CN106961002A - 适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，包括：介质板、构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构和RFID标签芯片；RFID标签正面的第一微带线、第二微带线、第三微带线和RFID标签背面的第四微带线、第五微带线，通过对应的三个金属化通孔螺旋环绕构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构。本发明实现良好的端射特性，容易与RFID标签芯片匹配，多RFID标签排布时互耦干扰小，结构紧凑，制作工艺简单。

Description

适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线
技术领域
本发明涉及适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，属于射频识别技术领域。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种利用无线射频方式实现的非接触式自动识别系统。RFID系统一般由RFID标签、读写器和应用软件系统组成。目前，射频识别系统包括低频、高频、超高频和微波四个频段。其中超高频由于频率适中，得到广泛的应用。全球超高频(Ultra High Frequency,UHF)识别系统的频带范围覆盖了840MHz-960MHz，包括中国标准的频率范围840MHz-845MHz及925MHz-930MHz、欧洲标准的频率范围865MHz-868MHz和美洲标准的频率范围902MHz-928MHz。而传统的RFID标签天线的带宽往往比较有限，无法同时满足不同地区的使用要求。
RFID标签在实际工作过程中，性能会直接受到其工作坏境的影响。很多情况下，这种影响非常严重，甚至可能会导致标签无法工作或读写器的读写错误。目前RFID标签的设计方案主要为传统的偶极天线形式以及抗金属的微带贴片天线形式。抗金属RFID标签虽然解决了金属贴装面对标签天线电磁性能的不利影响，但是依然不能避免多RFID标签天线平行排布时天线间互耦效应对天线性能的不利影响。
在印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)的仓储和图书资料的存储等场合，经常存在大量RFID标签密集排布的情况。当采用传统的偶极天线、环天线或微带贴片天线等形式的RFID标签天线时，天线间严重的互耦会改变标签天线的谐振状态和辐射方向图，进而导致RFID标签不能正常识别。因此，如何提高RFID标签在这类情况下的识别率是本领域亟待解决的一个技术问题。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其具体技术方案如下：
适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，包括：介质板、构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构和RFID标签芯片；
构成端射特性的所述平面双臂轴向模螺旋结构包括设置在介质板上表面的第一微带线、第二微带线和第三微带线，以及设置在介质板下表面的第四微带线和第五微带线；
设置在介质板上表面的第一微带线和第三微带线相互平行，且该第一微带线和第三微带线的中垂线重合，第二微带线的一端与第一微带线的一端连接，第二微带线的另一端与第三微带线的中心连接，第一微带线的另一端设置有金属化通孔，所述第三微带线的两端均设置有金属化通孔，所述金属化通孔均贯穿到介质板下表面，所述RFID标签芯片设置在第一微带线的中心；
设置在介质板下表面的第五微带线与介质板上表面的第三微带线正投影重合，设置在第三微带线的两端的金属化通孔穿过介质板贯穿到第五微带线对应的两端，所述第四微带线的一端与第五微带线的中心连接，第四微带线的另一端与贯穿过第一微带线端部的金属化通孔连接。
所述平面双臂轴向模螺旋结构是通过印刷或蚀刻加工到介质板上。
所述介质板选用介电常数介于1-20之间的材料。
所述RFID标签芯片选用无源的RFID芯片。
所述第二微带线和第四微带线长度相同，长度范围为八分之一个波长到三分之一波长，其中，波长λ＝c/f，为自由空间中的传播速度，f为中心频率，本平面双臂轴向模螺旋天线在周长为一个波长到三分之四个波长，且环绕圈数为至少1/4圈时，可以达到端射的特性。
所述第一微带线和第三微带线平行，其距离范围为十六分之一个波长到四分之一个波长，本平面双臂轴向模螺旋天线在螺距为四分之一波长，且环绕圈数至少为1/4圈时，可以达到良好的定向辐射效果。
本发明的工作原理是：
本发明中，介质板上表面的第一微带线和第二微带线可彼此搭配构成螺旋天线的一部分；第一微带线和第二微带线通过第三微带线和第五微带线两端的两个金属化通孔连接，形成双臂的结构。此结构具有端射特性，最大辐射方向平行于天线平面，实现定向辐射。同时双臂螺旋的结构使得RFID标签在介质板上仅占用小部分面积，结构紧凑，易于实现小型化。
本发明的有益效果是：
本发明实现良好的端射特性，容易与RFID标签芯片匹配，多RFID标签排布时互耦干扰小，结构紧凑，制作工艺简单。
附图说明
图1是本发明的介质板上表面的结构示意图，
图2是本发明介质板下表面的结构示意图，
图3是图1的侧视结构示意图，
附图标记列表：1—介质板，2—RFID标签芯片，3—第一微带线，4—第二微带线，5—第三微带线，6—第五微带线，7—金属化通孔，8—第四微带线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，包括：介质板、构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构和RFID标签芯片；构成端射特性的所述平面双臂轴向模螺旋结构包括设置在介质板上表面的第一微带线、第二微带线和第三微带线，以及设置在介质板下表面的第四微带线和第五微带线，设置在介质板上表面的第一微带线和第三微带线相互平行，且该第一微带线和第三微带线的中垂线重合，第二微带线的一端与第一微带线的一端连接，第二微带线的另一端与第三微带线的中心连接，第一微带线的另一端设置有金属化通孔，所述第三微带线的两端均设置有金属化通孔，所述金属化通孔均贯穿到介质板下表面，所述RFID标签芯片设置在第一微带线的中心；设置在介质板下表面的第五微带线与介质板上表面的第三微带线正投影重合，设置在第三微带线的两端的金属化通孔穿过介质板贯穿到第五微带线对应的两端，所述第四微带线的一端与第五微带线的中心连接，第四微带线的另一端与贯穿过第一微带线端部的金属化通孔连接。RFID标签上表面的第一微带线、第二微带线、第三微带线和RFID标签下表面的第四微带线、第五微带线，通过对应的三个金属化通孔螺旋环绕构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构。所示图中，双臂螺旋环绕结构为1/4圈，为提高天线的定向增益，可多次增加此双臂螺旋环绕结构。
所述平面双臂轴向模螺旋结构是通过印刷或蚀刻加工到介质板上，以保证天线的电磁特性稳定。
所述第二微带线和第四微带线长度相同，长度范围为八分之一个波长到三分之一波长，其中，波长λ＝c/f，为自由空间中的传播速度，f为中心频率，本平面双臂轴向模螺旋天线在周长为一个波长到三分之四个波长，且环绕圈数为至少1/4圈时，可以达到端射的特性。
所述第一微带线和第三微带线平行，其距离范围为十六分之一个波长到四分之一个波长，本平面双臂轴向模螺旋天线在螺距为四分之一波长，且环绕圈数至少为1/4圈时，可以达到良好的定向辐射效果。
作为本发明的一个实施例，天线使用的芯片是Impinj公司的Monza 4标签芯片，该芯片在915MHz时具有11+143j的特性阻抗。芯片对本发明中的双臂螺旋结构进行平衡馈电，在宽频带内都能达到良好的阻抗匹配效果。
在实际应用中，当两个RFID标签平行贴装时，隔离度大于35dB。所以当高密度RFID标签平行贴装时，天线之间具有低耦合特性，可以弥补辐射场垂直天线平面的传统RFID标签天线在堆叠时导致的读取器无法有效读取标签芯片信息的缺点。同时，该RFID标签也可以直接装贴在非金属的表面、非直接接触的金属面上或是直接集成在PCB上。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于包括：介质板、构成端射特性的平面双臂轴向模螺旋结构和RFID标签芯片；
构成端射特性的所述平面双臂轴向模螺旋结构包括设置在介质板上表面的第一微带线、第二微带线和第三微带线，以及设置在介质板下表面的第四微带线和第五微带线；
设置在介质板上表面的第一微带线和第三微带线相互平行，且该第一微带线和第三微带线的中垂线重合，第二微带线的一端与第一微带线的一端连接，第二微带线的另一端与第三微带线的中心连接，第一微带线的另一端设置有金属化通孔，所述第三微带线的两端均设置有金属化通孔，所述金属化通孔均贯穿到介质板下表面，所述RFID标签芯片设置在第一微带线的中心；
设置在介质板下表面的第五微带线与介质板上表面的第三微带线正投影重合，设置在第三微带线的两端的金属化通孔穿过介质板贯穿到第五微带线对应的两端，所述第四微带线的一端与第五微带线的中心连接，第四微带线的另一端与贯穿过第一微带线端部的金属化通孔连接。
2.根据权利要求1所述的适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于所述平面双臂轴向模螺旋结构是通过印刷或蚀刻加工到介质板上。
3.根据权利要求1所述的适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于所述介质板选用介电常数介于1-20之间的材料。
4.根据权利要求1所述的适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于所述RFID标签芯片选用无源的RFID芯片。
5.根据权利要求1所述的适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于所述第二微带线和第四微带线长度相同，长度范围为八分之一个波长到三分之一波长，其中，波长λ＝c/f，为自由空间中的传播速度，f为中心频率，本平面双臂轴向模螺旋天线在周长为一个波长到三分之四个波长，且环绕圈数为至少1/4圈时，可以达到端射的特性。
6.根据权利要求1所述的适用于射频识别标签的平面双臂轴向模螺旋天线，其特征在于所述第一微带线和第三微带线平行，其距离范围为十六分之一个波长到四分之一个波长，本平面双臂轴向模螺旋天线在螺距为四分之一波长，且环绕圈数至少为1/4圈时，可以达到良好的定向辐射效果。
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