CN109273839A - 人体模型环境超高频段射频识别（rfid）标签 - Google Patents

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童美松
张允晶
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Abstract

一种人体模型环境超高频段射频识别标签，涉及电子标签领域，包括天线结构、芯片、基材。该标签天线分为T型匹配环结构以及两个单元的叉指结构。在T型匹配环中直接与芯片相连的支路长度决定了标签天线的阻抗，在T型匹配环的结构基础上引入了叉指结构以增大天线的感性阻抗，同时形成阵列以增加天线的增益增大标签的阅读距离；引入的叉指结构运用了弯折技术实现天线的小型化。与传统的超高频段射频识别标签天线相比，标签可以实现全频段传输信息，可使用与全球不同地区的RFID系统，具有通用性。此外，标签结构尺寸小，介质基板材料为斜纹涤纶织物材料，天线呈现平面结构，使用丝网印刷技术进行制造，可以实现量产，成本低廉。

Description

人体模型环境超高频段射频识别(RFID)标签
技术领域
本发明涉及电子标签，适用于人体模型环境。
背景技术
物联网的发展扩大了自动识别技术的应用范围。现今，越来越多的自动识别技术被应用于生产制造、物流通讯以及军事领域等行业。现今，市场上应用较为广泛的识别技术有条形码、二维码、语音识别、生物特性识别技术等。唯一性和不易被复制性是识别技术的基本要素。相比于其他识别技术，条形码和二维码低廉的价格使得其市场占有率远远高于其他的识别技术。一般的射频识别(RFID) 标签工作电磁环境简单，且频段较窄。
发明内容
本发明目的公开一种标签被应用于人体表面进行识别，其射频识别(RFID) 标签天线可以覆盖全球的超高频段。
本发明的技术方案:
本发明标签包括天线结构、芯片(IC)、基材这几部分。
一、天线部分：
此天线设计依据适用类偶极子原理进行设计的。从结构上可以将该发明标签天线分为两个部分：T型匹配环结构以及两个单元的叉指结构。
在T型匹配环中直接与芯片相连的支路长度决定了标签天线的阻抗，也就是决定了标签的中心频率。由于人体腹部环境的引入会增加天线的容性阻抗以及吸收标签从阅读器接收到的能量。因而，在T型匹配环的结构基础上引入了叉指结构以增大天线的感性阻抗，同时形成阵列以增加天线的增益增大标签的阅读距离。此外，引入的叉指结构运用了弯折技术实现天线的小型化。叉指结构的多支路的特点能够有效地拓展标签的带宽从而在全球范围内都能够应用，实现全频段的性能。根据以上结构，在此基础上对天线的结构进行优化，由此呈现该应用新型的最终结果。
二、介质基板
介质基板为斜纹涤纶织物，厚度为0.175mm。
三、工艺
该工艺使用丝网印刷技术将导电银浆材料印刷至织物材料上，其银浆层厚度约为0.035mm。本发明RFID标签使用QFN封装的ALIEN Higgs-3，其芯片阻抗在频率为915MHz时为27-j200欧姆。
从标签天线的电流分布图可以将T型匹配环工作状态分为差分模式以及共模模式从而得到该部分的等效电路模型。另外使用平行带状导线分析叉指结构得到叉指结构标签天线的等效电路模型。
优选实施例技术方案，为了实现较大的阅读距离，在这里使用了两个单元的叉指结构以提高天线增益，增加系统的阅读距离。
由于天线应用于近人体表面进行数据传输，需要对人体模型进行电磁分析。为了提高仿真精度，这里使用了4阶Cole-Cole模型对人体腹部模型进行分析。得到了人体环境参数。根据仿真结果得到本发明天线的频段覆盖了全球超高频段 (860MHz-960MHz)，实现了全频段。
该发明标签使用了丝网印刷技术，采用导电银浆，将天线印刷在衣物材料上以降低成本。此外，该技术可以有效地实现量产。
为了实现RFID系统所需的频段，该发明标签使用的HFSS仿真软件对天线的结构参数进行优化。根据优化结果得到标签的中心频点主要由T型匹配直接与芯片接触的臂控制的。本实例中主要根据人体不同的环境来调节天线的结构参数从而实现应用的目的。
与现有技术相比，本发明的优点
本发明与传统的超高频段射频识别标签天线相比，标签可以实现全频段传输信息，可使用与全球不同地区的RFID系统，具有通用性。此外，标签结构尺寸小，介质基板材料为斜纹涤纶织物材料，天线呈现平面结构，使用丝网印刷技术进行制造，可以实现量产，成本低廉。
附图说明
图1是本发明标签天线的结构示意图。
图2是本发明标签天线仿真的S参数。
图3是本发明就标签天线应用实例来研究的在915MHz增益大小。
附图标记：斜纹涤纶织物材料1，芯片2，T型匹配环第一结构部分31，T 型匹配环第二结构部分32，T型匹配环第三结构部分33，叉指结构第一结构部分41，叉指结构第二结构部分42，叉指结构第三结构部分43
图2中，主要呈现的是S参数小于3dB的部分，该图表现为标签的工作频段。
图3中：(a)部分主要是频率为915MHz在xoz面上(phi＝0°，theta＝all) 的增益图，(b)图部分主要是频率为915MHz时在yoz面上(phi＝90°，theta＝all) 的增益图，(c)图部分主要是频率为2.4GHz在xoy面上(phi＝all，theta＝90°) 的增益图。
具体实施方式
创新点:本发明与传统的RFID标签天线相比频段覆盖面广，标签的结构尺寸较小，可以实现可穿戴的性能并在人体表面进行有效地通信。此外，标签使用的布匹材料作为介质基板不仅价格低廉而且该天线结构简单，制作成本较低在一定程度上能够实现量产。
方案的具体实施方案
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。在这些附图中是简化的示意图，仅以示意的方式对本发明在结构上作简要的说明，此外也可以在本发明的基础上增加一些部分结构，例如增加叉指结构单元数。此外本发明的应用不仅限于人体腹部模型电磁环境，还可以通过优化一些标签天线结构参数来应用于其他环境中，如物流、医疗、健康等行业。
(实施例)
标签天线介质材料为斜纹涤纶织物材料，其厚度为0.175mm，导电银浆厚度约为0.035mm，该标签使用的芯片为QFN封装的ALIEN Higgs-3，此芯片在915MHz 时阻抗为27-j200欧姆。
首先根据标签使用的芯片阻抗确定天线的阻抗参数值，采用T型匹配环经典结构实现标签在频率为915MHz时与标签芯片阻抗达到粗匹配。
在根据标签天线初步仿真结果得到天线在915MHz的阻抗特性对天线结构参数进行调整从而得到该发明的最终结构。
此外，还可以根据以上类似的设计过程来设计应用与其他环境中的标签天线，并将其应用于该环境中。

Claims (1)

1.一种人体模型环境超高频段射频识别标签，其特征在于，包括天线结构、芯片(IC)、基材；
从结构上将该标签天线分为两个部分：T型匹配环结构以及两个单元的叉指结构；在T型匹配环中直接与芯片相连的支路长度决定了标签天线的阻抗，在T型匹配环的结构基础上引入了叉指结构以增大天线的感性阻抗，同时形成阵列以增加天线的增益增大标签的阅读距离；引入的叉指结构运用了弯折技术实现天线的小型化；
所述介质基板为斜纹涤纶织物，厚度为0.175mm；
使用丝网印刷技术将导电银浆材料印刷至织物材料上，其银浆层厚度为0.035mm；芯片使用QFN封装的ALIEN Higgs-3，其芯片阻抗在频率为915MHz时为27-j200欧姆。
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