CN111697314B - 三维标签天线 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种三维标签天线，包括从上到下依次设置的馈电部、高度可调的连接部、回路闭合部和耦合辐射部，其中，所述馈电部通过所述连接部与所述回路闭合部连接，所述回路闭合部与所述耦合辐射部连接。这样通过调整调节连接臂的高度来调节标签天线的输入阻抗，以实现标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别。同时，本申请实施例的标签天线采用三维结构，用户一只手无法把标签全部遮挡，只遮挡一部分时，标签性能的变化不明显，进一步提高了标签识别的准确性。

Description

三维标签天线

技术领域

本申请实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种三维标签天线。

背景技术

随着第四次零售革命的崛起，超高频射频识别技术以其读距离远，存储空间大，数据通信速率比较高等优势成为未来零售基础设施的重要组成部分之一，越来越举足轻重。通过射频识别+互联网，把商品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、结算和管理。

在正在兴起的无人超市应用中，超高频射频识别技术为关键技术之一，利用电磁反向散射实现无线通信，使整个购物结算无需人工干预，并且可同时识别多个标签，快捷方便，客户购物体验优越。

液体水的介电常数很大，电导率相对与一般绝缘体基材来说较大，导致贴于其表面的天线损耗电阻增大，从而导致输入阻抗的电阻增大，与标签芯片很难共轭匹配，性能大幅下降，识别距离降低，多标签识别时会很容易发生漏读，会导致部分商品无法自动支付结算。

发明内容

本申请实施例提供一种三维标签天线，可以实现对盛装液体的商品的电子标签的准确识别。

本申请实施例提供一种三维标签天线，包括：从上到下依次设置的馈电部、高度可调的连接部、回路闭合部和耦合辐射部，其中，所述馈电部通过所述连接部与所述回路闭合部连接，所述回路闭合部与所述耦合辐射部连接。

在本申请实施例的一种可能的实现方式中，上述三维标签天线还包括阻抗调节部，所述阻抗调节部与所述耦合辐射部连接。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述馈电部为馈电半圆环。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述馈电部包括第一馈电臂和第二馈电臂，所述连接部包括第一连接臂和第二连接臂；

所述第一馈电臂的第一端与所述第一连接臂的第一端连接，所述第一连接臂的第二端与所述回路闭合部连接，所述第二馈电臂的第一端与所述第二连接臂的第一端连接，所述第二连接臂的第二端与所述回路闭合部连接，所述第一馈电臂的第二端与所述第二馈电臂的第二端正对设置。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述耦合辐射部包括第一耦合辐射臂和第二耦合辐射臂，所述第一耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接，所述第一耦合辐射臂的第二端与所述阻抗调节部连接，所述第二耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接，所述第二耦合辐射臂的第二端与所述阻抗调节部连接。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述第一耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接的位置、与所述第一连接臂的第二端与所述回路闭合部连接的位置重合，所述第二耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接的位置、与所述第二连接臂的第二端与所述回路闭合部连接的位置重合。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述阻抗调节部包括第一阻抗调节臂和第二阻抗调节臂，所述第一耦合辐射臂的第二端与所述第一阻抗调节臂连接，所述第二耦合辐射臂的第二端与所述第二阻抗调节臂连接。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述第一阻抗调节臂的两个端部各设置一个折弯加载部，所述第二阻抗调节臂的两个端部各设置一个折弯加载部。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，四个折弯加载部均竖直设置，所述四个折弯加载部对称且平行。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述连接部竖直设置。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述耦合辐射部水平设置。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述耦合辐射部为柔性件。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述馈电部、连接部、回路闭合部的形状与瓶口的形状适配。

在本申请实施例的另一种可能的实现方式中，所述耦合辐射部的形状与瓶身的形状适配。

本申请实施例提供的三维标签天线，通过从上到下依次设置的馈电部、高度可调的连接部、回路闭合部和耦合辐射部，其中，所述馈电部通过所述连接部与所述回路闭合部连接，所述回路闭合部与所述耦合辐射部连接。这样通过调整调节连接臂的高度来调节标签天线的输入阻抗，以实现标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别。同时，本申请实施例的标签天线采用三维结构，用户一只手无法把标签全部遮挡，只遮挡一部分时，标签的性能变化不明显，进一步提高了标签识别的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为射频识别基本系统示意图；

图2为本申请实施例提供的三维标签天线的立体图；

图3为本申请实施例提供的三维标签天线的俯视图；

图4为本申请实施例提供的三维标签天线的左视图；

图5为本申请实施例提供的三维标签天线的主视图；

图6为本申请实施例提供的三维标签天线的立体图；

图7为本申请实施例涉及的一种对比图。

附图标记：

100：三维标签天线；

110：馈电部；

111：第一馈电臂；

112：第二馈电臂；

120：连接部；

121：第一连接臂；

122：第二连接臂；

130：回路闭合部；

140：耦合辐射部；

141：第一耦合辐射臂；

142：第二耦合辐射臂；

150：阻抗调节部；

151：第一阻抗调节臂；

152：第二阻抗调节臂；

160：折弯加载部。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

天线是一种能量转换装置，即把导行波与空间辐射波相互转换的装置。天线周围的场强分布一般都是离开天线距离和角坐标的函数，通常根据离开天线距离的不同，将天线周围的场区划分为感应场区、辐射近场区和辐射远场区。

图1为射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)基本系统示意图，RFID是利于非接触远场通信实现信息交互，RFID系统由标签、阅读器和应用系统三个核心模块组成。当一个标签接收到阅读器传送的射频信息时，标签被激活，返回存储信息，被阅读器接收，最后通过应用系统处理接收到的信息，使其应用于不同的应用场景，例如自动支付等。

标签的核心元件包括标签天线、标签芯片，标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗实现共轭匹配，可实现标签天线与标签芯片之间的最大功率传输。

但是，由于液体水的介电常数很大，电导率相对与一般绝缘体基材来说较大，导致贴于其表面的标签天线损耗电阻增大，从而导致标签天线的输入阻抗的电阻增大，与标签芯片的阻抗很难共轭匹配，使得标签的性能大幅下降，识别距离降低，多标签识别时会很容易发生漏读，会导致部分商品无法自动支付结算。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种三维标签天线，该三维标签天线通过设置高度可调节的连接部，通过调节连接部的长短实现调节天线的输入阻抗，使得天线的阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别，从而提高无人支付的可靠性。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2为本申请实施例提供的三维标签天线的立体图，图3为本申请实施例提供的三维标签天线的俯视图，图4为本申请实施例提供的三维标签天线的左视图，图5为本申请实施例提供的三维标签天线的主视图。

如图2至图5所示，本申请实施例的三维标签天线100，包括从上到下设置的馈电部110、高度可调的连接部120、回路闭合部130和耦合辐射部 140，其中，所述馈电部110通过所述连接部120与所述回路闭合部130连接，所述回路闭合部130与所述耦合辐射部140连接。

具体的，回路闭合部130设置在耦合辐射部140上方，馈电部110设置在回路闭合部130上方，连接部120设置在馈电部110与回路闭合部130之间，用于连接馈电部110与回路闭合部130，进而实现标签天线的三维设计。

为了使标签天线与标签芯片之间的能量实现低损耗传输，增加标签的有效读取距离，本申请实施例在馈电部110与回路闭合部130之间设置高度可调的连接部120，在实际使用时，通过调节连接臂的高度来调节标签天线的输入阻抗，以实现标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别。

其中，连接臂的高度越小输入阻抗的实部越小，例如，当连接臂为1mm 时，天线的输入阻抗实部可降低为13Ω。

由于标签芯片具有低电阻高容抗的特性，因此，需要标签天线输入阻抗呈现低电阻高感抗的特性，鉴于此，可选的本申请实施例馈电部110可以为感性耦合馈电环结构。

可选的，馈电部110为馈电半圆环。

可选的，回路闭合环为一个短路环，通过连接部120与馈电部110连接。

其中，本申请实施例的三维标签天线100可以贴设在液体塑料瓶的任意位置，例如贴设在比较容易扫描的地方。

可选的，馈电部110、连接部120、回路闭合部130以及耦合辐射部140 可贴于液体塑料瓶的瓶口与瓶身之间的圆锥形或者圆柱形连接部。

可选的，馈电部110、连接部120、回路闭合部130可贴于液体塑料瓶的瓶口，耦合辐射部140可贴于液体塑料瓶的瓶口与瓶身之间的圆锥形或者圆柱形连接部。

本申请实施例提供的三维标签天线100，由于是三维立体结构，用户一只手无法把标签全部遮挡，只遮挡一部分时，标签的性能变化不明显，可以准确识别出标签。

本申请实施例提供的三维标签天线100，通过从上到下依次设置的馈电部110、高度可调的连接部120、回路闭合部130和耦合辐射部140，其中，所述馈电部110通过所述连接部120与所述回路闭合部130连接，所述回路闭合部130与所述耦合辐射部140连接。这样通过调整调节连接臂的高度来调节标签天线的输入阻抗，以实现标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别。同时，本申请实施例的三维标签天线100为三维立体结构，用户一只手无法把标签全部遮挡，只遮挡一部分时，标签的性能变化不明显，进一步提高了标签识别的准确性。

继续参照图2-图5所示，为了进一步提高标签天线的识别准确性，在上述实施例的基础上，本申请实施例的三维标签天线100还包括阻抗调节部150，所述阻抗调节部150与所述耦合辐射部140连接。

可选的，该阻抗调节部150可大大使整个标签天线的有效电流长度降低，谐振可向高频移动，例如可以使谐振向高频移动23MHz。

可选的，本申请实施例的阻抗调节部150可以为圆环形，或者为矩形，例如为长方形或正方形，本申请实施例对阻抗调节部的具体形状不做限制。

可选的，本申请实施例的阻抗调节部150为中心对称结构。

可选的，阻抗调节部150以瓶身中点为中心对称，沿着瓶身的形状贴于表面。

本申请实施例，通过在标签天线上设置阻抗调节部，进一步调节标签天线的输入阻抗，以实现标签天线的输入阻抗与标签芯片的阻抗共轭匹配，进而实现标签的准确识别。同时，标签天线的空间尺寸和三维结构，使得用户握持时，无法完全遮挡标签，进而提高标签的识别可靠性。

图6为本申请实施例提供的三维标签天线的立体图，在上述实施例的基础上，如图6所示，本申请实施例的馈电部110包括第一馈电臂111和第二馈电臂112，所述连接部120包括第一连接臂121和第二连接臂122。

其中，所述第一馈电臂111的第一端与所述第一连接臂121的第一端连接，所述第一连接臂121的第二端与所述回路闭合部130连接，所述第二馈电臂112的第一端与所述第二连接臂122的第一端连接，所述第二连接臂122 的第二端与所述回路闭合部130连接，所述第一馈电臂111的第二端与所述第二馈电臂112的第二端正对设置。

为了实现耦合馈电，本申请实施例的馈电部110包括第一馈电臂111和第二馈电臂112，其中第一馈电臂111与第二馈电臂112对称设置。

同时，为了便于第一馈电臂111和第二馈电臂112与回路闭合部130的连接，则将连接部120设置成第一连接臂121和第二连接臂122，且第一连接臂121和第二连接臂122对称设置。

这样，可以将第一馈电臂111的第一端与第一连接臂121的第一端连接，第一连接臂121的第二端与回路闭合部130连接，将第二馈电臂112的第一端与第二连接臂122的第一端连接，第二连接臂122的第二端与回路闭合部 130连接，进而实现第一馈电臂111和第二馈电臂112与回路闭合部130的可靠连接。

其中，本申请实施例对第一连接臂121和第二连接臂122的具体设置方式不做限制，只要第一连接臂121设置在第一馈电臂111的第一端与第回路闭合部130之间，以及第二连接臂122设置在第二馈电臂112的第一端与第回路闭合部130之间即可。

可选的，上述连接部120竖直设置，即第一连接臂121和第二连接臂122 竖直设置。

例如图6所示，第一馈电臂111和第二馈电臂112形成的半圆环的直径与回路闭合部130所在的圆环的直径相同，第一连接臂121竖直设置在第一馈电臂111与回路闭合部130之间，第二连接臂122竖直设置在第二馈电臂 112与回路闭合部130之间。

可选的，第一连接臂121可以为第一馈电臂111的一部分，即第一馈电臂111的第一端竖直向下弯折，形成第一连接臂121。

可选的，第二连接臂122可以为第二馈电臂112的一部分，即第二馈电臂112的第一端竖直向下弯折，形成第二连接臂122。

在一些实施例中，继续参照图6所示，所述耦合辐射部140包括第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142，所述第一耦合辐射臂141的第一端与所述回路闭合部130连接，所述第一耦合辐射臂141的第二端与所述阻抗调节部150连接，所述第二耦合辐射臂142的第一端与所述回路闭合部130连接，所述第二耦合辐射臂142的第二端与所述阻抗调节部150连接。

可选的，本申请实施例的第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142对称设置。

本申请实施例对第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142的具体设置位置不做限制，只要第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142设置在回路闭合部130与阻抗调节部150之间即可。

可选的，在一种示例中，继续参照图6所示，所述第一耦合辐射臂141 的第一端与所述回路闭合部130连接的位置、与所述第一连接臂121的第二端与所述回路闭合部130连接的位置重合，所述第二耦合辐射臂142的第一端与所述回路闭合部130连接的位置、与所述第二连接臂122的第二端与所述回路闭合部130连接的位置重合。

可选的，所述耦合辐射部140水平设置，即第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142水平设置。

可选的，在水平设置时，第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142可以共线，也可以不共线。

可选的，阻抗调节部150与耦合辐射部140间距为0.2mm。

即，第一耦合辐射臂141的第二端向下弯折与阻抗调节臂150连接，第二耦合辐射臂142的第二端向下弯折与阻抗调节臂150连接，以使阻抗调节部150低于回路闭合环，并便于阻抗调节部150贴设在瓶身上。

可选的，第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142为柔性件，这样更加方便阻抗调节部150、回路闭合部130以及第一耦合辐射臂141和第二耦合辐射臂142在瓶身或瓶身与瓶口之间的过度位置处的贴设。

在一些实施例中，继续参照图6所示，所述阻抗调节部150包括第一阻抗调节臂151和第二阻抗调节臂152，所述第一耦合辐射臂141的第二端与所述第一阻抗调节臂151连接，所述第二耦合辐射臂142的第二端与所述第二阻抗调节臂152连接。

即本申请实施例的第一阻抗调节臂151和第二阻抗调节臂152对称设置。

可选的，第一阻抗调节臂151和第二阻抗调节臂152构成圆环结构。

为了进一步说明本申请实施例提供的标签天线的可靠性，通过如下实验说明。

人手的绝大多数组织为骨头，骨头的相对介电常数为20.8，电导率为0.33Siemens/s，Mass Density为1000，第一阻抗调节臂151和第二阻抗调节臂152同时各遮挡一半时设为情况1，当手紧贴液体塑料水瓶表面遮挡任何一个阻抗调节臂和一个耦合臂时设为情况2，其性能变化如下表1，其对比图如图7所示，其中纵坐标为入射反射系数S11，单位为db，横坐标为频率，单位为MHZ。

表1

传输效率计算公式：

τ＝1-|Γ|

其中Γ为反射系数，τ为传输系数，VSWR为驻波。

由上表1可知当有手抓握水瓶时，标签天线的传输效率变化很小，只是中心频率向低频偏移，这个偏移不会超过超高频分配的频段840-960MHz之内，标签不会失效。

在一些实施例中，继续参照图6所示，所述第一阻抗调节臂151的两个端部各设置一个折弯加载部160，所述第二阻抗调节臂152的两个端部各设置一个折弯加载部160，进而形成4个折弯加载部160。

可选的，4个折弯加载部160均竖直设置，且4个折弯加载部160对称且平行。

可选的，为了进一步便于馈电部110、连接部120和回路闭合部130在瓶口处的贴设，可以使馈电部110、连接部120和回路闭合部130的形状与瓶口的形状适配。

可选的，为了进一步便于耦合辐射部140在瓶身上的贴设，可以使耦合辐射部140的形状与瓶身的形状适配。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种三维标签天线，其特征在于，包括：从上到下依次设置的馈电部、高度可调的连接部、回路闭合部和耦合辐射部，其中，所述馈电部通过所述连接部与所述回路闭合部连接，所述回路闭合部与所述耦合辐射部连接；

所述馈电部包括第一馈电臂和第二馈电臂，所述连接部包括第一连接臂和第二连接臂；

所述第一馈电臂的第一端与所述第一连接臂的第一端连接，所述第一连接臂的第二端与所述回路闭合部连接，所述第二馈电臂的第一端与所述第二连接臂的第一端连接，所述第二连接臂的第二端与所述回路闭合部连接，所述第一馈电臂的第二端与所述第二馈电臂的第二端正对设置。

2.根据权利要求1所述的三维标签天线，其特征在于，还包括阻抗调节部，所述阻抗调节部与所述耦合辐射部连接。

3.根据权利要求2所述的三维标签天线，其特征在于，所述馈电部为馈电半圆环。

4.根据权利要求2所述的三维标签天线，其特征在于，所述耦合辐射部包括第一耦合辐射臂和第二耦合辐射臂，所述第一耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接，所述第一耦合辐射臂的第二端与所述阻抗调节部连接，所述第二耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接，所述第二耦合辐射臂的第二端与所述阻抗调节部连接。

5.根据权利要求4所述的三维标签天线，其特征在于，所述第一耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接的位置、与所述第一连接臂的第二端与所述回路闭合部连接的位置重合，所述第二耦合辐射臂的第一端与所述回路闭合部连接的位置、与所述第二连接臂的第二端与所述回路闭合部连接的位置重合。

6.根据权利要求5所述的三维标签天线，其特征在于，所述阻抗调节部包括第一阻抗调节臂和第二阻抗调节臂，所述第一耦合辐射臂的第二端与所述第一阻抗调节臂连接，所述第二耦合辐射臂的第二端与所述第二阻抗调节臂连接。

7.根据权利要求6所述的三维标签天线，其特征在于，所述第一阻抗调节臂的两个端部各设置一个折弯加载部，所述第二阻抗调节臂的两个端部各设置一个折弯加载部。

8.根据权利要求7所述的三维标签天线，其特征在于，四个折弯加载部均竖直设置，且所述四个折弯加载部对称且平行。

9.根据权利要求7所述的三维标签天线，其特征在于，所述连接部竖直设置。

10.根据权利要求7所述的三维标签天线，其特征在于，所述耦合辐射部水平设置。

11.根据权利要求1-6任一项所述的三维标签天线，其特征在于，所述耦合辐射部为柔性件。

12.根据权利要求1-6任一项所述的三维标签天线，其特征在于，所述馈电部、所述连接部和所述回路闭合部的形状与瓶口的形状适配。

13.根据权利要求1-6任一项所述的三维标签天线，其特征在于，所述耦合辐射部的形状与瓶身的形状适配。

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