CN111209996A - 电子标签 - Google Patents

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CN111209996A CN202010324498.2A CN202010324498A CN111209996A CN 111209996 A CN111209996 A CN 111209996A CN 202010324498 A CN202010324498 A CN 202010324498A CN 111209996 A CN111209996 A CN 111209996A
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赵军伟
金学明
王文赫
杜鹃
刘俊杰
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State Grid Information and Telecommunication Co Ltd
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State Grid Information and Telecommunication Co Ltd
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Abstract

本发明涉及无线射频识别技术领域，提供一种电子标签，包括：基板、缝隙天线和RFID芯片；所述RFID芯片设置于所述基板的中心位置；所述缝隙天线印刷于所述基板上，且缝隙天线与所述RFID芯片导电连接；所述缝隙天线包括两个分别设置于RFID芯片上下两侧的第一开槽；所述缝隙天线的等效长度为1.5λ～2λ，其中，λ为缝隙天线的波长。本发明提供的电子标签，具有稳定的性能，且具有两个主辐射方向，能够解决现有的电子标签在无人机巡检过程中很难被读写器识读的技术问题。

Description

电子标签
技术领域
本发明涉及无线射频识别技术领域，特别涉及一种电子标签。
背景技术
配电杆塔是一种常见的电力杆塔，在实际应用中，杆塔是否倾斜、杆塔上的绝缘端子是否有裂纹等都关系着配电网络的安全，因此需要对配电杆塔进行巡检。在以往的巡检工作中，巡检人员需要手工记录巡检杆塔及其对应的巡检结果，对于绝缘端子等位置较高的设备还需要进行爬杆操作，显然，对于巡检人员来说，这种操作方式费时费力且存在安全隐患。
为解决上述问题，目前采用了电子标签与无人机相结合的巡检方式——在配电杆塔表面贴上电子标签，无人机携带巡检系统和电子标签读写器，自动将配电杆塔编号及其对应的巡检结果发送回监控中心。图1为现有电子标签的平面辐射方向图，其中，r1为现有电子标签的辐射主方向。由于现有的电子标签的主辐射方向垂直于电子标签表面，而无人机在飞行过程中，其携带的读写器很难正对电子标签，从而导致其很难识读到电子标签信息。此外，配电杆塔内部的金属部件会对电子标签的性能产生影响，进而也会影响对电子标签的识读。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电子标签，具有稳定的性能，且具有多个辐射方向，能够解决现有的电子标签在无人机巡检过程中很难被读写器识读的技术问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电子标签，包括：基板、缝隙天线和RFID芯片；所述RFID芯片设置于所述基板的中心位置；所述缝隙天线印刷于所述基板上，且缝隙天线与所述RFID芯片导电连接；所述缝隙天线包括两个分别设置于所述RFID芯片上下两侧的第一开槽；所述缝隙天线的等效长度为1.5λ～2λ，其中，λ为缝隙天线的波长。
优选地，两个所述第一开槽以所述缝隙天线的横向中心轴线镜像对称。
进一步地，所述缝隙天线的两端还分别设有第二开槽，且两个第二开槽以所述缝隙天线的纵向中心轴线镜像对称。
进一步地，所述第二开槽中还设置有导电贴片；所述导电贴片的形状由所述第二开槽等比缩小获得。
优选地，所述导电贴片的尺寸为所述第二开槽的尺寸的0.6～1倍。
优选地，所述第二开槽为三角形。
优选地，所述第二开槽为三角齿形。
优选地，所述缝隙天线通过导电胶与所述RFID芯片导电连接。
优选地，所述缝隙天线通过焊锡的方式与所述RFID芯片导电连接。
优选地，所述基板和所述缝隙天线均为矩形。
本发明提供的电子标签，改变了现有电子标签天线的等效长度，使该等效长度增加至天线波长的1.5～2倍，实现了天线辐射方向的波瓣分裂及辐射方向的多样性。同时，采用缝隙天线来解决电子标签附近的金属部件对电子标签性能的影响，提高电子标签的适应性。可见，本发明提供的电子标签，具有稳定的性能，且具有两个主辐射方向，能够解决现有的电子标签在无人机巡检过程中很难被读写器识读的技术问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有电子标签的平面辐射方向图；
图2为本发明实施例一的电子标签的结构示意图；
图3为本发明实施例二的电子标签的结构示意图；
图4为本发明实施例三的电子标签的结构示意图；
图5为本发明实施例四的电子标签的结构示意图；
图6为本发明实施例四的电子标签的平面辐射方向图。
附图标记说明
1 -基板 2 -缝隙天线 3 - RFID芯片
21,22 - 缝隙天线的两个开槽，即第一开槽21,22
23,24 - 缝隙天线的两个开槽，即第二开槽23,24
41,42 - 导电贴片 。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
现有的RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）电子标签具有三种天线结构，分别为偶极子天线、微带天线和缝隙天线。其中，缝隙天线可等效为与其在同一平面内垂直的同等结构上互补的偶极子天线。
现有的RFID电子标签天线一般采用半波辐射形式，其中，偶极子标签天线的等效长度为λ/2，微带天线辐射面的长度为λ/2，缝隙天线的等效长度为λ/2。在上述情况下，电子标签的辐射主方向一般垂直于标签表面。
本发明为了满足主双辐射方向的要求，增加了电子标签天线的等效长度，配合实际的应用环境，实现电子标签主辐射方向的多向性。同时，本发明采用缝隙天线的形式，方便电子标签在附近有金属部件的情况下的应用。本发明中所说的“附近有金属部件的情况下”，指的是电子标签与金属部件之间具有一定的间距，而不是直接将电子标签贴在金属部件表面。此外，本发明还在缝隙天线的两端进行开槽以提升电子标签的适应性，电子标签与金属部件的距离不同时其性能也不会发生太大变化。同时，为了增加电子标签在不同的介电常数物品表面的适应性，在开槽的位置补充一个同挖去的部分等比缩小的导体，通过缝隙的耦合来提升标签的适应性。
下面对本发明的各个实施例的结构进行详细描述：
实施例一
图2为本发明实施例一的电子标签的结构示意图，包括：基板1、缝隙天线2和RFID芯片3，该RFID芯片3设置于基板1的中心位置。缝隙天线2印刷于基板1上，且缝隙天线2与所述RFID芯片3导电连接。缝隙天线2包括两个分别设置于RFID芯片3上下两侧的第一开槽21,22。且缝隙天线2的等效长度为1.5λ～2λ，其中，λ为缝隙天线2的波长。
对于缝隙天线2的等效长度（即天线有效长度）与实际缝隙长度的关系，常规的有， 实际缝隙长度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
即为天线有效长度，k为可以配置的常数系数（通常取2），
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为实际 天线上长度增量；
天线有效长度
Figure 341656DEST_PATH_IMAGE003
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
是天线的目标设计频率，构造天线时是必然已知的，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为真空中磁导率，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为 真空中介电常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为通过天线基底材料计算得到的有效介电常数；
有效介电常数
Figure 835960DEST_PATH_IMAGE009
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为天线基底材料的高度（基底面与本纸面平行摆放情况下），
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为缝隙天线的 缝宽，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为天线基底材料的介电常数；
实际天线上长度增量
Figure 271489DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 604382DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 808967DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 162588DEST_PATH_IMAGE011
与前述定义一致；
对于本发明实施例的天线有效长度
Figure 695201DEST_PATH_IMAGE003
，则还有：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是天线的波长，若只考虑TE10模式且天线是长方体，天线的波长
Figure 831784DEST_PATH_IMAGE016
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为与自由空间中天线的目标设计频率
Figure 687613DEST_PATH_IMAGE006
对应的波长，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为长方体长宽高中值 最大的一个。
本实施例中，所述第一开槽21,22以缝隙天线2的横向中心轴线镜像对称。优选地，本实施例中的基板1和缝隙天线2均为矩形。在实际应用中，基板1也可以根据实际需求设计成圆形、椭圆形等其它合适的形状，同样地，缝隙天线2也可以根据实际需求设计成圆形、椭圆形等其它合适的形状，本实施例对此不作具体的限定。
优选地，缝隙天线2通过导电胶或焊锡的方式与RFID芯片导电连接。当然，缝隙天线2也可以通过金铝线绑定等其它方式与RFID芯片连接，本实施例对此不作具体的限定。
由于普通的偶极子天线电子标签粘贴在金属表面或者位于金属部件附近时，受金属部件上产生的镜像电流的影响，电子标签的性能会极大地削弱，甚至会出现标签无法被识别的情况。而缝隙天线具备一定的抗金属性，其位于金属附近时受到金属的影响相对较小，且在一定的角度上其性能甚至会得到增强。因此，本实施例采用缝隙天线来提升电子标签的性能。
实施例一提供的电子标签，改变了现有电子标签天线的等效长度，使该等效长度增加至天线波长的1.5～2倍，实现了天线辐射方向的波瓣分裂及辐射方向的多样性。同时，采用缝隙天线来解决电子标签附近的金属部件对电子标签性能的影响，提高电子标签的适应性。
实施例二
图3为本发明实施例二的电子标签的结构示意图。实施例二在实施例一的基础上在缝隙天线的两端增加了第二开槽，以提高电子标签的适应性。
具体地，缝隙天线2的两端还分别设有第二开槽23,24，且第二开槽23,24以缝隙天线2的纵向中心轴线镜像对称。
本实施例中，第二开槽23,24优选为三角形。
由于在缝隙天线的两端开槽，相当于增加了缝隙天线的有效电长度，使得缝隙天线对金属干扰的灵敏度下降，因此可以提升电子标签的适应性和稳定性。
实施例三
图4为本发明实施例三的电子标签的结构示意图。实施例三在实施例二的基础上，在第二开槽中增加了导电贴片，以进一步提高电子标签的适应性。
具体地，三角形第二开槽23,24中还设置有三角形导电贴片41,42，该导电贴片41,42的形状由第二开槽23,24等比缩小获得，即两个导电贴片为自相似结构。自相似结构是分形天线的一种，而分形天线又是超宽带天线的一种，因此两个导电贴片可以拓展缝隙天线的带宽，从而能够提升电子标签的适应性。
上述等比缩小的尺寸范围视缝隙天线具体的尺寸而定，本实施例中，导电贴片41,42的尺寸为所述第二开槽23,24的尺寸的0.6～1倍。导电贴片41,42的尺寸的实际数值需要根据实际缝隙天线的阻抗进行调试，并需要兼顾天线加工的工艺精度。导电贴片41,42与缝隙天线位于同一平面。增加导电贴片41,42后，导电贴片41,42与缝隙天线之间通过耦合在导电贴片41,42表面产生耦合电流，该耦合电流与元电流方向相反，起到延缓电流变化的作用，可以在一定程度上拓展缝隙天线2的带宽，从而进一步提升电子标签的适应性。
实施例四
图5为本发明实施例四的电子标签的结构示意图。实施例四在实施例三的基础上，将第二开槽23,24设置为三角齿形，以进一步增加导电贴片41,42与缝隙天线之间的间隔缝隙面积，从而进一步提升电子标签的适应性。
需要说明的是，实施例二中第二开槽23,24的形状与实施例四中第二开槽23,24的形状也可以根据实际需求设计为圆形、梯形、椭圆形和多边形等其它合适的形状，本发明实施例对此不作具体的限定。
由于配电杆塔内部含有钢筋，能够形成类似于金属反射的反射面，因此，当本实施例的电子标签粘贴于配电杆塔表面时，能够将辐射能量集中，且受配电杆塔的材质——水泥的介电常数的影响，最终的平面辐射方向图如图6所示。在图6中，r2为本实施例的电子标签的辐射主方向，可见，由于增加了缝隙天线的等效长度，使其从现有的0.5λ增加至1.5λ～2λ，其辐射方向增加为2个。将本实施例的电子标签粘贴至配电杆塔表面时，上述2个辐射方向与配电杆塔的夹角大约为25°。在无人机进行巡检时，无人机位于该角度上即可读取电子标签的信息，使得对电子标签的读取变得更加容易。在实际应用中，可根据实际情况设置缝隙天线的等效长度，并可根据实际环境实现电子标签辐射方向的多方向性。
本发明提供的电子标签，改变了现有电子标签天线的等效长度，使该等效长度增加至天线波长的1.5～2倍，实现了天线辐射方向的波瓣分裂及辐射方向的多样性。同时，采用缝隙天线来解决电子标签附近的金属部件对电子标签性能的影响，提高电子标签的适应性。此外，本发明还在缝隙天线两端的第二开槽中设置了与第二开槽形状相同的导电贴片，来进一步提高电子标签的适应性。可见，本发明提供的电子标签，具有稳定的性能，且具有两个主辐射方向，能够解决现有的电子标签在无人机巡检过程中很难被读写器识读的技术问题。
本发明不仅能应用于无人机巡检时对电子标签的读取，而且在进行人工巡检时，工作人员也可手持读写器对本发明的电子标签进行读取，同样，手持读写器的位置不需要正对电子标签，因此，本发明能够同时满足无人机巡检和人工巡检的要求。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。上述各种可能的组合方式，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种电子标签，其特征在于，包括：基板（1）、缝隙天线（2）和RFID芯片（3）；所述RFID芯片（3）设置于所述基板（1）的中心位置；所述缝隙天线（2）印刷于所述基板（1）上，且所述缝隙天线（2）与所述RFID芯片（3）导电连接；所述缝隙天线（2）包括两个分别设置于所述RFID芯片（3）上下两侧的第一开槽（21,22）；所述缝隙天线（2）的两端还分别设有第二开槽（23,24），所述第二开槽（23,24）中还设置有导电贴片（41,42），所述导电贴片（41,42）与所述缝隙天线（2）有间隔缝隙；所述缝隙天线（2）的等效长度为1.5λ～2λ，其中，λ为缝隙天线（2）的波长。
2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，两个所述第一开槽（21,22）以所述缝隙天线（2）的横向中心轴线镜像对称。
3.根据权利要求1或2所述的电子标签，其特征在于，两个第二开槽（23,24）以所述缝隙天线（2）的纵向中心轴线镜像对称。
4.根据权利要求3所述的电子标签，其特征在于，所述导电贴片（41,42）的形状由所述第二开槽（23,24）等比缩小获得。
5.根据权利要求4所述的电子标签，其特征在于，所述导电贴片（41,42）的尺寸为所述第二开槽（23,24）的尺寸的0.6～1倍。
6.根据权利要求3所述的电子标签，其特征在于，所述第二开槽（23,24）为三角形。
7.根据权利要求3所述的电子标签，其特征在于，所述第二开槽（23,24）为三角齿形。
8.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述缝隙天线（2）通过导电胶与所述RFID芯片（3）导电连接。
9.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述缝隙天线（2）通过焊锡的方式与所述RFID芯片（3）导电连接。
10.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述基板（1）和所述缝隙天线（2）均为矩形。
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