CN103151616B - 耦合馈电水平全向环形rfid标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耦合馈电水平全向环形RFID标签天线。现有的RFID天线绝大部分为偶极子结构，其方向图为垂直于天线表面，一般可用于物体垂直表面。当目标物体的垂直外表面不足以提供RFID标签可用的面积时，该结构不再适用。本发明包括基底、辐射外环天线和耦合馈电内环结构；在基底上设置有辐射外环天线和耦合馈电内环结构，且两环为同心结构。本发明结构小，且能够工作在FCC频段（902-928MHz）下，可贴附于目标物品的上下表面，辐射方向图在水平面上全向，阅读距离最远可以达到9.5m。
Description
技术领域
本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种耦合馈电水平全向环形RFID标签天线。
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，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的通信技术。常用的无源RFID有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频（860-960MHz）。
RFID标签天线作为RFID系统的重要组成部分，它的性能将极大的影响整个RFID系统的效率与质量。影响RFID天线性能的主要因素包括天线的尺寸、工作频段、阻抗及增益等。一般常用的RFID天线常采用弯折线型偶极子形式，便于缩减天线尺寸及天线加工。该类型天线方向图为垂直于天线面，因此使用时贴附于目标物体垂直外表面。
当目标物体的垂直侧面为不规则面或者面积不足以提供RFID标签贴附的空间时，RFID标签需要贴附于目标物体的顶面或底面，偶极子形式的RFID天线不再适用。为了应对这种特殊情况，方向图平行于天线面的RFID标签天线是一种比较好的选择。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了一种耦合馈电水平全向环形RFID标签天线。
本发明采用一个周期性加载电容的圆环作为辐射外环，同心的内环作为耦合馈电结构，且内环加载一交指电容及与电容对称的RFID芯片Impinj Monza4 Dura。
本发明采用的技术方案是：
耦合馈电水平全向环形RFID标签，包括基底、辐射外环及耦合馈电内环结构，辐射外环与馈电内环为同心结构。
其中，辐射外环中周期性加载四个交指电容，四个交指电容结构相同；
其中，馈电内环加载一个交指电容与一个RFID芯片，电容与芯片关于馈电内环圆心对称。
本发明具有的有益效果是：
本发明的RFID天线具有小型结构，且能够工作在FCC频段（902-928MHz）下，同时天线在水平面上具有良好的全向性，其阅读距离可以达到9.5m，可贴附于目标物体的顶面与底面使用。同时该天线具有良好的可调节特性，可通过调节外环与内环的电容轻松实现整体尺寸的调节。
附图说明
图1为天线的整体结构图；
图2为外环中交指电容的结构图；
图3为内环中的交指电容的结构图；
图4为天线的输入阻抗测试结果图。
图5为标签的阅读距离测试图。
图6为925MHz时标签的方向性测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述：
如图1所示，本发明中MIMO天线由辐射外环1-1和馈电内环1-2组成。天线的总体尺寸是43 mm×43 mm，基底1-6采用的是RFID标签加工中常用的PET材料，它的介电常数为4.3，结构参数为45mm × 45mm × 0.05mm。外环上周期加载四个结构相同的交指电容1-3，内环加载一个交指电容1-4，RFID芯片1-5置于内环上与交指电容对称的。外环半径（从圆心到环宽中间处）为20mm，环宽3mm；内环半径（从圆心到环宽中间处）为10mm，环宽3mm。
外环加载的交指电容的结构如图2所示，它是由3对交指组成的。每对交指为两个平行且在平行方向的有一定间距的金属结构。指长为13.1 mm，指宽为0.3 mm，指间距为0.24 mm，一对指（比如2-1与2-2）之间的平行方向间距为0.3 mm。
内环加载的交指电容结构如图3所示，它是由图二中的水平指变成了弧形指。其中指长为78°（相对于内环），指宽为0.3 mm，指间距为0.24 mm，一对指之间的位移为2°。
该天线测试的输入阻抗如图4所示，所测得阻抗在925MHz时为11+144j欧姆，与芯片Monza4 Dura的阻抗11+143j达到共轭匹配。标签在925MHz时可以达到最优效果。
标签的测试最远阅读距离如图5所示，在925MHz时，最远阅读距离可以达到9.5m，在FCC频段（902-928MHz）内标签表现良好。
标签在925MHz时不同方向的阅读距离如图6所示，在天线面上不同角度位置测试，天线的阅读距离为9.32-9.5m，在天线面上全向性优良。
本发明的RFID标签的优点包括：
（1）尺寸小且阅读距离远。如图1，整个天线的尺寸只有43mm × 43mm，是RFID天线中较为小型的类型。标签的最远阅读距离可以达到9.5m，远超过类似尺寸的其他RFID标签。
（2）FCC频段工作良好。如图5所示，天线可以正常工作在FCC频段下，在该频道其阅读距离为4.2-9.5m，满足大多数RFID应用场合的设计需要。
（3）全向性好。如图6，RFID标签在天线面上阅读距离偏差不超过0.2mm，拥有良好的全向性。
（4）可调性强。当天线尺寸变动时，只要改变外环与内环加载的交指电容指长就能轻易地重新定位频率与实现阻抗匹配。理论上来说该天线可以设计为任意大小。
本发明陈述了一种耦合馈电水平全向环形RFID标签天线，创新性地使用同心圆环为辐射环天线馈电，同时在辐射环与馈电环上加载电容，使得RFID天线很容易调节工作频率与输入阻抗，同时整个天线尺寸很小，且在天线面上全向性好，适用于贴附在目标物体的顶面或底面。本发明中天线基底采用的是PET材料，是RFID加工中最常用的基底材料之一。而其他结构都是用铝蚀刻加工制作而成，成本低廉且加工方便。综上所述，设计出的RFID标签天线不仅克服了传统RFID天线的只适用于目标物体垂直侧面的问题，而且还具有尺寸小，阅读距离远，全向性好，结构简单，成本低等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。
Claims (1)
1.耦合馈电水平全向环形RFID标签天线，包括基底、辐射外环及耦合馈电内环结构，其特征在于：辐射外环与馈电内环为同心结构；
所述的辐射外环中周期性加载四个外环交指电容,所述四个外环交指电容结构相同，每个外环交指电容由三对交指组成；每对交指为两个平行且在平行方向有间距的金属结构；
所述的馈电内环加载一个内环交指电容与一个RFID芯片，所述内环交指电容与所述RFID芯片关于馈电内环圆心对称；所述内环交指电容由三对交指组成；每对交指为两个弧形且在弧形法向有间距的金属结构；
所述的耦合馈电水平全向环形RFID标签天线工作在FCC频段，即902-928MHz频段。
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