CN105024153A - 高增益远距超高频车载rfid标签天线及其安装附件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高增益远距超高频车载RFID标签天线。所述标签天线由一层金属贴片、一层柔性薄层构成，其中金属贴片包含树形分支、矩形环、寄生结构和封闭结构。所述标签天线具有低剖面、小尺寸和可形变的优点，且可以被装载于车辆的不同位置（如挡风玻璃、车顶气窗和汽车底盘等）。所述标签天线在完整的超高频RFID波段（860MHz~960MHz）内不仅满足（S₁₁<-3dB）的RFID工程标准，而且在较宽的带宽内（886MHz~931MHz）满足RFID工程的优秀指标（S₁₁<-10dB）。该标签天线的增益高达12.8dBi，在车辆行驶正前方的增益高达6.5dBi，最大阅读距离可达40余米。所述标签天线具有灵活性高、通用性强等特点。尤其适合于车辆管理系统中对RFID标签天线全天候工作的要求，具有广阔的应用前景。

Description

高增益远距超高频车载RFID标签天线及其安装附件

技术领域

本发明涉及一种高增益远距超高频车载RFID标签天线及其安装附件。

背景技术

随着不停车收费系统、车辆管理等应用需求的不断增大，针对机动车辆的射频识别系统受到了越来越多的关注。作为射频识别技术的关键环节，对RFID标签天线提出了越来越高的要求，其中RFID标签天线的增益对读写距离具有重要意义。现阶段的车载RFID标签天线的增益一般为1.5dBi~2.0dBi，最大阅读距离不超过15m。

此外，目前的车载RFID标签天线一般只能贴在车辆的前挡风玻璃上。这种单一的安装方式不仅不能满足客户对标签天线安装位置的个性化需求，而且也不能很好地匹配各种不同车载RFID系统阅读器的多样化要求。除此之外，现阶段国内的超高频RFID标签天线大多工作于902~928MHz频段，不能覆盖完整的超高频RFID频段（860MHz~960MHz）。因此，设计一款覆盖RFID全频段的高增益远距车载RFID标签天线将是车辆管理、商品物流行业的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对市场需求，提供一种高增益远距超高频车载RFID标签天线及其安装附件，该天线具有剖面低、尺寸小和可形变等优点。而且可以贴在车辆的不同部位。该天线在汽车行驶正前方的增益可以达到6.5dBi，最大阅读距离可达到40余米。所述天线在完整的超高频RFID波段（860~960MHz，该频段覆盖全世界的超高频RFID频段）上满足（S₁₁<-3dB）RFID工程标准，在886~931MHz频段满足RFID工程的优秀指标（S₁₁<-10dB）。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本高增益远距超高频车载RFID标签天线，由一层柔性介质材料及其表面的金属贴片组成，其特征在于：所述天线主体采用树形分枝以缩小天线尺寸，工作频率主要由树形分枝的尺寸决定。RFID芯片连接在一矩形环的中间，通过树形分枝的主干进行耦合馈电。调节矩形环的尺寸，以及其与树形分枝主干之间的缝隙可以实现阻抗匹配。矩形环的下端引出两根微带线，封闭整个RFID天线，起到增加天线增益的效果。树形分枝上端有一“金字塔”及“五角星”结构。该结构一方面增加了天线的增益，另一方面增加了天线阻抗的调节能力，并起到平衡辐射的作用。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种高增益远距超高频车载RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片A和柔性薄层B两层构成，其中金属贴片A包含树形分枝A_m、矩形环A_f、寄生结构A_p和封闭结构A_o构成，其特征在于：

所述树形分枝A_m为两端对称的树形分枝结构。树形分枝结构A_m的各分枝相互垂直，且宽度不变；

所述矩形环A_f与所述树形分枝A_m的主干平行，且二者之间通过缝隙耦合。矩形环A_f的下端中央加载RFID标签芯片；

所述树形分枝A_m主干上方有寄生结构A_p。所述寄生结构A_p呈“金字塔”状，其顶端是一“五角星”结构；

所述矩形环A_f正下方与封闭结构A_o相连；

所述柔性薄层B与金属贴片A的尺寸相同；

所述树形分枝结构A_m的各分枝之间夹角可为任意角度；

所述树形分枝结构A_m的各分枝宽度可为任意尺寸；

所述寄生结构A_p顶端的“五角星”可为任意数量，且位置任意；

一种高增益远距超高频车载RFID标签天线的附件，它从上至下依次由上层L_a、中层L_b和底层L_c三层结构构成，其特征在于：

顶层L_a和底层L_c结构相同，是厚度相同的介质片。当本发明被使用于金属表面时，其中一层的表面附着天线主体，另一面固定在金属表面之上；

连接顶层L_a和底层L_c结构的中层L_b是由四个结构尺寸相同的柱状介质块构成，它们分别位于所述附件的四个顶角；

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出优点：

1. 本设计采用高阶分形结构，达到在不影响天线主要性能的前提下缩小尺寸的效果，大大降低了天线的尺寸。

2. 本设计剖面低。采用软介质材料设计，有利于天线贴在非规则表面。

3. 通过引入“金字塔”和“五角星”结构，有效地提高了天线输入阻抗的调节能力，使得天线贴在汽车的不同位置都具有良好的工作特性。

4. 通过“金字塔”型寄生贴片和外围封闭结构的引入，有效地增加了天线的增益，从而实现远距离阅读，为相应车载RFID系统的全天候工作提供了保障。

5. 本发明天线可以贴在车辆的不同位置，且都覆盖超高频RFID波段的完整频段。

附图说明：

图1  天线俯视及侧视结构示意图（其中上图为下图的俯视图）

图2  天线安装示意图

图3  天线回波损耗仿真曲线图

图4  天线仿真方向图

图5  安装附件结构及天线位置示意图

具体实施方式：

本发明的优选实施例结合附图详述如下：

实施例1

参见图1，本高增益远距超高频车载RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片A和柔性薄层B两层构成，其中金属贴片A包含树形分枝A_m、矩形环A_f、寄生结构A_p和封闭结构A_o构成，其特征在于：

1)所述树形分枝A_m为两端对称的树形分枝结构。树形分枝结构A_m的各分枝相互垂直，且宽度不变；

2)所述矩形环A_f与所述树形分枝A_m的主干平行，且二者之间通过缝隙耦合。矩形环A_f的下端中央加载RFID标签芯片；

3)所述树形分枝A_m主干上方有寄生结构A_p。所述寄生结构A_p呈“金字塔”状，其顶端是一个或若干个“五角星”结构；

4)所述矩形环A_f正下方与封闭结构A_o相连；

5)所述柔性薄层B与金属贴片A的尺寸相同；

实施例2

    本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

1）根据分形结构天线的原理，越小的树形分枝结构的角度越小，则天线的带宽越大，但会增加天线的尺寸。因此，所述树形分枝结构A_m的各分枝之间夹角可以可以根据具体要求适当调整；

2）“五角星”亦可为其它形状。

如图2所示，所述天线贴在汽车前挡风玻璃上。图3~4显示了所述天线的工作性能分别为所述天线的回波损耗和在865MHz和915MHz的两个频率下的方向图。天线在车辆行驶正前方的增益高达6.5dBi，最大阅读距离达到40余米，满足车载RFID系统全天候工作对增益和阅读距离的要求。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：

所述天线被贴在汽车顶部气窗上。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，特别之处如下：

所述天线被贴在汽车顶部。此时需要一安装附件以保证天线性能。所属安装附件从上至下依次由顶层L_a、中层L_b和底层L_c三层结构构成，其特征在于：

1)    顶层L_a和底层L_c结构相同，是厚度相同的介质片。当本发明被使用于金属表面时，其中一层的表面附着天线主体，另一面固定在金属表面之上；

2)    连接顶层L_a和底层L_c结构的中层L_b由四个结构尺寸相同的柱状介质块构成，它们分别位于所述附件的四个顶角。

实施例5

本实施例与实施例3基本相同，特别之处如下：

所述天线及附件被贴在汽车底盘表面。

Claims (4)

1.一种高增益远距超高频车载RFID标签天线，包括从上至下依次为金属贴片（A）和柔性薄层（B）两层构成，其中金属贴片（A）包含树形分枝（A_m）、矩形环（A_f）、寄生结构（A_p）和封闭结构（A_o）构成，其特征在于：

1)    所述柔性薄层（B）和金属贴片（A）的尺寸相同；

2)    所述树形分枝（A_m）为两端对称的树形分枝结构；

树形分枝结构（A_m）的各分枝相互垂直，且宽度不变；

3)    所述矩形环（A_f）与所述树形分枝（A_m）的主干平行，且二者之间通过缝隙耦合，

矩形环（A_f）的下端中央加载RFID标签芯片；

4)    所述树形分枝（A_m）主干上方有寄生结构（A_p），所述寄生结构（A_p）呈“金字塔”状，其顶端是一个或若干个“五角星”结构；

5)    所述矩形环（A_f）正下方与封闭结构（A_o）相连。

2.根据权利要求1所述的高增益远距超高频车载RFID标签天线，其特征在于：所述柔性薄层（B）比金属贴片（A）的尺寸大。

3.根据权利要求书1所述的高增益远距超高频车载RFID标签天线，其特征在于：根据寄生结构的耦合原理，只要面积相同，“五角星”亦可为其它形状。

4.一种根据权利要求1所诉的高增益远距超高频车载RFID标签天线的安装附件，它从上至下依次由顶层（L_a）、中层（L_b）和底层（L_c）三层结构构成，其特征在于：

1)    顶层（L_a）和底层（L_c）结构相同，是厚度相同的介质，当本发明被使用于金属表面时，其中一层的表面附着天线主体，另一面固定在金属表面之上；

2)    连接顶层（L_a）和底层（L_c）结构的中层（L_b）由四个结构尺寸相同的柱状介质块构成，它们分别位于所述附件的四个顶角。