CN103022644A - 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 - Google Patents
一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103022644A CN103022644A CN2012105291057A CN201210529105A CN103022644A CN 103022644 A CN103022644 A CN 103022644A CN 2012105291057 A CN2012105291057 A CN 2012105291057A CN 201210529105 A CN201210529105 A CN 201210529105A CN 103022644 A CN103022644 A CN 103022644A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- rfid
- label
- bend unit
- miniaturization
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法,该设计方法包括以下步骤:第一步:确定弯折单元几何尺寸以及标签芯片输入阻抗;第二步:确定水平方向弯折单元个数;第三步:确定垂直方向弯折单元个数;第四步:调整弯折线宽,使天线增益最大;第五步:馈电端增加并调整环路电感,使天线阻抗与芯片阻抗共轭匹配。本设计方法简单、有效,便于设计具有良好阻抗匹配特性、使辐射增益最大的低成本小型化电子标签天线。同时,本设计方法也可用于通信、工业控制、装备制造、智慧农业、食品安全等RFID应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种RFID天线的设计方法,特别是一种轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法。
背景技术
射频识别即RFID(Radio Frequency IDentification)技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无需人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术因其利用电磁波后向散射原理,实现对物体的无接触、非视距识别,并且成本、功耗低,越来越多被关注和应用。例如,汽车轮胎嵌入式RFID电子标签,用以跟踪轮胎行走的公里数、轮胎花纹深度、轮胎磨损情况,监测轮胎胎压和温度以及包括轮胎招回在内的轮胎全生命周期管理等等。但是,为提高轮胎嵌入式RFID系统标签读取可靠性,电子标签嵌入汽车轮胎需要解决这样一对矛盾:一方面,为保证电子标签与轮胎有良好的粘合性以及克服轮胎硫化过程中的高温、高压带来的影响,要求足够小的标签天线;另一方面,轮胎无线电环境差,轮胎橡胶对电磁波的固有介质损耗要求电子标签天线应足够大,以提高电磁辐射能力。
近年来,由于电子器件小型化的需要,电小天线越来越重要。现在,普遍认为电小天线指几何尺寸不超过半径为λ/2π球面的天线,其中λ是自由空间波长;而受工作环境的影响,尽管并不一定满足定电小天线几何尺寸要求,但受成本和物理尺寸限制的天线则是另外一种小型化天线,可称为空间小型化天线。轮胎嵌入式RFID系统应用中,电子标签天线小型化要求指的就是后一种。反映小型化RFID电子标签天线性能主要包括与芯片的阻抗匹配、辐射增益和工作带宽。在RFID应用中,与阻抗匹配、辐射增益重要性相比,工作带宽倒在其次。因此,小型化RFID电子标签天线设计则主要考虑阻抗匹配和辐射增益。如Ranasinghe等提出了一种基于阻抗匹配的小型化RFID电子标签天线的设计方法,但这种方法需要不断调整RC等效电路参数和天线几何尺寸,设计过程比较复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法,该设计方法简单、有效,设计的小型化标签弯折天线应用于RFID电子标签空间受限的场合,具有良好的阻抗匹配特性,以实现较大辐射增益、降低成本。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案如下:一种轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法,所述的弯折天线为偶极子弯折天线,由两个天线臂组成,每个天线臂由N个弯折单元组成,第i个弯折单元包括ai-1、bi、ci、di、ei和ai六个弯折点,记ai-1和bi的电长度为则ci、di、ei和ai之间的电长度分别表示为和第i个弯折单元的电长度表示为每一个天线臂电长度Lmp为设轮胎嵌入式RFID小型化对电子标签的空间约束为A×B的矩形,即长为A、宽为B的矩形,RFID电子标签嵌入轮胎位置如图4所示,其设计方法包括以下步骤:
第二步:确定水平方向弯折单元个数P,
第三步:确定垂直方向弯折单元个数Q,
第四步:调整弯折线宽,使天线增益最大;
第五步:馈电端增加并调整环路电感,使天线阻抗与芯片阻抗共轭匹配。
上述的轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线设计方法,所述的每个天线臂的N个弯折单元都是对称的,即每一个天线臂的物理长度L为每一个弯折单元都是以0角度连接或者90度连接或者根据物理空间的要求以任意角度连接。
前述的轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线设计方法,所述的每一个弯折单元都是以90度连接。
有益效果:弯折天线可在很小的物理空间内获得良好的谐振特性,因此,对于RFID电子标签空间受限的场合,标签弯折天线非常有用。本发明从轮胎嵌入式RFID系统应用出发,充分利用弯折天线的周期特性和紧凑特性,提出了一种空间受限的轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法。本设计方法简单、有效,便于设计具有良好阻抗匹配特性、从而具有较大辐射增益的低成本小型化电子标签天线。
同时,本设计方法也可用于通信、工业控制、装备制造、智慧农业、食品安全等RFID应用领域。
附图说明
图1是本发明90度连接的偶极子弯折天线结构示意图;
图2是本发明0角度连接的偶极子弯折天线结构示意图;
图3是本发明的偶极子弯折天线弯折单元结构示意图;
图4是本发明的RFID电子标签嵌入轮胎位置示意图,图中:1-轮胎内圈,2-轮胎外圈,3-轮胎胎侧,4-橡胶;
图5是RFID电子标签芯片等效电路示意图,图中:J-天线端,K-逻辑电路;
图6是RFID电子标签等效电路示意图,图中:L-无损匹配网络。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
实施例1。
一、电子标签的Bode-Fano阻抗匹配约束
对于CMOS工艺的RFID电子标签芯片,其等效电路如图5所示。从图5可见,芯片输入阻抗主要取决于二极管的结电容Xj和旁路电容Xs,并可用并联型或者串联型RC等效电路表示。因此,根据RFID后向散射原理,对于一个理想RFID电子标签,其可用图6所示的包括无损匹配网络在内的等效电路表示,其中,Rs是天线辐射电阻,R和C分别是芯片并联型等效电路负载。根据Bode-Fano定理,对于图6所示的RFID电子标签等效电路,阻抗匹配应满足如下约束:
式(1)中,Γ是RC负载的反射系数,Rs是天线辐射感应源电阻。式(1)给出了在整个频带内RC负载和反射系数之间应满足的约束条件。
而事实上,根据ITU和相关国家RFID系统频率分配的规定,RFID系统工作频带受限。因此,为进一步分析RFID系统电子标签天线与芯片匹配之间关系,可假设工作频带Δf内,反射系数为常数|Γ|Δf,而工作频带外,反射系数为1,即工作频带外,RFID标签完全失配,也可避免对带外电子设备造成电子干扰。因此,由式(1)可得到:
式(2)表明,给定RC负载,带宽和功率传递之间可以折衷。也就是说,如果需要满足一定量的功率传递要求,即带内反射系数应该满足某个|Γ|Δf,则带宽可能不得不减少;而要满足一定的带宽要求,则不得不牺牲一定的功率传递。
根据《800/900MHz频段射频识别(RFID)技术应用规定(试行)》,我国RFID系统使用的频率范围为840MHz~845MHz和920MHz~925MHz,即带宽为5MHz。由式(2),可计算对RFID电子标签发射系数的约束。如假设芯片负载阻抗为R=1kΩ,C=1pF,可计算得到最小反射系数为3.7201e-044。而事实上,芯片负载阻抗负载值都比假设值大,计算出来的反射系数都很小。这就意味着,电子标签天线和芯片之间获的良好匹配,不必对RFID系统的带宽分配提出更多、更高的要求。因此,小型化RFID电子标签天线设计则主要考虑阻抗匹配,从而使辐射增益最大。
二、弯折天线设计
(1)弯折天线
弯折天线可在很小的物理空间内获得良好的谐振特性,因此,对于RFID电子标签空间受限的场合,标签弯折天线非常有用。此外,弯折天线的周期特性和紧凑特性,便于设计具有良好阻抗匹配特性,使辐射增益最大的低成本小型化电子标签天线。
偶极子弯折天线如图2所示。偶极子弯折天线由两个天线臂组成,每个天线臂由N个弯折单元组成,第i个弯折单元包括ai-1、bi、ci、di、ei和ai六个弯折点(如图3所示),如记ai-1和bi的电长度为则剩余ci、di、ei和ai弯折点之间的电长度可分别表示为:和因此,第i个弯折的电长度可表示为:所以每一个天线臂电长度为:需要说明的是,尽管没有假设第i个弯折是对称的,但考虑到弯折天线的周期特性和紧凑特性,为简化设计,可使每一个弯折都是对称的,即:则而每一个天线臂的物理长度L为:此外,图2中每一个弯折单元都是0角度连接的,图1是以90度连接的。而事实上,根据物理空间的要求,每一个弯折单元都可以以任意角度连接,同时也可改善天线辐射的全向性。
(2)轮胎嵌入式RFID小型化标签90度连接弯折天线设计方法
设定轮胎嵌入式RFID小型化对电子标签的空间约束为A×B的矩形,即长为A、宽为B的矩形,RFID电子标签嵌入轮胎位置如图4所示,则轮胎嵌入式RFID小型化标签90度连接弯折天线设计步骤如下:
第二步:确定水平方向弯折单元个数P,
第三步:确定垂直方向弯折单元个数Q,
第四步:调整弯折线宽,使天线增益最大。
第五步:馈电端增加并调整环路电感,以使天线阻抗与芯片阻抗共轭匹配。
(3)设计实例
设定轮胎嵌入式RFID小型化对电子标签的空间约束为73×47(mm×mm)的矩形,轮胎橡胶介电常数为4.2,损耗因子为0.1,RFID工作频率为920MHz,芯片输入阻抗为130-j47欧,确定 调整弯折线宽为1.58mm,则设计的轮胎嵌入式RFID小型化标签90度连接弯折天线几何结构如图1所示,其对应的天线阻抗为130+j47欧,与电子标签芯片阻抗共轭匹配,使辐射增益最大。
本发明的实施方式不限于上述实施例,在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化均属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线的设计方法,其特征在于:所述的弯折天线为偶极子弯折天线,由两个天线臂组成,每个天线臂由N个弯折单元组成,第i个弯折单元包括ai-1、bi、ci、di、ei和ai六个弯折点,记ai-1和bi的电长度为则ci、di、ei和ai之间的电长度分别表示为和第i个弯折单元的电长度表示为 每一个天线臂电长度Lmp为 设轮胎嵌入式RFID小型化对电子标签的空间约束为A×B的矩形,即长为A、宽为B的矩形,其设计方法包括以下步骤:
第四步:调整弯折线宽,使天线增益最大;
第五步:馈电端增加并调整环路电感,使天线阻抗与芯片阻抗共轭匹配。
3.根据权利要求2所述的轮胎嵌入式RFID小型化标签弯折天线设计方法,其特征在于:所述的每一个弯折单元都是以90度连接。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210529105.7A CN103022644B (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210529105.7A CN103022644B (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103022644A true CN103022644A (zh) | 2013-04-03 |
CN103022644B CN103022644B (zh) | 2015-02-18 |
Family
ID=47970937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210529105.7A Expired - Fee Related CN103022644B (zh) | 2012-12-10 | 2012-12-10 | 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103022644B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104638356A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-20 | 董健 | 一种电感耦合型等间距弯折偶极子rfid标签天线 |
CN105574578A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 睿芯联科(北京)电子科技有限公司 | 超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法 |
CN106374218A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-01 | 北京邮电大学 | 一种rfid近场读写器天线 |
US10586144B2 (en) | 2014-09-29 | 2020-03-10 | Avery Dennison Corporation | Tire tracking RFID label |
CN111079884A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 相丰科技股份有限公司 | 轮胎电子标签 |
CN113451788A (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-28 | 华为技术有限公司 | 天线、天线模组及无线网络设备 |
WO2022237618A1 (en) * | 2021-05-08 | 2022-11-17 | Confidex Oy | Rfid transponder for tyre |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI254491B (en) * | 2005-03-14 | 2006-05-01 | Fujitsu Ltd | Antenna, and RFID tag |
JP2007081632A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Nec Tokin Corp | 無線icタグ |
CN101640314A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 香港城市大学 | 偶极子天线与具有该天线的射频识别标签及射频识别系统 |
CN201421878Y (zh) * | 2009-04-22 | 2010-03-10 | 上海韩硕信息科技有限公司 | Rfid天线、标签以及电子防伪瓶盖 |
CN101702945A (zh) * | 2007-03-13 | 2010-05-05 | 韩亚Idt株式会社 | 轮胎内置式rfid标签 |
-
2012
- 2012-12-10 CN CN201210529105.7A patent/CN103022644B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI254491B (en) * | 2005-03-14 | 2006-05-01 | Fujitsu Ltd | Antenna, and RFID tag |
JP2007081632A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Nec Tokin Corp | 無線icタグ |
CN101702945A (zh) * | 2007-03-13 | 2010-05-05 | 韩亚Idt株式会社 | 轮胎内置式rfid标签 |
CN101640314A (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-03 | 香港城市大学 | 偶极子天线与具有该天线的射频识别标签及射频识别系统 |
CN201421878Y (zh) * | 2009-04-22 | 2010-03-10 | 上海韩硕信息科技有限公司 | Rfid天线、标签以及电子防伪瓶盖 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10586144B2 (en) | 2014-09-29 | 2020-03-10 | Avery Dennison Corporation | Tire tracking RFID label |
US11763127B2 (en) | 2014-09-29 | 2023-09-19 | Avery Dennison Corporation | Tire tracking RFID label |
US11494604B2 (en) | 2014-09-29 | 2022-11-08 | Avey Dennison Corporation | Tire tracking RFID label |
US10997487B2 (en) | 2014-09-29 | 2021-05-04 | Avery Dennison Corporation | Tire tracking RFID label |
CN105574578B (zh) * | 2014-10-15 | 2019-03-15 | 睿芯联科(北京)电子科技有限公司 | 超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法 |
CN105574578A (zh) * | 2014-10-15 | 2016-05-11 | 睿芯联科(北京)电子科技有限公司 | 超高频射频识别电子标签芯片的片上阻抗匹配方法 |
CN104638356A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-20 | 董健 | 一种电感耦合型等间距弯折偶极子rfid标签天线 |
CN106374218B (zh) * | 2016-09-14 | 2019-04-12 | 北京邮电大学 | 一种rfid近场读写器天线 |
CN106374218A (zh) * | 2016-09-14 | 2017-02-01 | 北京邮电大学 | 一种rfid近场读写器天线 |
CN111079884A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 相丰科技股份有限公司 | 轮胎电子标签 |
CN111079884B (zh) * | 2018-10-19 | 2023-08-18 | 相丰科技股份有限公司 | 轮胎电子标签 |
CN113451788A (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-28 | 华为技术有限公司 | 天线、天线模组及无线网络设备 |
US12119570B2 (en) | 2020-03-24 | 2024-10-15 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Antenna, antenna module, and wireless network device |
WO2022237618A1 (en) * | 2021-05-08 | 2022-11-17 | Confidex Oy | Rfid transponder for tyre |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN103022644B (zh) | 2015-02-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103022644B (zh) | 一种轮胎嵌入式rfid小型化标签弯折天线的设计方法 | |
Son et al. | Design of RFID tag antennas using an inductively coupled feed | |
CN203660057U (zh) | 宽带天线 | |
CN1264932A (zh) | 供电子识别系统使用的混合天线装置 | |
US10211498B1 (en) | Reconfigurable resonators for chipless RFID applications | |
WO2011163141A1 (en) | Small-size printed circuit board-printed meander line inverted-f antenna for radio frequency integrated circuits | |
Vemagiri et al. | Transmission line delay‐based radio frequency identification (RFID) tag | |
Barman et al. | Spiral resonator loaded S‐shaped folded dipole dual band UHF RFID tag antenna | |
Kimouche et al. | A compact fractal dipole antenna for 915MHz and 2.4 GHz RFID tag applications | |
CN203553352U (zh) | 天线装置 | |
CN105140632A (zh) | 一种感应耦合馈电的弯折偶极子rfid标签天线 | |
Genovesi et al. | Parametric design of compact dual-frequency antennas for wireless sensor networks | |
KR100801262B1 (ko) | 이중 대역을 지원하는 전파식별 안테나 장치 | |
Chen et al. | High chip reactance matching for ultra-high-frequency radio frequency identification tag antenna design | |
CN202650044U (zh) | 一种基于多谐振偶极子天线的无芯片特高频射频识别标签 | |
CN201699133U (zh) | 无线射频辨识系统的天线结构 | |
Jalil et al. | Chipless RFID tag based on meandered line resonator | |
Salman et al. | Coplanar UHF RFID tag antenna with U-shaped inductively coupled feed for metallic applications | |
CN112235042A (zh) | 一种现代反向散射通信系统硬件的优化方法 | |
CN204651475U (zh) | 一种结构紧凑的印刷式多频带WLAN/WiMAX天线 | |
CN103473427A (zh) | 一种应用于标签天线设计的复阻抗匹配方法 | |
CN102074785A (zh) | 具有双端开路耦合结构的射频辨识标签天线及其设计方法 | |
CN209216142U (zh) | 一种超高频rfid适配成50欧标准型的封装结构 | |
Yu et al. | A Miniature Antenna for 2.45 GHz RFID Tag. | |
Kim et al. | RFID tag antenna mountable on metallic plates |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150218 Termination date: 20181210 |