CN104915709A - 纽扣型rfid标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的三维结构RFID标签。本发明包括纽扣型ABS基底、弯折偶极子天线以及耦合馈电环；ABS基底采用3D打印的三维纽扣型结构，包括圆形顶面、圆形底面和过段侧壁；偶极子天线在基底底面为直线与扇形结构组合，该直线结构过底面圆心，将两段中心对称设置的扇形结构串接在一起；每段扇形结构远离直线的一端通过过段侧壁延伸到基底顶面，偶极子天线在基底顶面也为中心对称设置的扇形结构；耦合馈电环位于基底底面偶极子天线的直线结构旁边，加载一个Alien Higgs 4 RFID芯片。本发明不仅克服了传统RFID的平面尺寸限制，而且还具有尺寸小，全向性好，结构简单，成本低，应用方便，适用范围广等优点。

Description

纽扣型RFID标签

技术领域

本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种新型纽扣型RFID标签。

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尺寸、工作频段、阻抗及增益等。目前常见的RFID通常为平面结构，大部分采用弯折线型偶极子形式，便于缩减天线尺寸及天线加工。而用作身份识别或者门禁的RFID标签通常为卡片形式，这大大增加了人们携带的卡片负担。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种纽扣型RFID标签。

本发明采用一个沿纽扣型ABS基底沿伸的折叠偶极子作为辐射天线，该天线由一方环作为耦合馈电结构，方环上加载RFID芯片Alien Higgs 4。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括纽扣型ABS基底、弯折偶极子天线以及耦合馈电环。

所述的ABS基底采用3D打印的三维纽扣型结构，包括圆形顶面、圆形底面和过段侧壁。

所述的偶极子天线在基底底面为直线与扇形结构组合，该直线结构过底面圆心，将两段中心对称设置的扇形结构串接在一起；每段扇形结构远离直线的一端通过过段侧壁延伸到基底顶面，偶极子天线在基底顶面也为中心对称设置的扇形结构。

所述的耦合馈电环位于基底底面偶极子天线的直线结构旁边，加载一个Alien Higgs 4 RFID芯片。

所述的偶极子天线和耦合馈电环采用喷墨印刷打印。

进一步说，所述的ABS基底顶面半径为13mm，底面半径为15mm，高度为7.5mm。

进一步说，该标签工作在FCC频段，即902-928MHz频段。

本发明具有的有益效果是：本发明具有三维立体紧凑结构，其纽扣型结构便于将该标签用于服装上，可作为固定标签（上衣纽扣）或者可拆卸标签（徽章/胸针等）使用，适用范围广，方便便携且不易丢失。且能够工作在FCC频段（902-928MHz），同时天线在垂直于纽扣面的方向上具有良好的全向性，其阅读距离可以达到2.1m。

附图说明

图1a为天线的整体结构图。

图1b为天线的俯视图。

图2为天线的应用场景示意图。

图3为天线的输入阻抗测试结果图。

图4为天线的功率反射系数测试图。

图5为标签的阅读距离测试图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述：

本发明设计了一种新型的三维结构RFID标签，该标签首次采用3D打印和喷墨印刷结合技术。标签为纽扣型，体积小，因此可以很方便地应用在服装上作为固定的纽扣或者可拆卸的服装装饰品比如胸针或者徽章。该标签融合了纽扣/装饰品以及RFID身份识别/门禁的功能，使用且携带方便，是固定群体（军人/学生/游客/与会者）出入某一特定场合的绝佳通行及身份验证工具。

如图1a和图1b所示，本发明中标签天线由基底1-1，标签天线（偶极子底面结构1-2，偶极子侧面结构1-3，偶极子顶面结构1-4）以及RFID芯片1-5构成。天线的总体尺寸是底面半径15mm，顶面半径13mm，高度7.5mm。基底1-1采用的是3D打印常用的ABS材料，它的介电常数为2.8。偶极子天线的底面结构包括耦合馈电环，平行馈电线以及两个对称的顺时针135度圆弧形结构组成，线宽2mm。偶极子侧面结构1-3从偶极子底面结构1-2的末尾开始，沿着纽扣形的侧面从底面向顶面延伸，线宽2mm。偶极子顶面结构1-4是从偶极子侧面结构1-3的末尾开始的两个对称的顺时针圆弧结构，线宽2mm。RFID芯片1-5采用的是Alien Higgs 4芯片，阻值为13.3-122j。

标签的应用场景示意图如图2所示。该标签可分为固定式（服装纽扣2-1）或可拆卸式（徽章或胸针2-2等服装饰品）。当佩戴该标签的人进入门禁系统时，RFID阅读器2-3通过RFID阅读天线2-4向RFID标签发出信号，通过检查标签反馈的信息对该人员的身份进行判定以及控制门禁开关。

该天线测试的输入阻抗如图3所示，所测得阻抗在920MHz时为15+131j欧姆，标签在920MHz时可以达到最优效果。

该天线的功率反射系数如图4所示，在920MHz时，功率反射效果最佳，在FCC频段（902-928MHz）内标签表现良好。

标签在不同频率的阅读距离如图5所示，天线的最远阅读距离为2.1m，出现在频率920MHz。

本发明的RFID标签的优点包括：

3D打印与喷墨印刷技术结合。天线的基底为3D打印完成，金属结构由喷墨印刷打印完成。两种技术的结合既增加了天线的加工效率，又兼顾了天线的加工精度。

三维空间内尺寸紧凑。该标签的尺寸为顶面半径13mm，底面半径15mm，高度7.5mm。尺寸类似于普通的纽扣；应用方便便于携带。

FCC频段工作良好。如图4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1.4-2.1m。

综上，本发明陈述了一种三维立体纽扣形RFID标签，创新性地使用3D打印与喷墨印刷技术的结合，整个标签尺寸很小，且在天线垂直面上全向性好，适用于应用于各种服装上作为身份识别与门禁系统辅助认证手段。本发明中天线基底采用的是ABS材料，是3D打印中最常用的材料之一。而其他结构都是用喷墨印刷加工制作而成，成本低廉且加工方便快捷精确。综上所述，设计出的RFID标签不仅克服了传统RFID的平面尺寸限制，而且还具有尺寸小，全向性好，结构简单，成本低，应用方便，适用范围广等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。

Claims (3)

1.纽扣型RFID标签，包括纽扣型ABS基底、弯折偶极子天线以及耦合馈电环；

所述的ABS基底采用3D打印的三维纽扣型结构，包括圆形顶面、圆形底面和过段侧壁；

所述的偶极子天线在基底底面为直线与扇形结构组合，该直线结构过底面圆心，将两段中心对称设置的扇形结构串接在一起；每段扇形结构远离直线的一端通过过段侧壁延伸到基底顶面，偶极子天线在基底顶面也为中心对称设置的扇形结构；

所述的耦合馈电环位于基底底面偶极子天线的直线结构旁边，加载一个Alien Higgs 4 RFID芯片；

所述的偶极子天线和耦合馈电环采用喷墨印刷打印。

2.根据权利要求1所述的纽扣型RFID标签，其特征在于：所述的ABS基底顶面半径为13mm，底面半径为15mm，高度为7.5mm。

3.根据权利要求1所述的纽扣型RFID标签，其特征在于：该标签工作在FCC频段，即902-928MHz频段。