CN106549210B - 一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，用于无芯片标签系统中对物品进行编码，包括两层介质基板、开口环谐振器和螺旋谐振器。开口环谐振器由3个同轴矩形开口环组成，每两个相邻的开口环由上下一对短接线连接在一起。螺旋谐振器由9个大小相同的螺旋体组成。每个螺旋体由铜带从内到外交错螺旋而成。开口环谐振器和螺旋谐振器在同一竖直平面上呈不同高度分布。本发明公开的标签天线是磁性天线，对粘附的不同介质基板不敏感。本发明公开的标签天线利用中间层间隔空气的双层结构使其达到了对金属也不敏感的特性。同时本发明公开的标签天线由于每增加一个单元结构可以增加3个谐振频点，因此具有很高的编码容量。

Description

一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线
技术领域
本发明涉及无芯片标签天线领域，具体涉及一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线。
背景技术
相对于条形码等标签来说，无芯片标签在商品分类，追踪，识别等方面具有造价低，实用性强，能被阅读器快速识别等优点，因此具有替代条形码并被广泛使用的潜在价值。通过对不同的信号编码‘0’或‘1’，并用不同的组合方式代表不同的信息，以此来记录编码商品的信息。但是大多数标签天线每多一位编码就会增加一个结构单元，因此在很大程度上增大了天线的尺寸，不利于天线小型化。
同时在一些工程应用中，为了识别金属货物，需要将标签贴于金属物体表面，但是金属环境会对天线的性能产生重大影响。标签天线主要起到的就是接收和发送电磁波的作用。根据电磁场原理，场强对金属比较敏感，容易对标签造成影响。其影响主要来自以下两方面：(1)金属靠近天线时，由于电磁感应作用会在其内部产生涡流，同时吸收射频能量转换成自身的电场能，从而减少了射频原有的能量；(2)金属环境产生的涡流也会产生感应磁场，且由其产生的磁力线垂直于金属环境表面，与射频场强相反。由金属环境产生的磁场对原磁场造成干扰，导致金属表面的磁力线趋于变形，在离金属很近的区域甚至平行于金属表面，该区域内根本没有射频场，因此直接附着于金属物体表面的标签根本无法通过切割磁力线获得能量，不能正常工作。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，用于无芯片标签系统中对物品进行编码，所述天线包括：上层介质基板、下层介质基板、开口环谐振器和螺旋谐振器，所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器分别印制在所述上层介质基板和所述下层介质基板上，所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器在同一竖直平面内呈不同高度分布。
进一步地，所述开口环谐振器由若干个同轴矩形开口环组成。
进一步地，所述开口环谐振器的若干个同轴矩形开口环中每两个相邻的开口环均由上短接线将上面两条边连接在一起，下短接线将下面两条边连接在一起，其中，上短接线均位于边长的中点，下短接线呈离散分布。
进一步地，所述开口环谐振器由3个同轴矩形开口环组成，每个开口环环带宽度均为0.2mm，每个开口环开口长度均为0.2mm，每两个开口环之间的间隔均为0.2mm，最外层的开口环长度L和宽度W分别为7.2mm、6.6mm，所述下短接线从内到外距离边长中点的距离分别是0.4mm、0.3mm。
进一步地，所述上短接线和所述下短接线的长度和宽度均为0.2mm。
进一步地，所述螺旋谐振器由9个大小相同的螺旋体组成，每个螺旋体由铜带从内到外交错螺旋而成，其中，内环铜带宽度和外环铜带宽度均为0.2mm，内环铜带和外环铜带的间距0.1mm。
进一步地，所述开口环谐振器位于所述上层介质基板的上表面，所述螺旋谐振器位于所述下层介质基板的下表面，所述上层介质基板和所述下层介质基板之间的间隔高度为0.5mm的空气。
进一步地，所述天线的激励为平面入射波激励。
进一步地，所述上层介质基板和所述下层介质基板的材料以及长度和宽度均相同，材料采用Teflon，介电常数为2.55，损耗角正切为0.0014，所述上层介质基板的厚度为0.3mm，所述下层介质基板的厚度为0.2mm。
进一步地，所述上层介质基板和所述下层介质基板之间的间隔填充空气，构成中间间隔空气的双层结构，使所述天线对金属不敏感。
比如，当把天线置于厚度为0.1mm的铜片上时天线的RCS曲线仍然有很高的幅度和尖锐的谐振频点。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，采用连接的矩形开口环结构，使每两个开口环能产生三个谐振频点，谐振频点m与开口环个数n满足:m＝3(n-1)，大大提高了天线的编码容量，从而减小天线的尺寸。
(2)本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线中天线的双层结构设计使天线具有对金属不敏感的特性。当把天线放置在厚度为0.1mm的铜板或者金板上时，天线的RCS曲线仍然具有很高的幅度并具有尖锐的谐振频点。
(3)本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线中天线是磁性的，从而使天线对粘附的不同介质基板不敏感，将天线放置在不同的物品上时，自身性能基本不会改变。
(4)本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线中矩形开口环之间的间隔很小，从而减小了天线的尺寸。
附图说明
图1是本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线的结构图；
图2是图1中的开口环谐振器；
图3是图2中的开口环谐振器的基本结构单元；
图4是图1中的螺旋谐振器；
图5是本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线放置于厚度为0.1mm的铜板和金板上的RCS曲线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例公开了一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，用于无线射频识别系统中无芯片标签天线，包括上层介质基板、下层介质基板、开口环谐振器和螺旋谐振器。所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器分别印制在所述上层介质基板和所述下层介质基板上，所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器在同一竖直平面内呈不同高度分布。
具体实施方式中，所述开口环谐振器位于所述上层介质基板的上表面，所述螺旋谐振器位于所述下层介质基板的下表面，所述上层介质基板和所述下层介质基板之间的间隔高度为0.5mm的空气。本发明公开的标签天线利用中间层间隔空气的双层结构使其达到了对金属也不敏感的特性。
所述开口环谐振器由3个同轴矩形开口环形成，每两个相邻的开口环均由上短接线将上面两条边连接在一起，下短接线将下面两条边连接在一起。短接线的长度和宽度均为0.2mm。
所述螺旋谐振器由9个大小相同的螺旋体组成，每个螺旋体由铜带从内到外交错螺旋而成，具体内环铜带宽度为0.2mm，外环铜带宽度外0.2mm，内、外环间距0.1mm。
上层介质基板和下层介质基板的材料以及长度和宽度均相同，均采用Teflon(特氟龙，tm)，介电常数为2.55，损耗角正切为0.0014，上层基板厚度h1为0.3mm，下层基板厚度h2为0.2mm。
本发明工作频率在10.5吉赫兹，较MHz频率，谐振线长度减小，天线尺寸减小。
如图1所示，本实施例中，所述开口环谐振器在第一层介质板的上表面，螺旋谐振器在第二层介质板的下表面，两层介质中间间隔高度h为0.5mm的空气。
图1表示本发明公开的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线的结构图。其中1表示开口环谐振器，2表示螺旋谐振器。开口环谐振器最外层环的长度L和宽度W分别是7.2mm，6.6mm。每个开口环环带的宽度均为0.2mm。每个开口环开口长度均为0.2mm。每相邻两个开口环间的间隔均为0.2mm。h1表示上层介质板厚度，即0.3mm，h表示中间空气层厚度，即0.5mm，h2表示下层介质板厚度，即0.2mm。
图2表示图1的1，即开口环谐振器。L表示最外层开口环长度，即7.2mm，W表示最外层开口环宽度,即6.6mm；
图3表示图2中开口环谐振器的基本结构单元。q表示开口环环带宽度，即0.2mm，q1表示开口环开口长度，即0.2mm；g表示开口环之间的缝隙宽度，即0.2mm。
图4表示图1中的2，即螺旋谐振器，由9个大小相同的螺旋体构成。每个螺旋体由铜带从内到外交错螺旋而成，L1表示螺旋谐振器所在介质基板的长度，即7.2mm；W1表示螺旋谐振器所在介质基板的宽度，即7.2mm；p表示内环铜带宽度，即0.2mm，p1表示内外间距，即0.1mm，p2表示外环铜带宽度，即0.2mm。
图5表示将以上述尺寸制作的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线置于厚度为0.1mm的铜板和金板上的RCS仿真结果图。在平面入射波的激励下，天线的RCS曲线图有很高的幅度，同时又有很尖锐的谐振频点，自身性能基本没有改变，证明本发明用于金属商品中是完全适用并且结果准确的。
本发明将每两个相邻矩形开口环用短接线连接，使开口环个数n与能产生的谐振点个数m满足公式：m＝3(n-1)，从而大幅度的提高了天线的编码容量，同时连接的短接线改变了开口环的电流流向，使天线左边产生的一个谐振频点电流呈一个波长的环形分布，右边产生的两个谐振频点电流分别成半个波长分布，使天线变成磁性天线，从而具有对粘附的不同介质基板不敏感的特性。
本发明采用中间隔空气的双层结构，使天线具有对金属不敏感的特性，从而可以被广泛地应用于金属商品。
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上述实施例的限制，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 (8)

1.一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，用于无芯片标签系统中对物品进行编码，其特征在于，
所述天线包括：上层介质基板、下层介质基板、开口环谐振器和螺旋谐振器，所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器分别印制在所述上层介质基板和所述下层介质基板上，所述开口环谐振器和所述螺旋谐振器在同一竖直平面内呈不同高度分布；所述上层介质基板和所述下层介质基板之间的间隔填充空气；
所述开口环谐振器由若干个同轴矩形开口环组成，将每两个相邻矩形开口环用短接线连接，使开口环个数n与能产生的谐振点个数m满足公式：m=3(n-1)。
2.根据权利要求1所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述开口环谐振器的若干个同轴矩形开口环中每两个相邻的开口环均由上短接线将上面两条边连接在一起，下短接线将下面两条边连接在一起，其中，上短接线均位于边长的中点，下短接线呈离散分布。
3.根据权利要求2所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述开口环谐振器由3个同轴矩形开口环组成，每个开口环环带宽度均为0.2mm，每个开口环开口长度均为0.2mm，每两个开口环之间的间隔均为0.2mm，最外层的开口环长度L和宽带W分别为7.2mm、6.6mm，所述下短接线从内到外距离边长中点的距离分别是0.4mm、0.3mm。
4.根据权利要求2所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述上短接线和所述下短接线的长度和宽度均为0.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述螺旋谐振器由9个大小相同的螺旋体组成，每个螺旋体由铜带从内到外交错螺旋而成，其中，内环铜带宽度和外环铜带宽度均为0.2mm，内环铜带和外环铜带的间距0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述开口环谐振器位于所述上层介质基板的上表面，所述螺旋谐振器位于所述下层介质基板的下表面。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述天线的激励为平面入射波激励。
8.根据权利要求1至6任一所述的一种高容量及金属不敏感的双层无芯片标签天线，其特征在于，
所述上层介质基板和所述下层介质基板的材料以及长度和宽度均相同，材料采用Teflon，介电常数为2.55，损耗角正切为0.0014，所述上层介质基板的厚度为0.3mm，所述下层介质基板的厚度为0.2mm。
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