CN111342219B - 电子标签天线 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种电子标签天线。电子标签天线包括：基板，设置在基板上的辐射面板，和设置在辐射面板上的芯片，辐射面板上设有沿辐射面板的长度方向设置的第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙和第二缝隙连通且相对于芯片对称设置，第一缝隙和第二缝隙的延伸方向在同一直线上，第一缝隙的一侧设有多个第三缝隙，第一缝隙的另一侧设有多个第四缝隙，第三缝隙和第四缝隙的延伸方向分别与第一缝隙的延伸方向垂直，第二缝隙的一侧设有多个第五缝隙，第二缝隙的另一侧设有多个第六缝隙，第五缝隙和第六缝隙的延伸方向分别与第二缝隙的延伸方向垂直。本公开有效提升小尺寸电子标签天线的增益。

Description

电子标签天线
技术领域
本公开涉及天线领域，特别涉及一种电子标签天线。
背景技术
基于UHF(Ultra High Frequency，超高频)的RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)技术是一种用于远距离、可识别移动目标的无线通信技术。超高频RFID系统由读写器、读写器天线、电子标签芯片、电子标签天线以及应用系统组成，电子标签天线接收读写器天线发射的射频信号，一部分转化为能量，直到芯片被激活工作，另一部分为询问指令，芯片激活后按照电子标签天线接收的询问指令做出相应的动作，将芯片上存储的信息通过电子标签天线反射给读写器天线和读写器，并通过RFID应用系统进行管理，广泛的应用于无人超市、仓储、货物跟踪等领域。
在全球范围内，UHF RFID系统频段覆盖840-960MHz，其中欧盟划定的频段902-928MHz，美国划定的频段902-928MHz，中国划定的频段为840-845和920-925MHz，为了使电子标签产品化，能够在全球范围内使用，设计一个尽可能覆盖所有频段的天线也是非常需要的。
在RFID系统中，电子标签天线的性能是重要的因素，作为能量进出芯片的转换器，它影响着整个RFID系统的性能，电子标签天线的增益是用来衡量天线收发信号的能力，增加天线增益，可以增大通信信号的覆盖范围，或者范围不变，该范围内的信号强度增强。这样高增益的标签天线可以直接提高标签的灵敏度，增加RFID系统的读写距离。
发明内容
发明人通过研究发现，目前电子标签天线大多采用偶极子天线或者偶极天线的变形，这种类型的天线增益在2dB左右。对于缝隙天线是偶极子天线的互补结构，它的增益也大多在3dB以下。要想提高增益，一般都会增加低剖面天线基材的高度，或者增大整个天线的面积，这会增加电子标签的成本。此外，对于微带天线来说，天线的带宽和增益成反比，增益增大的同时，一般会降低天线的带宽。
为此，本公开提供一种低剖面、高增益的电子标签天线的方案。
根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种电子标签天线，包括：基板，设置在所述基板上的辐射面板，和设置在所述辐射面板上的芯片；所述辐射面板上设有沿所述辐射面板的长度方向设置的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙连通且相对于所述芯片对称设置，所述第一缝隙和所述第二缝隙的延伸方向在同一直线上；所述第一缝隙的一侧设有多个第三缝隙，所述第一缝隙的另一侧设有多个第四缝隙，所述第三缝隙和所述第四缝隙的延伸方向分别与所述第一缝隙的延伸方向垂直，所述第三缝隙和所述第四缝隙与所述第一缝隙连通；所述第二缝隙的一侧设有多个第五缝隙，所述第二缝隙的另一侧设有多个第六缝隙，所述第五缝隙和所述第六缝隙的延伸方向分别与所述第二缝隙的延伸方向垂直，所述第五缝隙和所述第六缝隙与所述第二缝隙连通。
在一些实施例中，所述第三缝隙和所述第四缝隙交替设置；所述第五缝隙和所述第六缝隙交替设置。
在一些实施例中，相邻的第三缝隙与第四缝隙之间的间距相等；相邻的第五缝隙与第六缝隙之间的间距相等。
在一些实施例中，所述第一缝隙和所述第二缝隙的宽度相等。
在一些实施例中，所述第三缝隙、所述第四缝隙、所述第五缝隙和所述第六缝隙的宽度相等。
在一些实施例中，所述第三缝隙的宽度小于所述第一缝隙的宽度。
在一些实施例中，所述第三缝隙的长度与所述第三缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；所述第四缝隙的长度与所述第四缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；所述第五缝隙的长度与所述第五缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；所述第六缝隙的长度与所述第六缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系。
在一些实施例中，相邻的第三缝隙和第四缝隙之间的长度差相等，相邻的第五缝隙和第六缝隙之间的长度差相等。
在一些实施例中，所述第三缝隙、所述第四缝隙、所述第五缝隙和所述第六缝隙的数量相等。
在一些实施例中，所述第三缝隙和所述第六缝隙相对于所述芯片中心对称设置；所述第四缝隙和所述第五缝隙相对于所述芯片中心对称设置。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开一个实施例的电子标签天线的结构示意图；
图2为图1所示电子标签天线的俯视图；
图3为本公开一个实施例的电子标签天线缝隙趋势图；
图4为本公开一个实施例的电子标签天线的S11图；
图5为本公开一个实施例的电子标签天线的极坐标增益图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1为本公开一个实施例的电子标签天线的结构示意图。
如图1所述，电子标签天线包括基板11和设置在基板11上的辐射面板12。辐射面板12上设有芯片13。
在一些实施例中，基板11可由纸或其它合适的材料构成。基板11的厚度可为0.1mm。
在一些实施例中，辐射面板12可由铝箔制成。辐射面板12为长条状。例如，辐射面板12的长度可为100mm，宽度可为6mm。
图2为图1所示电子标签天线的俯视图。
如图2所示，在辐射面板12上设有沿辐射面板12的长度方向设置的第一缝隙21和第二缝隙22。第一缝隙21和第二缝隙22连通且相对于芯片13对称设置。第一缝隙21和第二缝隙22的延伸方向在同一直线上。
在一些实施例中，第一缝隙21和第二缝隙22的宽度相等。例如，第一缝隙21和第二缝隙22的宽度为1mm。
这里需要说明的是，在有限大的辐射面上设置两个对称的第一缝隙21和第二缝隙22，一方面可以使其形成一个输入阻抗成感性的天线，与呈容性的芯片共轭匹配，天线可以得到最大的传输功率。另一方面，辐射面板的宽度是第一缝隙21或第二缝隙22宽度的数倍(例如，6倍)，两者的宽度可比拟，由此形成的方向图不是全向方向图，能量不会在一个面上均匀分散，而是在+Z和-Z方向上辐射。由此可提升天线的增益。
第一缝隙21的一侧设有多个第三缝隙23，第一缝隙21的另一侧设有多个第四缝隙24。第三缝隙23和第四缝隙24的延伸方向分别与第一缝隙21的延伸方向垂直。第三缝隙23和第四缝隙24与第一缝隙21连通。
第二缝隙22的一侧设有多个第五缝隙25，第二缝隙22的另一侧设有多个第六缝隙26。第五缝隙25和第六缝隙26的延伸方向分别与第二缝隙22的延伸方向垂直。第五缝隙25和第六缝隙26与第二缝隙22连通。
在一些实施例中，第三缝隙23和第四缝隙24交替设置，第五缝隙25和第六缝隙26交替设置。
通过在第一缝隙21和第二缝隙22的两侧设置具有交错结构的缝隙，能够使得流经缝隙边缘的电流相位不会抵消，从而增加电流的谐振长度，增加天线阻抗的感性，降低电子标签天线的谐振频率。相对于没有周期性结构的天线来说，谐振频率可降低100MHz，天线的尺寸可大幅降低。
在本公开上述实施例提供的电子标签天线中，在辐射面板上设有沿辐射面板的长度方向设置第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙和第二缝隙连通且相对于芯片对称设置，第一缝隙和第二缝隙的延伸方向在同一直线上，在第一缝隙和第二缝隙的两侧分别设有交错设置的缝隙。由此可形成低剖面、高增益的电子标签天线。
在一些实施例中，相邻的第三缝隙23与第四缝隙24之间的间距相等。相邻的第五缝隙25与第六缝隙26之间的间距相等。例如，相邻缝隙之间的距离可为3mm。
在一些实施例中，第三缝隙23、第四缝隙24、第五缝隙25和第六缝隙26的宽度相等。例如，第三缝隙23、第四缝隙24、第五缝隙25和第六缝隙26的宽度可为0.8mm，小于第一缝隙21或第二缝隙22的宽度。
在一些实施例中，第三缝隙23的长度与第三缝隙23相对于芯片13的距离正相关关系。第四缝隙24的长度与第四缝隙24相对于芯片13的距离正相关关系。第五缝隙25的长度与第五缝隙25相对于芯片13的距离正相关关系。第六缝隙26的长度与第六缝隙26相对于芯片16的距离正相关关系。在一些实施例中，相邻的第三缝隙23和第四缝隙24之间的长度差相等，相邻的第五缝隙25和第六缝隙26之间的长度差相等。
例如，如图2所示，对于第一缝隙21来说，其上下两侧设有多条第三缝隙23和第四缝隙24。最靠近芯片13的缝隙的长度为0.4mm。从该缝隙开始向左，每一条缝隙都会比它右侧的缝隙长0.1mm。
图3为本公开一个实施例的电子标签天线缝隙趋势图。如图3中的虚线所示，以芯片为中心，设置在第一缝隙和第二缝隙两侧的缝隙向左右两侧形成逐渐延伸的扇形面。这种结构有利于增加带宽。
图4为本公开一个实施例的电子标签天线的S11图。如图4所示，S11<17dB的阻抗带宽为140MHz，完全可以覆盖UHF RFID系统全频段840-960MHz。
在一些实施例中，第三缝隙23、第四缝隙24、第五缝隙25和第六缝隙26的数量相等。例如，如图2所示，第三缝隙23、第四缝隙24、第五缝隙25和第六缝隙26各有7条缝隙。
通过在第一缝隙21上设置14条缝隙，在第二缝隙22上设置14条缝隙，可使天线在920MHz-925MHz的频段内谐振。
在一些实施例中，第三缝隙23和第六缝隙26相对于芯片中心对称设置，第四缝隙24和第五缝隙26相对于芯片中心对称设置。
例如，如图2所示，第一缝隙21上侧的第三缝隙23与第二缝隙22下侧的第六缝隙26相对于芯片中心对称设置。第一缝隙21下侧的第四缝隙24与第二缝隙22上侧的第五缝隙25相对于芯片中心对称设置。通过这种对称设置，可有效提升天线增益。
对于目前的偶极子及其变形天线增益一般为2dB，本公开的电子标签天线的增益为5.2dB，增益提高了至少3dB。使用这样的电子标签，可以大大提高RFID系统的灵敏度。通过以下公式(1)可以得出，电子标签天线的增益提高3dB，RFID系统的读写距离提高1.4倍。
Figure BDA0001909253500000071
其中，Rtag为工作距离；λ为谐振波长；Pt为读写器天线发射功率；Gt为读写器天线增益；Gr为标签天线增益；τ功率传输系数；Pth为标签芯片的读取灵敏度。
图5为本公开一个实施例的电子标签天线的极坐标增益图。
如图5所示，给出了phi＝90°(水平面)和phi＝0°(垂直面)两种情况下的极坐标增益图。其中标有三角的曲线表示phi＝0°的极坐标增益图，标有圆的曲线表示phi＝90°的极坐标增益图。对于极坐标方向图中的两个点m1和m2，相应的增益如表1所示。
位置点 Theta(单位：度) phi(单位：度) 增益(单位：dB)
m1 0.0000 0.0000 5.2037
m2 -180.0000 -180.0000 5.2493
表1
表1给出了具有不同坐标的m1和m2所具有的增益值。从表1中可以看到，在天线尺寸较小的情况下，天线增益能到达5.2dB，从而进一步验证了本公开的高增益特性。
通过实施本公开所提出的方案，能够得到以下有益效果：
本公开所提供的方案可有效减小电子标签天线的尺寸，提升电子标签天线的增益。通过测试可知，在尺寸较小、带宽能够覆盖全球指定频率范围的情况下，本公开所提供的电子标签天线的增益比现有天线增益提高至少3dB，显著提升了RFID的整体性能。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (9)

1.一种电子标签天线，包括：
基板，设置在所述基板上的辐射面板，和设置在所述辐射面板上的芯片；
所述辐射面板上设有沿所述辐射面板的长度方向设置的第一缝隙和第二缝隙，所述第一缝隙和所述第二缝隙连通且相对于所述芯片对称设置，所述第一缝隙和所述第二缝隙的延伸方向在同一直线上；
所述第一缝隙的一侧设有多个第三缝隙，所述第一缝隙的另一侧设有多个第四缝隙，所述第三缝隙和所述第四缝隙的延伸方向分别与所述第一缝隙的延伸方向垂直，所述第三缝隙和所述第四缝隙与所述第一缝隙连通，其中所述第三缝隙和所述第四缝隙交替设置；
所述第二缝隙的一侧设有多个第五缝隙，所述第二缝隙的另一侧设有多个第六缝隙，所述第五缝隙和所述第六缝隙的延伸方向分别与所述第二缝隙的延伸方向垂直，所述第五缝隙和所述第六缝隙与所述第二缝隙连通，所述第五缝隙和所述第六缝隙交替设置。
2.根据权利要求1所述的电子标签天线，其中，
相邻的第三缝隙与第四缝隙之间的间距相等；
相邻的第五缝隙与第六缝隙之间的间距相等。
3.根据权利要求2所述的电子标签天线，其中，
所述第三缝隙、所述第四缝隙、所述第五缝隙和所述第六缝隙的宽度相等。
4.根据权利要求3所述的电子标签天线，其中，
所述第一缝隙和所述第二缝隙的宽度相等。
5.根据权利要求4所述的电子标签天线，其中，
所述第三缝隙的宽度小于所述第一缝隙的宽度。
6.根据权利要求2所述的电子标签天线，其中，
所述第三缝隙的长度与所述第三缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；
所述第四缝隙的长度与所述第四缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；
所述第五缝隙的长度与所述第五缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系；
所述第六缝隙的长度与所述第六缝隙相对于所述芯片的距离正相关关系。
7.根据权利要求6所述的电子标签天线，其中，
相邻的第三缝隙和第四缝隙之间的长度差相等，相邻的第五缝隙和第六缝隙之间的长度差相等。
8.根据权利要求7所述的电子标签天线，其中，
所述第三缝隙、所述第四缝隙、所述第五缝隙和所述第六缝隙的数量相等。
9.根据权利要求8所述的电子标签天线，其中，
所述第三缝隙和所述第六缝隙相对于所述芯片中心对称设置；
所述第四缝隙和所述第五缝隙相对于所述芯片中心对称设置。
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