CN106096707B - 一种超宽带双极化无芯片rfid标签 - Google Patents

一种超宽带双极化无芯片rfid标签 Download PDF

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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

一种超宽带双极化无芯片RFID标签
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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