CN102263324A - 射频识别标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种射频识别标签天线,包括一壳体,在所述壳体内设有一绝缘介质层,在所述绝缘介质层上设置有天线电路图案,复数个金属辐射臂通过金属连接线连接所述天线电路图案,其中:所述金属辐射臂所在平面垂直于所述天线电路图案所在平面。本发明中的金属辐射臂所在平面垂直于所述天线电路图案所在平面,使得电流不仅在天线电路图案表面一个平面中流动,还在复数个不同的垂直金属面上流动,形成三维立体标签,使辐射的角度更大。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线,尤指一种用于物联网射频识别系统中的射频识别标签天线。
背景技术
现有射频识别标签在结构上大多采用平面设计。在方向上只能根据标签天线所依附的环境表面来确定辐射的方向。并且由于依附表面一般是平面,所用只能在垂直于此平面的方向上达到最佳辐射距离。而其中大部分的抗金属标签为有反射面的平面标签方式,天线的方向图也只能限制于平面式和单一的电路结构使有效辐射角度和最佳辐射方向受到限制。
作为这样的反射式平面标签天线的一个例子,图1展示出现有平面标签天线的结构示意图。常规平面标签天线包括:天线基材10,和在其表面的环形天线回路20、第一连接线21、第二连接线22、第一谐振辐射臂23、第二谐振辐射臂24、芯片焊盘图案。在图1中。第一连接线21一端与环形天线回路20连接于第一相位点25,另一端连接于第一谐振辐射臂23;第二连接线22一端与环形天线回路20连接于第二相位点26,另一端连接于第二谐振辐射臂24;在图1中,芯片焊盘图案包括第一芯片焊脚图案27,第二芯片焊脚图案28,且第一芯片焊脚图案27与第二芯片焊脚图案28分别连接于环形天线回路20的两端。由于现有平面标签天线的整个辐射结构都位于天线基材10的一个平面的表面上,导致电流只能在此平面上流动,在其被使用在抗金属应用中时,往往导致其整个结构都平行于环境金属平面而造成辐射角度的狭窄。而谐振臂和环形天线回路20的数量和面积决定了其带宽不是很宽。另外,其芯片焊盘图案只能有两个焊脚图案组成一个射频识别端口连接一个环形天线回路,使其不能适应双端口射频识别芯片的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电流不仅在绝缘介质层表面一个平面中流动的三维立体标签,使辐射的角度更大。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种射频识别标签天线,包括一壳体,在所述壳体内设有一绝缘介质层,在所述绝缘介质层上设置有天线电路图案,复数个金属辐射臂通过金属连接线连接所述天线电路图案,其中:所述金属辐射臂所在平面垂直于所述绝缘介质层上设置的天线电路图案所在平面。
本发明中的金属辐射臂所在平面垂直于所述绝缘介质层所在平面,使得电流不仅在绝缘介质层表面一个平面中流动,还在复数个不同的垂直金属面上流动,形成三维立体标签,使辐射的角度更大。
本发明的进一步改进在于:所述天线电路图案包括一闭环金属线路图案,四条金属回路线以及一芯片引脚电极图案,所述四条金属回路线的第一端分别连接所述闭环金属线路图案四个相位点,所述芯片引脚电极图案为一用于连接单端口芯片的图案,所述芯片引脚电极图案包括两个电气连接点,所述每个电气连接点连接两条所述金属回路线的第二端;所述芯片引脚电极图案也可以为一用于连接双端口芯片的图案,所述芯片引脚电极图案包括四个电气连接点,所述每个电气连接点连接一条所述金属回路线的第二端。这种双环形天线回路增加了天线的增益和带宽。
本发明的进一步改进在于:所述壳体包括一上壳体和一下壳体,所述下壳体包括一贴合使用环境表面的外表面和一个平行于外表面的内表面,所述内表面与所述外表面的距离大于0.1mm,使天线电路与使用环境表面电路不导通,可以有效增加环境适应性。
本发明的进一步改进在于:所述天线电路图案所在平面平行于所述下壳体的外表面,且所述绝缘介质层贴合或靠近所述上壳体的内表面。这样的∏形的结构能更有效利用空间,且天线电路图案远离环境表面,使本发明标签受环境影响变小,鲁棒性更好。
本发明的进一步改进在于:所述天线电路图案所在平面平行于所述下壳体的外表面,且所述绝缘介质层贴合或靠近所述下壳体的内表面。这样的倒∏形的结构能更有效利用空间,且天线电路图案更靠近环境表面,能起到更大的反射效果。
本发明的进一步改进在于:所述天线电路图案所在平面与所述下壳体的外表面形成一0~45度的夹角,此夹角可以根据使用环境的不同来调整大小,以达到最佳辐射角度和方向。
本发明的进一步改进在于:所述复数个金属辐射臂分别拥有不同的辐射频率,以增加整个标签天线的频率响应带宽。
附图说明
图1为一种现有平面标签天线的结构示意图;
图2为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧透视图;
图3为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线的侧面透视图;
图4为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧分解透视图;
图5为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线绝缘介质层表面设置的一种天线电路图案;
图6为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线绝缘介质层表面设置的另一种天线电路图案;
图7为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线金属辐射臂的外形线图案;
图8为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线和其使用环境的组合等轴示意图;
图9为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线和其使用环境的组合情况下的等轴侧1dBi增益方向图;
图10为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线和其使用环境的组合情况下的二维增益方向图;
图11为本发明第一较佳实施例的射频识别标签天线匹配单端口芯片后的回波损耗与频率图;
图12为本发明第二较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧透视图;
图13为本发明第三较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧透视图;
图14为本发明第二、三较佳实施例的射频识别标签天线金属辐射臂的外形线图案。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参阅图2~4所示,本发明的射频识别标签天线主要包括一壳体30,置于壳体30内的绝缘介质层40,设置于绝缘介质层40上的天线电路图案50以及四个金属辐射臂60,金属辐射臂60通过金属连接线70连接天线电路图案50,且金属辐射臂60所在平面垂直于所述绝缘介质层40所在平面,使得电流不仅在绝缘介质层40表面一个平面中流动,还在复数个不同的垂直金属面上流动,形成三维立体标签,使辐射的角度更大,其中:
壳体30包括一上壳体31和一下壳体32,上壳体31包含一个内表面311,此内表面311是结构平面;所述下壳体32包括一贴合使用环境表面的外表面321和一个平行于外表面的内表面322,作为本发明的较佳实施方式,内表面322与外表面321的距离大于0.1mm,使天线电路与使用环境表面电路不导通,可以有效增加环境适应性(图中6角星型和小点填充的部分为壳体的内表面和外表面);
绝缘介质层40采用0.8mm~1mm厚的介电常数为1~3的微波介质,所述天线电路图案50所在平面与下壳体32的外表面321形成一0~45度的夹角,此夹角可以根据使用环境的不同来调整大小,以达到最佳辐射角度和方向。天线电路图案50包括一闭环金属线路图案51,四条金属回路线52~55,以及一芯片引脚电极图56,四条金属回路线52~55的第一端分别连接闭环金属线路图案51的四个相位点511~514,第二端连接芯片引脚电极图56;
芯片引脚电极图56可以选用如图5所示能连接单端口芯片的图案,该种芯片引脚电极图案包括两个电气连接点561、562,其中电气连接点561连接金属回路线52与金属回路线53的第二端,电气连接点562连接金属回路线54与金属回路线55的第二端,在该实施例中信号经过电气连接点561连接金属回路线52,金属回路线52的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点511,再通过闭环金属线路图案51到达金属回路线54,金属回路线54连接电气连接点562构成双环形天线回路中的第一回路,金属回路线54的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点513;信号经过电气连接点561连接金属回路线53,金属回路线53的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点512,再通过闭环金属线路图案51到达金属回路线55,金属回路线55连接电气连接点562构成双环形天线回路中的第二回路,金属回路线55的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点514;这种双环形天线回路增加了天线的增益和带宽。
芯片引脚电极图56还可以选用如图6所示能连接双端口芯片的图案,该种芯片引脚电极图案包括四个电气连接点563~566,其中电气连接点563连接金属回路线52的第二端,电气连接点564连接金属回路线53的第二端,电气连接点565连接金属回路线54的第二端,电气连接点566连接金属回路线55的第二端,在该实施例中信号经过电气连接点563连接金属回路线52,金属回路线52的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点511,再通过闭环金属线路图案51到达金属回路线55,金属回路线55连接管电气连接点566构成1号端口双环形天线回路,金属回路线55的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点514;信号经过电气连接点565连接金属回路线54,金属回路线54的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点513,再通过闭环金属线路图案51到达金属回路线53,金属回路线53连接电气连接点564构成2号端口双环形天线回路,金属回路线53的第一端连接闭环金属线路图案51于相位点512;这种双环形天线回路增加了天线的增益和带宽。而且能适合使用impinj等公司推出的双端口射频识别芯片,这进一步增加了标签的带宽和增益。
参阅图7所示,作为本发明第一较佳实施例的射频识别标签金属辐射臂60的外形线图案,包含一条外形线W1、一条外形线W2、一条外形线W3、一条外形线W4、一条外形线W5和一条外形线W6;外形线W1、外形线W2、外形线W3、外形线W4、外形线W5、外形线W6首尾相接,构成金属辐射臂60的边缘;外形线W1和内表面322平行,以使金属辐射体可以依附在壳体30内;外形线W2到外形线W6的距离和外形线W4到外形线W6的距离决定金属辐射臂辐射频率的大小,可以根据使用环境的不同来调整大小,以达到最佳辐射效率。外形线W5通过金属连接线70连接天线电路图案50,6条外形线决定了金属辐射臂的面积,同时决定了辐射的增益大小,可以根据使用环境的不同来调整大小,以达到最佳增益值。
配合图8所示,本发明第一较佳实施例的射频识别标签和其使用环境的组合等轴示意图,射频识别标签被安装在一段电线杆80上,通过把壳体30用铆钉81固定在一块金属薄片82上,金属薄片的尺寸为300mm×210mm×0.6mm;再把金属薄片82固定在电线杆80上。此段安装有本发明射频识别标签天线的为电力公司所用电线杆的一部分,此部分可以是电线杆高于地面0米到高于地面10米高度的一部分。根据距离地面的高度来调天线电路图案50所在平面与下壳体32的外表面321的夹角大小,以达到最佳辐射角度和方向。
图10为本发明第一较佳实施例射频识别标签天线被安装在电线杆80上情况下的二维增益方向图。图中Phi=0(xz平面)曲线显示方向图的最佳辐射方向点(m17)由于夹角(701)的作用偏离了Z轴正方向(Theta=0 deg),向X轴的正方向(Theta=90 deg)偏转。X轴的正方向(Theta=90 deg)指向地面,能使信号产生一个从水平方向(Z轴正方向)偏向地面方向(X轴的正方向)的辐射倾角。能很好适应在电线杆上的应用,使使用者站立于地面的情况下,很好很方便地测得一般安装情况下,安装于电线杆高过地面3米处的实例1射频识别标签的信号。图9、10显示其拥有很大的辐射角度。对应图8中的结构可以看出天线在实际使用时的效果是很理想的。图11为本发明第一较佳实施例射频识别标签天线连接单端口芯片后的回波损耗与频率图。
再请参阅图12所示,本发明第二较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧透视图,其与第一较佳实施例的区别在于绝缘介质层40平行于所述下壳体32的外表面321,且所述绝缘介质层40贴合或靠近所述上壳体31的内表面311,配合图14所示,在该实施例中金属辐射臂60的外形线图案与图7中的区别为,金属辐射臂60的外形线W6变成了直线。其外形由于天线电路图案50所在平面与下壳体32的外表面321形成的夹角为0度,使外形线W1和外形线W3也平行了,4个金属辐射臂60的外形线W1处于同一个平面中,贴合或靠近下壳体32的内表面322,这样的∏形的结构能更有效利用空间,且天线电路图案远离环境表面,使本发明标签受环境影响变小,鲁棒性更好。
进一步参阅图13所示,本发明第三较佳实施例的射频识别标签天线的等轴侧透视图,其与上述第二较佳实施例的区别在于绝缘介质层40贴合或靠近所述下壳体32的内表面322,这样的倒∏形的结构能更有效利用空间,且天线电路图案更靠近环境表面,能起到更大的反射效果。
Claims (9)
1.一种射频识别标签天线,包括一壳体,在所述壳体内设有一绝缘介质层,在所述绝缘介质层上设置有天线电路图案,复数个金属辐射臂通过金属连接线连接所述天线电路图案,其特征在于:所述金属辐射臂所在平面垂直于所述绝缘介质层上设置的天线电路图案所在平面。
2.如权利要求1所述的天线,其特征在于:所述天线电路图案包括一闭环金属线路图案,四条金属回路线以及一芯片引脚电极图案,所述四条金属回路线的第一端分别连接所述闭环金属线路图案四个相位点,所述芯片引脚电极图案为一用于连接单端口芯片的图案,所述芯片引脚电极图案包括两个电气连接点,所述每个电气连接点连接两条所述金属回路线的第二端。
3.如权利要求1所述的天线,其特征在于:所述天线电路图案包括一闭环金属线路图案,四条金属回路线以及一芯片引脚电极图案,所述四条金属回路线的第一端分别连接所述闭环金属线路图案四个相位点,所述芯片引脚电极图案为一用于连接双端口芯片的图案,所述芯片引脚电极图案包括四个电气连接点,所述每个电气连接点连接一条所述金属回路线的第二端。
4.如权利要求2或3所述的天线,其特征在于:所述壳体包括一上壳体和一下壳体,所述下壳体包括一贴合使用环境表面的外表面和一个平行于外表面的内表面。
5.如权利要求4所述的天线,其特征在于:所述下壳体内表面与所述下壳体外表面的距离大于0.1mm。
6.如权利要求5所述的天线,其特征在于:所述天线电路图案所在平面平行于所述下壳体的外表面,且所述天线电路图案所在平面贴合或靠近所述上壳体的内表面。
7.如权利要求5所述的天线,其特征在于:所述天线电路图案所在平面平行于所述下壳体的外表面,且所述天线电路图案所在平面贴合或靠近所述下壳体的内表面。
8.如权利要求5所述的天线,其特征在于:所述天线电路图案所在平面与所述下壳体的外表面形成一0~45度的夹角。
9.如权利要求1所述的天线,其特征在于:所述复数个金属辐射臂分别拥有不同的辐射频率。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |