CN108565550A - 一种镂空型偶极子天线及织物基uhf rfid标签 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种织物基UHF RFID标签的镂空型偶极子天线，其沿着偶极子天线的每个臂的中心线形成镂空区域。本发明还涉及一种织物基UHF RFID标签，包括基底，所述基底为织物，采用丝网印刷的方式将导电油墨印制在基底上形成上述的镂空型偶极子天线，所述镂空型偶极子天线与芯片相连。本发明使导电油墨与织物良好结合，达到优化减墨、小尺寸且大范围读取的目的。

Description

一种镂空型偶极子天线及织物基UHF RFID标签
技术领域
本发明涉及一种偶极子天线，特别是涉及一种镂空型偶极子天线及织物基UHFRFID标签。
背景技术
印刷射频识别(RFID)技术是物品级标签和跟踪应用的关键。与传统的铜蚀刻工艺制作RFID标签相比，印刷RFID标签的生产工艺更简单、经济、环保。通过利用诸如喷墨印刷或丝网印刷的低成本印刷技术，可以高效地形成具有预设平面结构的印刷RFID标签天线，使得导电油墨仅被印刷在预期区域上。尽管如此，由于导电油墨材料的低电导率特性和相对较高的价格，以及面临的成本局限，对RFID技术在纺织服装等日用低价单品级管理领域的应用存在挑战。现在用于纺织服装领域的UHF RFID标签相对成本较高，阻碍其在纺织服装领域的进一步应用。一般而言，成本效益良好的印刷RFID标签天线设计应使印刷设计的标签天线结构所需的导电油墨量最小化，且而所生产的RFID标签仍实现良好的读取范围。
一个基本的RFID印刷标签由芯片、天线和支撑材料组成。芯片和导电油墨决定了印刷标签主要成本。在芯片成本和导电油墨价格居高不下的情况下，减少导电油墨用量是唯一选择。近年来，许多研究人员已经提出了各种印刷的RFID标签天线设计，其需要较少的导电油墨来生产。在文献[Reduced Amount of Conductive Ink with Gridded PrintedAntennas,5th International Conference on Polymers and Adhesives onMicroelectronics and Photonics,2005,pp.86-89]中，采用了一种网格模式，用于带有较大导电区域的天线结构，如尖端偶极子天线，但在小型标签天线上形成网格图案会大大降低天线性能；在文献[Passive UHF inkjet-printed narrow-line RFIDtags.IEEEAntennas Wireless Propag.Lett.,2010,9:440–443]中，提出了一种窄线RFID偶极子天线结构，但是由此产生的标签设计仅具有低天线增益和低读取范围性能；在文献[RF Design for Inkjet Technology:Antenna Geometries and Layer ThicknessOptimization,IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters,2012,11:188-191]中，提出采用变厚度印刷导电油墨，天线不同区域导电层的厚度被选择性地优化，这种方法产生相当好的结果，然而制定导电层厚度可水平变化的重印过程相当复杂和耗时。
中国专利(专利公开号：CN106650896A)《一种服装电子标签及其制作方法》中通过在织唛上采用热压的方法来制作标签天线，采用的是弯折型偶极子，油墨消耗量较大。中国专利(专利公开号:CN105260765A)《基于丝网印制的水洗唛UHF频段的RFID标签》，应用丝网印刷在织唛上印刷T-Match天线，尽管是T匹配的直线偶极子天线结构，标签的尺寸较大，印刷油墨消耗量大。
因此，现有RFID标签天线技术的问题是导电油墨的消耗量较大，或者降低油墨用量的技术仅适合标签天线导体区域尺寸较大的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种镂空型偶极子天线及织物基UHF RFID标签，使导电油墨与织物良好结合，达到优化减墨、小尺寸且大范围读取的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物基UHF RFID标签的镂空型偶极子天线，沿着偶极子天线的每个臂的中心线形成镂空区域。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种织物基UHF RFID标签，包括基底，所述基底为织物，采用丝网印刷的方式将导电油墨印制在基底上形成如权利要求1所述的镂空型偶极子天线，所述镂空型偶极子天线与芯片相连。
所述织物为高密织物。
所述导电油墨为导电银墨。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明应用标签天线的电流分布原理，对应用于超高频RFID标签的直线型偶极子天线进行优化镂空设计，得到读取距离相当、印刷油墨消耗量低的新型镂空型偶极子天线。所设计的标签天线使RFID标签的读取范围性能下降不足7％，但它需要的油墨消耗量减少了近50％。并且，提出的设计原理被应用于弯折偶极子天线的优化镂空设计，证实了本发明的设计原理推广应用潜力。
附图说明
图1是现有技术中偶极子天线结构示意图；
图2是现有技术中0.36λ直型偶极子天线的电流密度分布图；
图3是本发明的直型镂空偶极子天线结构示意图；
图4是本发明的0.36λ直型镂空偶极子天线的电流密度分布图；
图5是本发明的0.36λ直型镂空偶极子天线的读取距离和导电油墨用量随优化设计后的镂空宽度变化图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种织物基UHF RFID标签的镂空型偶极子天线，沿着偶极子天线的每个臂的中心线形成镂空区域。其可以大大减少导电油墨消耗量，同时保持较远读取范围和标签的小尺寸、柔软性、耐用性和美观性。
所述镂空偶极子天线是本发明的关键。直线型和曲折型偶极子天线设计已被广泛使用。曲折的偶极子天线的臂不是长直的手臂而是来回弯曲，使得RFID标签的长度变短。而且，弯曲的天线臂可以有效地足够长以产生与直偶极天线相似的天线增益。作为例子，典型结构如图1所示，比较了具有不同天线尺寸和曲折偶极天线设计的两个简单的直线偶极天线设计。根据理论计算，在UHF范围内，长0.36λ的直线偶极子天线设计可以达到约7m的读取范围，而较短的0.25λ直线偶极天线设计只能达到3m的读取范围。相反，标签长度为0.25λ的曲折偶极子天线设计的读取范围约为5.3m，明显大于0.25λ直线偶极天线设计的读取范围。尽管如此，标准的曲折偶极子天线设计应该重新设计，使得标签天线不仅具有较短的整体标签长度，而且还需要较少的导电墨水。
就标签天线的传输增益和效率而言，感应电流在天线中的分布起决定因素。应用电磁场和天线理论，对上述三种标签天线进行计算，直线型偶极子天线结构的表面电流密度分布如图2所示。从图2可以注意到，沿着完全填充天线中心线的电流密度相对较小，即这些区域对标签天线性能影响较小。因此，根据理论计算修改设计理念，可以沿印刷偶极子臂的中心线，即在电流密度分布较低的区域引入狭窄的镂空区域，减少导电油墨用量，而这对天线辐射性能几乎没有影响。
基于图2的电流分布规律，对相应偶极子天线进行镂空设计，得到如图3所示镂空偶极子天线。同样，基于理论仿真计算，得到镂空偶极子天线的电流密度分布，如图4所示。对比从图2和图4可以观察到，相比于传统偶极天线，所提出的镂空偶极子天线的同相电流密度沿着天线臂的边缘更高，显然达到设计预期目标。这种效果产生的原因可能是，沿着边缘区域的同相电流密度增加的效应可以很好地补偿镂空区域的影响。
图5给出了天线增益和读取范围作为Wspace/W的函数的变化趋势。传统的全手臂天线设计对应于Wspace/W≠0的情况。就0.36λ直接偶极子天线设计来看，沿着直偶极子天线的臂放大空区域会减小天线增益并增加反射系数。类似地，就0.25λ弯折偶极子天线而言，当未填充区域变宽时，读取范围结果较差。
由此可见，本发明所提出的镂空偶极子天线设计，当天线臂图形未填充区域和总体宽度之比为0.6时，0.36λ直接偶极子天线的读取距离为6.5m，比传统的0.36λ满臂的直接偶极天线的读取距离仅短0.5m，实现了近40％的墨水减少，而读取范围仅比传统的0.36λ直线偶极天线设计短7％。同样原理应用于0.25λ曲折偶极子天线，0.25λ曲折镂空偶极子天线的读取距离为5.27m，比传统的0.25λ曲折偶极子天线的读取距离仅短0.36m，但所提出的设计减少46％的导电油墨用量，而读取范围仅比传统的0.25λ曲折偶极子天线设计短6％。
本发明还涉及一种织物基UHF RFID标签，包括基底，所述基底为织物，采用丝网印刷的方式将导电油墨印制在基底上形成上述的镂空型偶极子天线，所述镂空型偶极子天线与芯片相连。所述织物为高密织物，所述高密织物是指织物中经纬纱的密度超过200根/平方英寸以上的产品。所述导电油墨为导电银墨。
不难发现，本发明应用标签天线的电流分布原理，对应用于超高频RFID标签的直线型偶极子天线进行优化镂空设计，得到读取距离相当、印刷油墨消耗量低的新型镂空直线型偶极子天线。所设计的标签天线使RFID标签的读取范围性能下降不足7％，但它需要的油墨消耗量减少了近50％。并且，提出的设计原理被应用于弯折偶极子天线的优化镂空设计，证实了本发明的设计原理推广应用潜力。

Claims (4)

1.一种镂空型偶极子天线，其特征在于，沿着偶极子天线的每个臂的中心线形成镂空区域。
2.一种织物基UHF RFID标签，其特征在于，包括基底，所述基底为织物，采用丝网印刷的方式将导电油墨印制在基底上形成如权利要求1所述的镂空型偶极子天线，所述镂空型偶极子天线与芯片相连。
3.根据权利要求1所述的织物基UHF RFID标签，其特征在于，所述织物为高密织物。
4.根据权利要求1所述的织物基UHF RFID标签，其特征在于，所述导电油墨为导电银墨。
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