CN106096707B - 一种超宽带双极化无芯片rfid标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带双极化无芯片RFID标签,包括天线辐射单元及介质基板,所述天线辐射单元位于介质基板的上表面,所述天线辐射单元由正方形贴片构成,所述正方形贴片开有四个开槽结构,分别为第一、第二、第三及第四开槽结构,所述第一及第三开槽结构位于正方形贴片的主对角线上,并关于正方形贴片中心对称,所述第二及第四开槽结构位于正方形贴片的副对角线上,并关于正方形贴片中心对称。该标签天线具有小型化、大容量、高极化隔离度、高频带利用率、易印刷等优点。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域,具体涉及一种超宽带双极化无芯片RFID标签。
背景技术
随着智能感知、识别技术与普适计算的发展,物联网(Internet of Things,IoT)被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。射频识别(RadioFrequency Identification,RFID)技术是物联网的重要组成部分和关键核心技术,可利用射频(Radio Frequency,RF)信号进行非接触双向无线通信,从而实现对物体的自动识别。典型的RFID系统由阅读器(Reader)、标签(Tag)和应用系统(Application System)三部分组成。其中,标签起着附着于物体,并将物体的信息发送给阅读器的作用。由于数以十亿计的RFID标签的大规模应用,整个RFID系统的部署费用越来越取决于RFID标签的成本。传统的RFID标签由天线与集成电路(Integrated Circuit,IC)两部分组成,其成本主要集中在IC上。相比于光学条形码的印刷成本(0.01美元),目前的RFID标签成本(0.1美元)仍然较高。因此,去掉集成电路IC,研制出低成本的无芯片RFID标签成为当前RFID技术研究的热点领域。
目前无芯片RFID标签的设计中,基于频域编码的无芯片RFID标签因其大容量、易印刷而成为主流。但其中大多数设计仅利用到了一个极化方向,存在频带利用率低、标签容量小、尺寸大等缺陷。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种超宽带双极化无芯片RFID标签。
本发明采用如下技术方案:
一种超宽带双极化无芯片RFID标签,包括天线辐射单元及介质基板,所述天线辐射单元位于介质基板的上表面,所述天线辐射单元由正方形贴片构成,所述正方形贴片设有四个开槽结构,分别为第一、第二、第三及第四开槽结构,所述第一及第三开槽结构位于正方形贴片的主对角线上,并关于正方形贴片中心对称,所述第二及第四开槽结构位于正方形贴片的副对角线上,并关于正方形贴片中心对称。
所述第一、第二、第三及第四开槽结构相同,由至少一条缝隙构成,当缝隙数大于1条时,缝隙呈嵌套分布,所述缝隙均为箭头形反向开槽结构。
所述箭头形反向开槽结构包括水平臂、垂直臂及连接两条臂的斜45度U型弯折臂,每条缝隙的水平臂及垂直臂长度相同。
当缝隙数大于1条时,不同缝隙的水平臂及垂直臂的长度不同。
各缝隙的斜45度U型弯折臂长度相同,开口朝向均背离正方形贴片的中心。
当缝隙数大于1条时,缝隙的水平臂及垂直臂的长度按照嵌套由外及内的顺序依次递减。
所述介质基板为单层。
所述天线辐射单元采用双极化激励,所述双极化激励为相互正交的主、副对角线极化方向上的线性极化平面波。
本发明的有益效果:
(1)本发明提供了一种低成本、高频谱利用率、大容量的双极化无芯片RFID标签天线;
(2)辐射贴片表面开槽可在某一频点处产生谐振,使得相应频点处的雷达散射截面(RCS)产生陷波,改变缝隙长度可调节陷波位置,从而实现编码;
(3)本发明采用主、副对角线双极化激励,可分别激励起主、副对角线方向的线极化波,实现极化分集,使频谱利用率提高50%;
(4)对称结构可增大两个极化方向上的隔离度,增大品质因数(Q值),减小陷波带宽,在给定的超宽带频带内可容纳更多的陷波,从而大大提高频谱利用率;
(5)箭头形结构及斜45度U型弯折可有效延长电流路径,缩小标签尺寸,使标签变得更加紧凑。
附图说明
图1(a)是本发明的结构示意图;
图1(b)是本发明的侧视图;
图2是本发明图1(a)的尺寸示意图;
图3(a)是本发明一种超宽带双极化无芯片RFID标签编码i-1010101010+j-1010101010的雷达散射截面RCS图;
图3(b)是本发明一种超宽带双极化无芯片RFID标签编码i-1111111111+j-1010101010的雷达散射截面RCS图;
图3(c)是本发明一种超宽带双极化无芯片RFID标签编码i-0000000000+j-1010101010的雷达散射截面RCS图;
图3(d)是本发明一种超宽带双极化无芯片RFID标签编码i-1100010101+j-1010101010的雷达散射截面RCS图;
具体实施方式
下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例
一种超宽带双极化无芯片RFID标签,包括天线辐射单元2及介质基板1,所述天线辐射单元2位于介质基板1的上表面,所述天线辐射单元由正方形贴片构成,所述正方形贴片开有四个开槽结构,分别为第一、第二、第三及第四开槽结构,所述第一及第三开槽结构位于正方形贴片的主对角线上,并关于正方形贴片中心对称,所述第二及第四开槽结构位于正方形贴片的副对角线上,并关于正方形贴片中心对称。
所述第一、第二、第三及第四开槽结构相同,至少由一条缝隙构成,当缝隙数大于1条时,缝隙呈嵌套分布,所述缝隙均为箭头形反向开槽结构。
所述箭头形反向开槽结构包括水平臂、垂直臂及连接两条臂的斜45度U型弯折臂,每条缝隙的水平臂及垂直臂长度相同。
当缝隙数大于1条时,不同缝隙的水平臂及垂直臂的长度不同。
各缝隙的斜45度U型弯折臂长度相同,开口朝向均背离正方形贴片的中心,所述U型弯折臂位于正方形贴片的对角线上。
当缝隙数大于1条时,缝隙的水平臂及垂直臂的长度按照嵌套由外及内的顺序依次递减,所述不同缝隙的水平臂及垂直臂相互平行,相邻缝隙之间的距离相等。
如图1(a)及图1(b)所示,本实施例中,第一、第二、第三及第四开槽结构均由五条缝隙嵌套构成,第一开槽结构的五条缝隙3A、4A、5A、6A、7A,第一开槽结构及第三开槽结构沿着正方形贴片的主对角线,关于贴片中心对称,第二开槽结构及第四开槽结构沿着正方形贴片的副对角线,关于贴片中心对称。
如图2所示,所述五条缝隙均为箭头形反向开槽结构,均包括水平臂、垂直臂及连接两条臂的斜45度U型弯折臂,所述斜45度U型弯折臂位于正方形贴片的对角线上,开口朝向背离正方形贴片的中心,所述每条缝隙的水平臂及垂直臂的长度相等,五条缝隙按照嵌套顺序由外及内的顺序,其水平臂和垂直臂的长度为S1=11mm、S2=9.5mm、S3=8mm、S4=6.5mm和S5=5mm。所述各缝隙的斜45度U型弯折臂长度相同,其中,斜45度U型弯折臂长边为L1=1.92mm、短边为W1=0.63mm,总长度为4.47mm。
所述最外边缝隙与贴片相隔W2=1mm,所述主、副对角线缝隙相隔W3=1.11mm。所述主对角线极化方向坐标系为i,所述副对角线极化方向坐标系为j。
本发明采用箭头形开槽及斜45度U型弯折,可以有效延长电流路径,实现标签天线小型化。采用中心对称结构可增大主、副对角线极化方向上的隔离度,增大Q值,减小陷波带宽,在固定的超宽带频带内可容纳更多的陷波,从而进一步提高频谱利用率。
每个箭头形开槽的臂长不等,按照嵌套由外向内的顺序,本实施例中五条缝隙的臂长,所述臂长包括水平臂+垂直臂+斜45度U型弯折臂的总长度,位于外边的缝隙臂长3A为26.47mm,然后向内逐渐递减,依次为23.47mm、20.47mm、17.47mm和14.47mm。所述五条缝隙宽度Ws均为0.2mm。
本实施例中,所述介质基板采用Taconic TLX-0,其相对介电常数为2.45,电损耗角正切为0.0019,介质基板边长为28mm,厚度H为1mm。所述天线辐射贴片单元为正方形,边长L为26mm。
如图3(a)所示,本发明采用主、副对角线双极化平面电磁波入射,当处于对称结构时,主对角线i极化方向和副对角线j极化方向产生相同的RCS陷波,因此曲线重合,此时标签编码为i-1010101010+j-1010101010。所述陷波都处于超宽带范围(3.1-10.6GHz)内。
如图3(b)所示,将主对角线上的缝隙都减短0.2mm后,主对角线i极化方向上的陷波向高频偏移,其仍处于超宽带范围,此时标签编码为i-1111111111+j-1010101010。同理,当缝隙增长0.2mm后,陷波向低频偏移,此时可将陷波编码01,当缝隙消失时,陷波消失,编码00。这样一个陷波可存在四种状态(00、01、10、11)即可以编码2bits,一个极化方向上的五个陷波可编码10bits,因此,主、副对角线双极化标签共可编码20bits,其容量大大增加。
如图3(c)和3(d)所示,图3(c)中的标签编码为i-0000000000+j-1010101010,图3(d)中的标签编码为i-1100010101+j-1010101010,可见主对角线i极化和副对角线j极化互不干扰,各自可独立进行编码,验证了之前的双极化频移编码理论。
本发明提供一种工作于超宽带(3.1-10.6GHz)的小尺寸、高频带利用率、大容量的双极化无芯片RFID标签天线,天线辐射贴片单元采用双极化激励,所述双极化激励为相互正交的主、副对角线极化方向上的线性极化平面波。
该标签天线具有小型化、大容量、高极化隔离度、高频带利用率、易印刷等优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种超宽带双极化无芯片RFID标签,其特征在于,包括天线辐射单元及介质基板,所述天线辐射单元位于介质基板的上表面,所述天线辐射单元由正方形贴片构成,所述正方形贴片设有四个开槽结构,分别为第一、第二、第三及第四开槽结构,所述第一及第三开槽结构位于正方形贴片的主对角线上,并关于正方形贴片中心对称,所述第二及第四开槽结构位于正方形贴片的副对角线上,并关于正方形贴片中心对称;
所述第一、第二、第三及第四开槽结构相同,由至少一条缝隙构成,当缝隙数大于1条时,缝隙呈嵌套分布,所述缝隙均为箭头形反向开槽结构;
所述箭头形反向开槽结构包括水平臂、垂直臂及连接两条臂的斜45度U型弯折臂,每条缝隙的水平臂及垂直臂长度相同。
2.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化无芯片RFID标签,其特征在于,当缝隙数大于1条时,不同缝隙的水平臂及垂直臂的长度不同。
3.根据权利要求2所述的一种超宽带双极化无芯片RFID标签,其特征在于,各缝隙的斜45度U型弯折臂长度相同,开口朝向均背离正方形贴片的中心。
4.根据权利要求3所述的一种超宽带双极化无芯片RFID标签,其特征在于,当缝隙数大于1条时,缝隙的水平臂及垂直臂的长度按照嵌套由外及内的顺序依次递减。
5.根据权利要求1所述的一种超宽带双极化无芯片RFID标签,其特征在于,所述介质基板为单层。
6.根据权利要求1所述的双极化无芯片RFID标签,其特征在于,所述天线辐射单元采用双极化激励,所述双极化激励为相互正交的主、副对角线极化方向上的线性极化平面波。
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