CN109962342A - 缝隙天线以及rfid电子标签 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种缝隙天线以及RFID电子标签，其中，缝隙天线包括：开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端；所述缝隙天线上绑定有芯片，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述芯片的输入电阻为预设电阻值。本申请实施例提供的缝隙天线可以在不影响缝隙天线大小的基础上，可以更加灵活、具有更高的灵敏度；且本申请提供的缝隙天线还可以获得较高的增益以及获得更高的阻抗带宽。

Description

缝隙天线以及RFID电子标签

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种缝隙天线以及RFID电子标签。

背景技术

随着射频技术的发展，家畜日历追踪系统中开始普遍使用RFID电子标签。RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)是一种非接触的自动识别技术，它利用射频信号RF(Radio frequency)及其空间耦合和传输特性，实现对静止或者移动物品的自动识别(Automatic Identification Data Capture，AIDC)。

而一般使用RFID电子标签时，大多将RFID电子标签作为耳标贴在牛、猪、羊等牲畜的耳朵上。RFID电子标签的尺寸大小受家畜个体的粘贴部位的大小和粘贴方式紧密相关，如粘贴部位越小耳标越小，RFID电子标签的尺寸越小。例如当牲畜为羊时，使用RFID电子标签比使用在牛身上的RFID电子标尺寸小。

但是RFID电子标签的大小有限所以放射增益有限以及阻抗带宽较窄，狭窄的阻抗带宽对读取距离有巨大的影响。例如设置有dipole天线的电子标签，dipole天线的尺寸越小阻抗带宽越小，且dipole天线的放射增益随着尺寸的减小急剧下降，导致读写距离变短，同时也会导致RFID电子标签的灵敏性较差。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种缝隙天线以及RFID电子标签，用以至少解决现有技术中RFID电子标签的灵敏性较差问题。

本申请实施例提供一种缝隙天线，其包括：开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端；

所述缝隙天线上绑定有芯片，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述芯片的输入电阻为预设电阻值。

可选地，所述芯片绑定在所述开路缝隙上，且所述芯片与所述开路缝隙以及所述环形缝隙的连接点的距离为预设值。

可选地，所述缝隙天线集成在一介质基板上，所述环形缝隙设置在所述介质基板的边沿处。

可选地，所述介质基板为在高低温环境下具有较高耐久性的材质的介质基板，和/或，所述缝隙天线与所述芯片通过引线键合的方式绑定。

可选地，所述开路缝隙设置在所述环形缝隙围成的范围内，和/或，所述开路缝隙包括至少一个弯折部。

本申请实施例还提供一种RFID电子标签，其包括：缝隙天线以及RFID电子芯片，其中，所述缝隙天线包括开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端；

所述RFID电子芯片绑定在所述缝隙天线上，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述RFID电子芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述RFID电子芯片的输入电阻为预设电阻值。

可选地所述RFID电子标签包括固定连接的外壳以及盖板，所述盖板与所述外壳间形成有封闭的空腔，所述空腔用于放置集成有所述缝隙天线以及所述RFID电子芯片的介质基板。

可选地，所述外壳上还包括容置腔，所述盖板上设置有限位孔，所述限位孔与所述容置腔的开口适配；

固定部件穿过所述限位孔部分进入所述容置腔内，所述限位孔用于限制所述固定部件向脱落所述容置腔方向的位移，以将所述RFID电子标签固定在目标物体上。

可选地，所述RFID标签用于固定在牲畜上，对应的，所述容置腔内包括适用于所述牲畜的药剂。

可选地，所述容置腔在未被所述固定部件进入时处于封闭状态，所述容置腔在所述固定部件穿入后解除所述封闭状态，以释放所述药剂。

本申请实施例提供的缝隙天线以及RFID电子标签，缝隙天线可以在不影响缝隙天线大小的基础上，通过改变环形缝隙的环形大小方便地改变缝隙天线的感抗，或者通过改变开路缝隙的长度方便地改变缝隙天线的电阻，使得缝隙天线具有广频域的特性，缝隙天线可以匹配多种芯片的输入阻抗，使得缝隙天线的设计以及与芯片的匹配更加灵活、具有更高的灵敏度；且本申请提供的缝隙天线还可以获得较高的增益以及获得更高的阻抗带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图；

图2A为本申请实施例提供的一种缝隙天线的输入阻抗实数部分曲线图；

图2B为本申请实施例提供的一种缝隙天线的输入阻抗虚数部分曲线图；

图3A为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的剖视图；

图3B为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的一爆炸图；

图3C为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的另一爆炸图；

图4为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的水平面方向图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。当然本申请下述任一实施例可以仅解决上述部分技术问题，并不一定解决上述的全部问题，本申请在此不进行限定。

图1为本申请实施例提供的一种缝隙天线的结构示意图，如图所示，其包括：开路缝隙11以及环形缝隙12。

所述开路缝隙11的一端与所述环形缝隙12连接，所述开路缝隙11的另一端为开路端；

所述缝隙天线上绑定有芯片，所述环形缝隙12的环形大小为第一预设值，以使得所述芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙11的长度为第二预设值，以使得所述芯片的输入电阻为预设电阻值。

本实施例中，如图1所示，环形缝隙12的形状可以为长方形形状，当然，其也可以为正方形、圆形等形状，本实施例在此不进行限定。

本实施例中，可以通过设置环形缝隙12的总长度以及环形缝隙12的形状，从而可以方便控制环形缝隙12的感抗，进而可以方便地与多种芯片进行共轭匹配。

缝隙天线的阻抗由环形缝隙12的长度以及开路缝隙11的长度共同决定，当环形缝隙12的长度一定时，可以通过单独调整开路缝隙11的长度单独调整阻抗。因此，本实施例中，可以通过设置开路缝隙11的长度，从而方便地控制缝隙天线的阻抗，以使得所述芯片的输入电阻为预设电阻值，进而可以方便地控制芯片与缝隙天线的匹配状态。

本申请实施例提供的缝隙天线，可以在不影响缝隙天线大小的基础上，通过改变环形缝隙12的环形大小方便地改变缝隙天线的感抗，或者通过改变开路缝隙11的长度方便地改变缝隙天线的电阻，使得缝隙天线具有广频域的特性，缝隙天线可以匹配多种芯片的输入阻抗，使得缝隙天线的设计以及与芯片的匹配更加灵活、具有更高的灵敏度；且本申请提供的缝隙天线还可以获得较高的增益以及获得更高的阻抗带宽。

本实施例中，通过改变芯片的绑定位置也可以改变芯片与缝隙天线的匹配状态，例如所述芯片绑定在所述开路缝隙11上，且所述芯片与所述开路缝隙11以及所述环形缝隙12的连接点的距离为预设值，从而可以通过预设值可以使得芯片与缝隙天线更加匹配。

本实施例中，如图1所示，所述缝隙天线集成在一介质基板13上，所述环形缝隙12设置在所述介质基板13的边沿处，从而可以使得介质基板13的尺寸最小。

本实施例中，为了进一步减小缝隙天线的尺寸，所述开路缝隙11设置在所述环形缝隙12围成的范围内，使得开路缝隙11的设置不会增加缝隙天线所在基板的尺寸，和/或，所述开路缝隙11包括至少一个弯折部，从而可以减小集成所述缝隙天线的介质基板13的长度。

本实施例中，为了延长缝隙天线的使用时间，提高缝隙天线的耐久性，所述介质基板13可以为在高低温环境下具有较高耐久性的材质的介质基板13，例如PCB材质的基板；和/或，所述缝隙天线与所述芯片通过引线键合(wire bonding)的方式绑定。

图2A为本申请实施例提供的一种缝隙天线的输入阻抗实数部分曲线图；图2B为本申请实施例提供的一种缝隙天线的输入阻抗虚数部分曲线图。图2A的纵坐标为上述的电阻值，作为输入阻抗实数部分，图2B的纵坐标为上述的电感值，作为输入阻抗的虚数部分，单位为Ω，图2A以及图2B中的横坐标均为频率值(frequency)，单位为GHz。

图2A和图2B中显示的曲线图为缝隙天线的环形缝隙以及开路缝隙长度一定时缝隙天线的输入阻抗频率曲线，根据图2A以及图2B可知，当缝隙天线的长度一定时，缝隙天线输入阻抗的实数部分以及虚数部分随着输入波形中心频率的增加而增加。

此外，通过对缝隙天线进行仿真可知，当波形的中心频率为0.92GHz时，输入阻抗的值随缝隙天线的长度变化的变化值较大。通过调整输入阻抗可以在实际绑定芯片时使得芯片与缝隙天线的匹配达到最佳。

图3A为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的剖视图；图3B为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的一爆炸图；图3C为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的另一爆炸图。如图所示，其包括：缝隙天线311以及RFID电子芯片312，其中，所述缝隙天线311包括开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端。

所述RFID电子芯片312绑定在所述缝隙天线311上，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述RFID电子芯片312的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述RFID电子芯片312的输入电阻为预设电阻值。本实施例中的RFID电子标签可以为无源电子标签、有源电子标签、半有源电子标签。

无源(passive)电子标签，内部不带电池，需靠外界提供能量才能正常工作。无源电子标签典型的产生电能的装置是缝隙天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，缝隙天线接收到特定的电磁波，线圈就会产生感应电流，在经过整流并给电容充电。电容电压经过稳压后作为工作电压。

有源(active)电子标签，通过标签自带的内部电池使RFID电子芯片312工作进行供电，它的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。

半有源(semi-passive)电子标签，标签内部的电池只对RFID电子芯片312提供工作供电，标签与读写器的首发信号功能是由缝隙天线产生的能量进行驱动。

此外，本实施例中的RFID电子标签可以使用于UHF频域，通常，UHF频域的RFID电子芯片312具有复数形式的阻抗，这样的阻抗使得缝隙天线的匹配具有更高的难度，而且会减小RFID电子标签的阻抗带宽。普通的RFID电子标签，需要分别根据复数形式阻抗的实数部分以及虚数部分进行共轭匹配，而为了进行共轭匹配，RFID电子芯片312与缝隙天线间需要通过电感耦合。

本实施例提供的RFID电子标签，可以在不影响RFID电子标签大小的基础上，通过改变环形缝隙的环形大小方便地改变缝隙天线的感抗，或者通过改变开路缝隙的长度方便地改变缝隙天线的电阻，使得缝隙天线311具有广频域的特性，缝隙天线可以匹配多种RFID电子芯片312的输入阻抗，从而可以方便缝隙天线311以及RFID电子芯片312进行共轭匹配，使得缝隙天线311的设计以及与RFID电子芯片312的匹配更加灵活；且本申请提供的缝隙天线311还可以获得较高的增益。

缝隙天线的具体设置方式与上述实施例类似，在此不再赘述。

本实施例中，如图3A、图3B、图3C所示，所述RFID电子标签还包括固定连接的壳体32以及盖板33，所述盖板33与所述壳体32间形成有封闭的空腔，所述空腔用于放置集成有所述缝隙天线311以及所述RFID电子芯片312的介质基板。以通过壳体32以及盖板33间的封闭的空腔保护介质基板，从而可以尽量避免物理环境中各种因素对RFID电子标签造成的损坏，例如由于牲畜间存在摩擦、冲突、相互撕咬等情况，导致的RFID电子标签损坏，耳标内的RFID电子芯片312同样也容易被损坏，进而可以在物理环境中坚持更长的时间。

具体地，本实施例中，壳体32上可以设置有第一凹槽321，对应的，在盖板33上也设置有一凸出部围成的第二凹槽(图中未标出)，当盖板33与壳体32固定连接时，凸出部恰好与壳体32上的第一凹槽321配合，从而通过第一凹槽321以及第二凹槽闭合形成封闭的空腔。

具体地，本实施例中，缝隙天线311和RFID电子芯片312可以集成在一PCB板313上，PCB板313在盖板33与壳体32固定连接后被放置在上述的空腔中。

本实施例中，所述壳体32上还包括容置腔322，所述盖板33上设置有限位孔331，所述限位孔331与所述容置腔322的开口适配；固定部件穿过所述限位孔331部分进入所述容置腔322内，所述限位孔331用于限制所述固定部件向脱落所述容置腔322方向的位移，以将所述RFID电子标签固定在目标物体上，固定部件可以为图3A、图3B、图3C中的螺丝34。

具体地，RFID标签可以通过耳标固定在牲畜上，则对应的，固定部件与牲畜的耳部接触，固定部件与牲畜接触部分为主体部分，主体部分的材料可以采用不会导致牲畜感染的材料，如聚氨酯材料等；固定部件上用于贯穿牲畜耳部的端部可以为金属材料，为了方便贯穿，端部可以包括锥形尖端以及设置在锥形尖端靠近主体部分一侧的成螺旋形排列的凹陷，锥形尖端以及螺旋形凹陷相互配合，可以使得尖端部分方便且更加容易贯穿皮肤。

具体地，螺丝34的锥形尖端部分的底面直径大于与其连接的主体部分的直径，使得螺丝34插入容置腔322后可以与限位孔331卡接。

具体地，盖板33上与容置腔322适配的限位孔331可以为弹性材料的限位孔331，从而使得限位孔331可以与多种尺寸的固定部件适配。

本实施例中，在用螺丝34将设置有RFID电子标签的耳标固定在牲畜耳朵上时，电子标签可以与牲畜保持一定距离，从而避免牲畜身体表面的介电常数的变化对RFID电子标签的匹配状态产生影响，进而改善RFID电子标签的读写效果。

本实施例中，所述RFID标签用于固定在牲畜上，对应的，所述容置腔322内包括适用于所述牲畜的药剂35。具体地，所述容置腔322在未被所述固定部件进入时处于封闭状态，所述容置腔322在所述固定部件穿入后解除所述封闭状态，以释放所述药剂35。

本实施例中，容置腔322内可以设置一薄膜使得容置腔322处于封闭状态，在固定部分如螺丝34进入容置腔322内后，螺丝34的尖端部分可以破坏保持封闭状态的薄膜，从而解除封闭状态。当然，在本实施例的其他实现中，也可以是容置腔322内的一部分处于封闭状态，如将装有药剂35的封闭式容器放置在容置腔322内，本实施例在此不进行限定。

图4为本申请实施例提供的一种RFID电子标签的水平面方向图，图4为在中心频率为0.92GHz的前提下，RFID电子标签的缝隙天线随着X-Y平面的方位角phi的变化对应的读取距离测试结果。其中，测试时使用的读卡器为商用ATID便携式读卡器，其功率为28，读卡器的缝隙天线为0dBi的圆极化缝隙天线。

根据图4可知，缝隙天线产生最大放射的区域是phi＝90读和phi＝270°之间的区域，最小放射区域是phi＝0°和phi＝180°的点。缝隙天线的增益最大值约为1.7dBi。

根据上述分析可知，在RFID电子芯片绑定的侧面，RFID电子标签的读取距离最远为50～60cm，而正面方向的最远距离为约40cm。

在高度方向的读取距离与上述分析类似，因此本实施例中，不再对高度角变化时缝隙天线读取距离的分析进行详细说明。

本申请的实施例所提供的装置可通过计算机程序实现。本领域技术人员应该能够理解，上述的单元以及模块划分方式仅是众多划分方式中的一种，如果划分为其他单元或模块或不划分块，只要信息对象的具有上述功能，都应该在本申请的保护范围之内。

本领域的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种缝隙天线，其特征在于，包括：开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端；

所述缝隙天线上绑定有芯片，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述芯片的输入电阻为预设电阻值。

2.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述芯片绑定在所述开路缝隙上，且所述芯片与所述开路缝隙以及所述环形缝隙的连接点的距离为预设值。

3.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述缝隙天线集成在一介质基板上，所述环形缝隙设置在所述介质基板的边沿处。

4.根据权利要求3所述的缝隙天线，其特征在于，所述介质基板为在高低温环境下具有较高耐久性的材质的介质基板，和/或，所述缝隙天线与所述芯片通过引线键合的方式绑定。

5.根据权利要求1所述的缝隙天线，其特征在于，所述开路缝隙设置在所述环形缝隙围成的范围内，和/或，所述开路缝隙包括至少一个弯折部。

6.一种RFID电子标签，其特征在于，包括：缝隙天线以及RFID电子芯片，其中，所述缝隙天线包括开路缝隙以及环形缝隙，所述开路缝隙的一端与所述环形缝隙连接，所述开路缝隙的另一端为开路端；

所述RFID电子芯片绑定在所述缝隙天线上，所述环形缝隙的环形大小为第一预设值，以使得所述RFID电子芯片的输入感抗为预设电感值，和/或，所述开路缝隙的长度为第二预设值，以使得所述RFID电子芯片的输入电阻为预设电阻值。

7.根据权利要求6所述的RFID电子标签，其特征在于，

所述RFID电子标签包括固定连接的外壳以及盖板，所述盖板与所述外壳间形成有封闭的空腔，所述空腔用于放置集成有所述缝隙天线以及所述RFID电子芯片的介质基板。

8.根据权利要求7所述的RFID电子标签，其特征在于，所述外壳上还包括容置腔，所述盖板上设置有限位孔，所述限位孔与所述容置腔的开口适配；

固定部件穿过所述限位孔部分进入所述容置腔内，所述限位孔用于限制所述固定部件向脱落所述容置腔方向的位移，以将所述RFID电子标签固定在目标物体上。

9.根据权利要求8所述的RFID电子标签，其特征在于，所述RFID标签用于固定在牲畜上，对应的，所述容置腔内包括适用于所述牲畜的药剂。

10.根据权利要求9所述的RFID电子标签，其特征在于，所述容置腔在未被所述固定部件进入时处于封闭状态，所述容置腔在所述固定部件穿入后解除所述封闭状态，以释放所述药剂。