帶線2，由共面的四塊帶線2A、2B、2C、2D組成，且按照順時針順序自左前方起依次排列，貼附于介質(zhì)基板5的上表面；
[0013]所述單端SMA接頭1，與第一共面帶線2A、第四共面帶線2D和測量用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接；
[0014]所述差分雙端探針4，由第一探針4A和第二探針4B組成，第一探針4A的一端與第二共面帶線2B連接，另一端作為差分雙端的第一端；第二探針的一段4B與第三共面帶線2C連接，另一端作為差分雙端的第二端；所述差分雙端由這兩端構(gòu)成，用于測量時在其兩端之間進行短路、開路、連接50 Ω電阻元件、連接待測平衡天線。
[0015]所述高頻變壓器3，位于介質(zhì)基板5上表面中心的上方，其輸入端連接至第一共面帶線2A與第四共面帶線2D，其輸出端連接至第二共面帶線2B和第三共面帶線2C。
[0016]與現(xiàn)有夾具相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0017]I)本夾具將單端信號可以變?yōu)椴罘蛛p端信號，該差分雙端信號與平衡天線的饋電端口饋電模式一致，能更好的模擬出平衡天線的工作電流，并在測量時通過數(shù)學(xué)方法考慮到了夾具本身對天線阻抗測量結(jié)果的影響，避免了夾具本身精度對測量結(jié)果的影響，提高測量精度。
[0018]2)使用本夾具測量不需要轉(zhuǎn)換多種參數(shù)，測量結(jié)果由公式快速計算出，提高測量速度，并適合大批量測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖I是本發(fā)明的夾具結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖2是本發(fā)明的夾具俯視圖；
[0021]圖3是被測量的對稱偶極子天線結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖4是被測量的彎折偶極子天線結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖5是用不同夾具對圖3天線輸入阻抗測量的結(jié)果對比圖；
[0024]圖6是用不同夾具對圖4天線輸入阻抗測量的結(jié)果對比圖。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細描述。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0026]參照圖I和圖2，本發(fā)明的夾具包括：單端SMA接頭I、共面帶線2、高頻變壓器3、差分雙端探針4和介質(zhì)基板5。
[0027]所述介質(zhì)基板5作為整個夾具的介質(zhì)平臺，其為采用FR4材料的長方體板，其相對介電常數(shù)為4. 4，損耗正切為O. 02，其長L5S 11. 20mm，寬L5為11. 20mm，厚度為1.60mm。
[0028]所述的共面帶線2，由四塊尺寸相同的長方體共面銅皮組成，構(gòu)成四個共面帶線，即2A、2B、2C、2D，每個共面帶線的長L2為5. 00mm、寬L2為5. 00mm、厚度為O. 07mm、特征阻抗為49. 9 Ω，其中第一個共面帶線2A貼附于介質(zhì)基板5上表面的左上角，第二個共面帶線2B貼附于介質(zhì)基板5上面的的右上角，第三個共面帶線2C貼附于介質(zhì)基板5上表面的右下角，第四個共面帶線2D貼附于介質(zhì)基板5上表面的左下角，該四個共面帶線前后間距W2為I. 20mm，左右間距 S2 為 I. 20mm。
[0029]所述的單端SMA接頭I，采用執(zhí)行MIL-C-39012標準的無線電單端接頭，由帶有螺紋的單端接頭、傳輸信號的內(nèi)導(dǎo)體、屏蔽干擾的屏蔽層引出線組成，其特征阻抗為50Ω，帶有螺紋的單端接頭與測量用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，內(nèi)導(dǎo)體與第一個共面帶線2A連接，屏蔽層引出線與第四個共面帶線2D連接。
[0030]所述的高頻變壓器3，其在4. 5-3000MHZ下特征阻抗為50Ω，且可以在工作頻率下將單端的信號變?yōu)椴罘蛛p端信號，本實施例采用但不局限于ETC1-1-13型，其輸入、輸出端均包含兩根引出線，第一根輸入引出線連接至第一個共面帶線2A，第二根輸入引出線連接至第四個共面帶線2D，第一根輸出引出線連接至第二個共面帶線2B，第二根輸出引出線連接至第三個共面帶線2C。該差分雙端信號為幅值相同，相位相差180度的兩個信號。
[0031]所述的差分雙端探針4，由兩根完全相同的金屬探針4A、4B組成。第一探針4A的一端與第二個共面帶線2B連接，另一端作為差分雙端的第一端；第二探針4B的一端與第三個共面帶線2C連接，另一端作為差分雙端的第二端；差分雙端由上述兩端構(gòu)成，用于測量時在該兩端之間進行短路、開路、連接50 Ω電阻元件、連接待測平衡天線。
[0032]工作時，單端SMA接頭I處帶有螺紋的單端接頭通過阻抗為49. 9 Ω的測量線與校準過的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，第一探針4A和第二探針4B之間分別進行短路、開路、連接50 Ω電阻元件、連接待測平衡天線。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測量出帶有螺紋的單端接頭處的輸入阻抗。高頻變壓器3可以將帶有螺紋的單端接頭處的單端信號轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝惶结?A和第二探針4B之間的差分雙端信號，該差分雙端信號和平衡天線工作時的饋電信號電流模式恰好相同，使得夾具可以模擬出平衡天線工作時的狀態(tài)。
[0033]此外，帶有螺紋的單端接頭處的電壓V1、電流I1與第一探針4A和第二探針4B之間的端電壓Vd2、端電流I2之間存在著時不變的關(guān)系，該關(guān)系為夾具的內(nèi)部關(guān)系，具體為式
(νλ (Α ΒΥν,Λ/、
[0034]=，（I)
I CDI
K1Ij"八 J2 y

β、
[0035]其中，Ie 為上述夾具的內(nèi)部關(guān)系；
[0036]差分雙端探針4分別進行短路、開路、連接50 Ω電阻元件可以確定出該內(nèi)部關(guān)系? B、
's Dy
[0037]對式⑴進行變形可得單端SMA接頭I處的輸入阻抗Zm ：
^ K A-Vn +B-I1 A-Z1 +B
[0039]其中，Zl為差分雙端探針4之間的輸入阻抗；
[0040]在差分雙端探針4之間連接待測平衡天線，根據(jù)式（2)可測量出一個平衡天線的輸入阻抗
[0041]本發(fā)明的效果可通過以下仿真實驗進一步說明：
[0042]仿真與實驗1，分別用本發(fā)明夾具和用仿真軟件對圖3所示對稱偶極子天線的輸入阻抗進行測量和仿真，結(jié)果如圖5所示，其中圖5(a)為輸入阻抗的實部值，圖5(b)為輸入阻抗的虛部值。圖5(a)和圖5(b)中的“ · ”曲線表示利用本發(fā)明夾具測量圖3所示對稱偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果，連續(xù)曲線表示利用HFSS仿真軟件仿真圖3所示對稱偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果，曲線表示利用差分夾具測量圖3所示對稱偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果。由圖5發(fā)現(xiàn)，相比于常用的差分夾具測得的曲線，本發(fā)明的測得曲線在工作頻率860-960MHZ中更加貼近于仿真曲線，因而，本發(fā)明方法具有更高的測量精度。
[0043]仿真與實驗2，分別用本發(fā)明夾具和仿真軟件對圖4所示彎折偶極子天線的輸入阻抗進行測量和仿真，結(jié)果如圖6所示，其中圖6(a)為輸入阻抗的實部值，圖6(b)為輸入阻抗的虛部值。圖6(a)和圖（b)中的“ · ”曲線表示利用本發(fā)明夾具測量圖4所示彎折偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果，連續(xù)曲線表示利用HFSS仿真軟件仿真圖4所示彎折偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果，曲線表示利用差分夾具測量圖4所示彎折偶極子天線輸入阻抗的結(jié)果。由圖6發(fā)現(xiàn)，相比于常用的差分夾具測得的曲線，本發(fā)明的測得曲線在工作頻率860-960MHZ中更加貼近于仿真曲線，因而，本發(fā)明夾具具有更高的測量精度。
[0044]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其他各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)匀辉诒景l(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于，包括單端SMA接頭(I)、共面帶線(2)、高頻變壓器(3)、差分雙端探針(4)和介質(zhì)基板(5)； 所述共面帶線(2)，由共面的四塊帶線(2A)、(2B)、(2C)、(2D)組成，且按照順時針順序自左前方起依次排列，貼附于介質(zhì)基板(5)的上表面； 所述單端SMA接頭(I)，與第一共面帶線(2A)、第四共面帶線(2D)和測量用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接； 所述差分雙端探針(4)，由第一探針(4A)和第二探針(4B)組成，第一探針(4A)的一端與第二共面帶線(2B)連接，另一端作為差分雙端的第一端；第二探針的一段(4B)與第三共面帶線(2C)連接，另一端作為差分雙端的第二端；所述差分雙端由這兩端構(gòu)成，用于測量時在其兩端之間進行短路、開路、連接50 Ω電阻元件、連接待測平衡天線。 所述高頻變壓器(3)，位于介質(zhì)基板(5)上表面中心的上方，其輸入端連接至第一共面帶線(2A)與第四共面帶線(2D)，其輸出端連接至第二共面帶線(2B)和第三共面帶線(2C)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于所述的介質(zhì)基板(5),采用材料為FR4的長方體薄板,其長11.20mm,寬11.20mm,厚度1.60mm,相對介電常數(shù)為4.4，損耗正切為0.02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于所述的四塊帶線(2A)、(2B)、(2C)、(2D)，均為尺寸相同的長方體薄板，其長為5.0Omm,寬為5.0Omm,厚度為0.07mm ;該四塊帶線之間按照前后左右均為1.20mm的間距分布在介質(zhì)基板(5)上表面的四個角上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于所述的單端SMA接頭(I)，采用執(zhí)行MIL-C-39012標準的無線電單端接頭，包括傳輸信號的內(nèi)導(dǎo)體、屏蔽干擾的屏蔽層引出線和帶有螺紋的單端接頭；該屏蔽層引出線與第四共面帶線(2D)連接；該內(nèi)導(dǎo)體與第一共面帶線(2A)連接；該帶有螺紋的單端接頭通過測量線與測量用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于所述的高頻變壓器(3)，其輸入、輸出端均包括兩根引線，第一根輸入引線與第一共面帶線(2A)連接，第二根輸入引線與第四共面帶線(2D)連接，第一根輸出引線與第二共面帶線(2B)連接，第二根輸出引線與第三共面帶線(2C)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測量超高頻射頻識別電子標簽上天線阻抗的夾具，其特征在于所述的第一探針(4A)與第二探針(4B)結(jié)構(gòu)相同。
【文檔編號】G01R27/02GK104297567SQ201410571228
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】莊奕琪, 李小明, 閆昕, 王博, 劉偉峰, 李振榮 申請人:西安電子科技大學(xué)