CN111211399B - 一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线 - Google Patents

一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线 Download PDF

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Abstract

一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线，涉及超高频射频识别技术领域。所述超高频电子标签天线为半环形结构，紧贴于石油管套壁之上，包括介质基板，位于介质基板上表面的贴片结构和标签芯片，位于介质基板下表面的金属底板；所述贴片结构为轴对称结构，包括半环形的辐射体和带开口的馈电环，所述辐射体的左侧和右侧设置数量相同的多个矩形槽，所述带开口的馈电环位于贴片结构的中间位置，所述标签芯片位于馈电环的开口位置，所述金属底板完全覆盖介质基板下表面。本发明超高频电子标签天线具有良好的抗金属特性，加工简单，成本低廉，增益高，可读距离远，带宽较大，可以很好地应用于设计频段。

Description

一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线
技术领域
本发明涉及超高频射频识别(UHF RFID)技术领域，具体涉及一种共形于石油管套壁的采用平面倒F天线(PIFA)结构的抗金属标签天线。
背景技术
目前，对于石油专用管材的管理方式多为手写，这种工作方式不仅工作量大、效率低下，且在大量的数据面前，工作人员不可避免地会出现差错和遗忘。基于RFID技术的管道管理系统可以实现石油专用管材基础数据的无线采集、无线传输和集中管理，实现石油专用管材的有效跟踪和高效管理，可以很好地解决人工管理中存在的问题。
现阶段可用于石油管套壁的普通电子标签存在以下两个方面的问题。一方面，石油管套壁为环形结构，目前还没有关于共形石油管套壁结构电子标签的相关报道。现有的电子标签无法充分利用其结构表面，导致可使用的标签天线尺寸很小。过小的天线尺寸使得电子标签的增益较低，可读距离较短，无法很好地满足实际应用的需求。另一方面，当标签天线置于金属表面时，从阅读器发射来的电磁波会在金属表面发生反射，产生与入射波相位相反的反射波，使能量相互抵消，标签无法获得足够的激活能量。金属物体还会使天线辐射电阻减小，等效电感增加，从而使标签天线的阻抗匹配变差，导致天线与芯片的功率传输系数减小，缩短识别距离。可用于石油管套壁的普通电子标签多采用调整天线与金属表面的距离、涂覆吸波材料、采用电磁带隙结构或超材料结构。但这些方案存在价格昂贵、加工困难等缺点。针对可用于石油管套壁的普通电子标签存在的问题，本发明提供了一种应用于石油管套壁的共形UHF频段RFID抗金属标签天线。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线。本发明电子标签天线为半环形，在该形状下有机地将PIFA天线结构、电感耦合馈电方式以及曲流技术联合起来，在有限的管壁空间内增大标签天线尺寸，增大可读距离，提高标签的抗金属特性，使天线很好地工作于金属管道表面。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线，其特征在于，所述超高频电子标签天线3为半环形结构，紧贴于石油管套壁2之上，包括介质基板15，位于介质基板上表面的贴片结构，位于介质基板上表面的标签芯片和位于介质基板下表面的金属底板16；
所述贴片结构为轴对称结构，包括半环形的辐射体4和带开口的馈电环5，所述辐射体的左侧和右侧设置数量相同的多个矩形槽，所述带开口的馈电环位于贴片结构的中间位置；所述标签芯片位于馈电环的开口位置，其辐射引脚与接地引脚分别连接馈电环的开口两侧，与馈电环形成一完整的环状结构；所述金属底板16完全覆盖介质基板下表面。
进一步地，所述馈电环5与金属底板之间通过金属过孔11连接。
进一步地，所述辐射体4的两侧分别通过金属过孔(12、13)与金属底板实现电连接。为了减小加工时误差对于天线性能的影响，辐射体并未完全覆盖介质基板的上表面，辐射体的边缘与介质基板的边缘之间留有0.15～0.3mm的距离。
进一步地，所述标签芯片为Alien H4芯片等，标签芯片的辐射引脚与接地引脚分别连接馈电环开口的左右两侧。
进一步地，所述介质基板的材质为FR-4材质。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线，具有良好的抗金属特性，加工简单，成本低廉，增益高，可读距离远，带宽较大，可以很好地应用于设计频段。
附图说明
图1为本发明电子标签天线贴附于石油管套壁的立体结构示意图；
图2为本发明提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的立体结构示意图；
图3为本发明提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的上表面正视图；
图4为本发明提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的下表面正视图；
图5为本发明实施例提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的端口阻抗示意图；
图6为本发明实施例提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的端口回波损耗图；
图7为本发明实施例提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的增益方向图。
图中，1-石油管套，2-石油管套壁，3-本发明电子标签天线，4-辐射体，5-馈电环，6-标签芯片接地引脚与馈电环连接点，7-标签芯片辐射引脚与馈电环连接点，8-矩形槽，9-馈电环与辐射体间隙，10-辐射体与基板边缘间隙，11、12、13-金属过孔，14-标签芯片区域，15-介质基板，16-金属底板，17-天线左臂，18-天线右臂，19-上表面贴片结构中轴线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图2所示，为本发明提供的一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线的立体结构示意图；包括介质基板，介质基板上表面的贴片结构和标签芯片，介质基板下表面的金属底板，金属过孔。其中，所述贴片结构为轴对称结构，包括半环形的辐射体4，以及位于贴片结构中部的带开口的馈电环5，馈电环与辐射体之间有间隙9，所述辐射体的左侧和右侧分别开设5个矩形槽；所述标签芯片设置于馈电环的开口位置，其辐射引脚与接地引脚分别连接馈电环的开口两侧，与馈电环形成一完整的环状结构；所述金属底板16完全覆盖介质基板下表面。
本发明提供的电子标签天线共形于石油套管，如图1所示，石油管套1为本发明的载体，其材质为J55石油管道专用金属材料。为避免石油管道在搬运及下井过程中对标签的磕碰等冲击，故将本发明电子标签天线3贴附于石油管套壁2处。为了减小加工时误差对于天线性能的影响，辐射体并未完全覆盖介质基板的上表面，辐射体的边缘与介质基板的边缘之间留有0.25mm的距离10。
在馈电环5的开口处焊接有Alien H4标签芯片14，该芯片阻抗在915MHz时为(18.4-j181)Ω。标签芯片的接地引脚与馈电环的左侧开口处6连接，馈电环通过直径为0.8mm的金属过孔与金属底板16连接，标签芯片的辐射引脚与馈电环的右侧开口处7连接，使得标签芯片两引脚形成了差分电流，满足其工作要求。
以标签芯片中心与圆环圆心的连接线的对称轴19，将本发明上表面的贴片结构分为关于此轴成轴对称的左臂17与右臂18。直径为1.5mm的金属过孔12将左臂辐射体与金属底板16短接，与金属过孔12关于中轴19对称的金属过孔13将右臂辐射体与金属底板16短接。
矩形开槽在左臂17每隔8°均匀分布，右臂矩形开槽关于对称轴19与左臂矩形开槽对称分布。左右两臂共10个矩形开槽使辐射体表面电流形成曲流结构，有效地增加了辐射体表面的有效电流长度，降低了谐振频率。
辐射体4与馈电环5组成了本发明的电感耦合结构，该结构中的馈电环5可以产生高感性的阻抗，以与Alien H4标签芯片的高容性阻抗共轭，辐射体4与馈电环5之间的互感值的变化则可以产生共轭于标签芯片的电阻值。通过调节辐射体4与馈电环5之间的距离(即间隙9的宽度)可以改变互感值进而改变本发明的电阻，通过改变馈电环5的尺寸大小可调整本发明的电抗值。本实施例中馈电环与辐射体之间的距离(即间隙9的宽度)为0.53mm。由于基于电感耦合馈电结构的电阻值主要由辐射体4与馈电环5的互感值和电抗决定，电抗值主要由馈电环5的尺寸决定，故此种设计可以较容易地实现与标签芯片的阻抗匹配。本实施例中，馈电环的弧度分别为18.06deg和19.48deg，宽度为1.23mm。
另外，本发明采用的是FR-4介质基板，相对介电常数为4.4，损耗角正切tanδ＝0.02，介质基板的厚度为3mm，半圆环内径46.05mm，半圆环外径53.55mm。FR-4具有较强的机械强度、稳定的电学特性、较低的成本，故非常适合于本发明所应用的场景。
本发明是一款用于超高频段的射频识别抗金属标签天线。图5所示为标签天线端口处的阻抗，可以看出，标签天线在915MHz时阻抗匹配良好，在该频率点的阻抗为(18.1+j182)Ω，与标签芯片在915MHz时的共轭阻抗(18.4-j181)Ω基本相同。图6所示为标签天线端口回波损耗，可以看出该标签天线S11<-3dB的频带范围约为898MHz～932MHz，可以同时满足中国UHF RFID的频段920MHz～925MHz以及北美UHF RFID的频段902MHz～928MHz。图7所示为标签天线在915MHz的XOZ和YOZ面的增益方向图，由图可知在整个空间的增益最大约为-4dBi，波束基本指向标签天线的法向方向。经过实际测试，采用33dBm发射功率的阅读器可以达到4.2m的读取距离，可以满足应用的需要。
需要指出，虽然上文结合附图和具体实施方式对发明的共形于石油管套壁的半环形抗金属标签天线作了具体详细的描述，但是不应该理解为对本发明的保护范围进行了限制。对于在本技术方案构思的基础上所做的任何非原创性的改进均在本发明专利的保护范围内。

Claims (2)

1.一种共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线，其特征在于，所述超高频电子标签天线(3)为半环形结构，紧贴于石油管套壁(2)之上，包括介质基板(15)，位于介质基板上表面的贴片结构，位于介质基板上表面的标签芯片和位于介质基板下表面的金属底板(16)；
所述贴片结构为轴对称结构，包括半环形的辐射体(4)和带开口的馈电环(5)，所述辐射体的左侧和右侧设置数量相同的多个矩形槽，所述带开口的馈电环位于贴片结构的中间位置，所述标签芯片位于馈电环的开口位置，所述金属底板(16)完全覆盖介质基板下表面；
所述馈电环(5)与金属底板之间通过金属过孔(11)连接，所述辐射体(4)的两侧分别通过金属过孔(12、13)与金属底板实现电连接；
所述辐射体的边缘与介质基板的边缘之间的距离为0.15～0.3mm。
2.根据权利要求1所述的共形于石油管套壁的抗金属超高频电子标签天线，其特征在于，所述标签芯片为Alien H4芯片，所述介质基板为FR-4材质。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102855521A (zh) * 2012-08-22 2013-01-02 中科院杭州射频识别技术研发中心 一种双层结构抗金属射频识别电子标签
CN102982368A (zh) * 2012-11-06 2013-03-20 王学祥 基于折合振子的rfid超薄抗金属电子标签
CN103336988A (zh) * 2013-07-01 2013-10-02 东营市胜软石油技术开发有限公司 一种油田专用耐高温高压rfid标签
CN203826553U (zh) * 2014-04-28 2014-09-10 华南理工大学 一种低剖面抗金属宽带超高频rfid标签天线
CN105529520A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 华南师范大学 超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的rfid标签天线
CN107275750A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 电子科技大学 一种远距离抗金属标签天线传感器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6992630B2 (en) * 2003-10-28 2006-01-31 Harris Corporation Annular ring antenna
KR100859711B1 (ko) * 2006-12-08 2008-09-23 한국전자통신연구원 개구결합 급전방식을 이용한 ｒｆｉｄ 센서 태그 안테나
JP5065833B2 (ja) * 2007-09-28 2012-11-07 株式会社日立製作所 Ｒｆｉｄタグ
CN102437421A (zh) * 2011-09-07 2012-05-02 北京邮电大学 一款应用于uhf频段rfid系统的抗金属标签天线
CN103715499B (zh) * 2013-12-17 2016-06-29 华南理工大学 环形uhf近场rfid读写器天线
CN103956570A (zh) * 2014-04-28 2014-07-30 华南理工大学 一种低剖面抗金属宽带超高频rfid标签天线
CN204375956U (zh) * 2014-12-19 2015-06-03 夏景 一种用于rfid的平面u形天线
CN204391265U (zh) * 2015-01-30 2015-06-10 董健 一种电感耦合型等间距弯折偶极子rfid标签天线
CN105576354A (zh) * 2015-12-21 2016-05-11 天津中兴智联科技有限公司 用于rfid系统的近场天线
CN207817752U (zh) * 2017-09-28 2018-09-04 舟山麦克斯韦物联网科技有限公司 一种新型的超高频抗金属电子标签
CN209088065U (zh) * 2018-12-26 2019-07-09 上海中卡智能卡有限公司 一种rfid水洗唛标签天线以及rfid水洗唛标签
CN209344301U (zh) * 2019-01-22 2019-09-03 公安部交通管理科学研究所 超高频rfid抗金属标签天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102855521A (zh) * 2012-08-22 2013-01-02 中科院杭州射频识别技术研发中心 一种双层结构抗金属射频识别电子标签
CN102982368A (zh) * 2012-11-06 2013-03-20 王学祥 基于折合振子的rfid超薄抗金属电子标签
CN103336988A (zh) * 2013-07-01 2013-10-02 东营市胜软石油技术开发有限公司 一种油田专用耐高温高压rfid标签
CN203826553U (zh) * 2014-04-28 2014-09-10 华南理工大学 一种低剖面抗金属宽带超高频rfid标签天线
CN105529520A (zh) * 2016-01-29 2016-04-27 华南师范大学 超宽带圆极化抗金属易于阻抗调节的rfid标签天线
CN107275750A (zh) * 2017-05-11 2017-10-20 电子科技大学 一种远距离抗金属标签天线传感器

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