CN107230820A - 一种t型匹配阻抗结构的超高频rfid标签天线 - Google Patents
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Abstract
本发明研发了一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，涉及RFID射频识别领域。本发明所述的天线通过设计T型匹配（T‑Match）阻抗结构的尺寸大小，能够与所述的折叠偶极子实现阻抗匹配，所述的T型匹配（T‑Match）阻抗模块为两对称L型组成，两个L型均为长11.5毫米、高5毫米、宽度均为1.5毫米，所述的T型匹配（T‑Match）阻抗结构对天线口径面内的幅度分布易于控制，口径面利用率高，体积小，易于实现低副瓣或极低副瓣。本发明所述的超高频RFID天线结构简单牢固，馈电方便，适合批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及射频识别RFID领域，具体涉及一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线。
背景技术
超高频射频识别（UHF RFID）技术是国际上最先进的第四代自动识别技术，是近几年刚刚开始兴起并得到迅速推广应用的一门新技术，它具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料、运用范围广等特点。它是为实现数字化、信息化而对物体的属性、状态、编号等特征数据进行自动采集所推出的一种全新管理手段，可广泛应用于人员、动物或物品等方面的身份自动识别。因此当前超高频射频识别（UHF RFID）技术的发展是射频识别技术发展的重点。
典型的超高频射频识别（UHF RFID）系统包括标签、读写器和应用系统。其中标签由标签天线和标签芯片组成。标签天线主要用于接收读写器发射过来的射频信号并将其转化为能量，获得的能量为标签芯片供电。在超高频射频识别（UHF RFID）系统中，标签天线质量的好坏直接关系到整个系统的性能，因此良好的UHFRFID标签天线设计是非常重要的。在电子标签领域中根据应用环境不同，对标签天线的要求也不同，所以设计出适用于不同应用环境的天线也成为一个重要课题。
当前我国超高频电子标签工作频率为860MHz～960MHz，采用的工作方式为电磁波传播耦合。读写器天线为标签提供射频能量，标签天线接收射频能量并将标签的电子编码信息通过反向散射调制的方式发送给读写器。标签工作在读写器天线的远场，最大读取距离一般大于1m，典型值为3～8m，最大可达10m。可见读写距离主要由标签天线反向散射信号的功率强度决定。标签天线设计的挑战主要有3个方面：标签天线较小的外形尺寸；天线增益，即在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度随外界改变；标签芯片和标签天线之间的阻抗匹配，影响功率最大化传输。
目前，一些标签天线为了克服外形尺寸极大的限制了匹配网络的设计，对标签天线输入电抗的提升不够，不能与RFID标签芯片的高容性电抗和低电阻输出阻抗形成共轭匹配，降低天线的增益问题，设计 V 型偶极天线、倒F 型天线或分形天线等。这些天线的轮廓外形大都是半波振子的变形，长度大约为波长的一半，很难完全实现阻抗匹配，且其带宽狭窄，难于集成。针对上上述存在的问题，本发明提供了一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线。
发明内容
本发明研发了一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线。该天线通过改变T型匹配（T-Match）阻抗结构的尺寸大小，能够很好的实现阻抗匹配，结构简单牢固，馈电方便，适合批量生产。
本发明的技术方案是：
一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，包括折叠偶极子、T型匹配（T-Match）阻抗模块、馈电端口、衬底。
所述的折叠偶极子总长78毫米、上下弧形的半径均为2毫米，中间横部长30毫米，所述的折叠偶极子天线增益达到2.2dbi。
所述的T型匹配（T-Match）阻抗模块为两对称L型组成，两个L型均为长11.5毫米、高5毫米、宽度均为1.5毫米，厚度为0.035毫米。
所述的馈电端口设置集总端口激励（lumped port），端口设置在系统内部，馈电端口用来放置芯片，进行倒封装工艺或绑定工艺，芯片与天线连接。
所述的衬底采用FR-4材料，长为89毫米、宽12毫米、厚度1.6毫米。
附图说明
图1为本发明的结构图。
a折叠偶极子、b T型匹配（T-Match）阻抗模块、c馈电端口、d衬底。
具体实施方式
下面结合图一对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线包含a折叠偶极子、b T型匹配（T-Match）阻抗模块、c馈电端口、d衬底。
如图1所示，先设计折叠偶极子a，折叠偶极子a为左右对称结构，a1部长9mm，宽度2mm；a2部长4mm，宽度1.3mm；a3部长7mm，宽度1.3mm；a4半弧部半径2mm，宽度1.3mm；a5部长4mm, 宽度1.3mm；a6长30mm、宽度1.3mm，材料为铜，铜厚0.035mm，采用该尺寸，天线的增益能达到2.2dbi。
如图1所示，根据折叠偶极子a确定T型阻抗匹配（T-Match）模块b，T型匹配（T-Match）b为左右对称结构，左侧结构为'L'型，两个L型均为长11.5mm、高5mm、宽度均为1.5mm。T型阻抗匹配（T-Match）模块b与馈电端口c形成辐射模型特性，芯片贴在矩形馈电端口c开口处进行有效地传输信号能量，将天线接收到的信号以最小的损耗传送到芯片端。同时芯片能控制T-Match折叠偶极子a，反射接收到的信号，能满足高感性电抗的要求，能对匹配网络进行适当改进，增加天线与芯片的匹配程度。
如图1所示设置馈电点c的位置选在T型阻抗匹配（T-Match）模块b中间，长1mm、宽1.5mm，根据本标签仿真，馈电端口c激励的设置采用集总端口激励（lumped port）方式。集总端口激励（lumped port）的激励以电压或电流的形式，加在一个点或单元上，端口边缘没有与导体或其他端口相接触的部分，默认边界条件是理想磁边界，因此不存在电场耦合到波端口边缘影响传输线特性的问题。对于本模型需要设置积分线或终端线，同时在激励端口中用户可根据天线特性设定端口阻抗，本标签天线电阻为38.4 ，电抗为293.7 。完成本标签天线制作后可将标签芯片焊接到标签馈电端口c中，形成标签。
如图1所示，衬底d充当介质,长为89mm宽12mm厚度1.6mm，采用FR4材料，本天线的衬底采用的是FR4材质，相对空气介电常数4.4～4.6，介电损耗正切为0.02。根据天线原理可得，λ为自由空间的波长，λg为天线上的波长，εr为介质衬底的相对介电常数，λg=λ/，由公式可知，天线的尺寸大小跟λg正相关，故选择合适的衬底可以有效的缩小天线的尺寸。
电子标签天线使用在UHF频段内，当前我国超高频电子标签工作覆盖频率范围为860MHz～960MHz，设置本发明电子标签天线其谐振频率为915MHz。设计的缝隙天线在中心频率915MHz时，其天线信号端口回波损耗达到了最小值-58db，在860M~960M的频率范围内，反射系数都小于-20dbm，天线接受到的能量99%的能量能传递到芯片，在915M的频率下，天线接受到的能量，99.85%能传递到芯片。
本发明所述的标签天线最大增益为2.2dBi,芯片连接上天线能与读写器（功率30dbm,天线8dBi）通讯，通讯距离达到10m。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，包括折叠偶极子、T型匹配（T-Match）阻抗模块、馈电端口、衬底。
2.根据权利要求1所述的一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，其特征在于，所述的折叠偶极子总长78毫米、上下弧形的半径均为2毫米，中间横部长30毫米，所述的折叠偶极子天线增益达到2.2dbi。
3.根据权利要求1所述的一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，其特征在于，所述的T型匹配（T-Match）阻抗模块为两对称L型组成，两个L型均为长11.5毫米、高5毫米、宽度均为1.5毫米，厚度0.035毫米。
4.根据权利要求1所述的一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，其特征在于，所述的馈电端口设置集总端口激励（lumped port），端口设置在系统内部，馈电端口用来放置芯片，进行倒封装工艺或绑定工艺，芯片与天线连接。
5.根据权利要求1所述的一种T型匹配阻抗结构的超高频RFID标签天线，其特征在于，所述的衬底采用FR-4材料，长为89毫米、宽12毫米、厚度1.6毫米。
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|---|---|---|---|---|
| CN109273839A (zh) * | 2018-09-06 | 2019-01-25 | 同济大学 | 人体模型环境超高频段射频识别（rfid）标签 |
| CN110175667A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-27 | 北京宏诚创新科技有限公司 | 一种用于液态生化材料管理的射频标签 |
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| CN105514599A (zh) * | 2016-01-27 | 2016-04-20 | 南京聚普电子科技有限公司 | 一种超高频电子标签天线 |
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2017
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