CN113851815A - 一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线 - Google Patents

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谭立容
闪瑀昊
程延焕
顾斌
秦培帅
段维嘉
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    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Abstract

本发明公开了一种用于圆柱形载体的小型化超高频率标签天线，包括介质基片、印刷在介质基片表面的天线，所述天线从内至外依次包含同轴设置且开口朝向相同的第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元；所述第一辐射单元的底部和第二辐射单元的底部连接，所述第二辐射单元的底部和第三辐射单元的底部连接；所述第一辐射单元空腔中心轴位置印刷有十字形辐射单元；所述第一辐射单元开口处设置有两个导体带。本发明标签天线可用于圆柱形载体，标签天线弯曲性能变化不大，并且体积小、成本低、安装易，更利于量产使用。

Description

一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线
技术领域
本发明属于射频识别技术中的电子标签领域，涉及一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线。
背景技术
无线射频识别(RFID)技术是利用射频信号来自动识别物体的一种技术。RFID系统一般由电子标签(包括芯片和标签天线)、阅读器和电脑等组成。当前，射频识别常用的工作频率有低频频段(125KHz、134KHz)、高频频段(13.56MHz)、超高频(UHF)段(840～960MHz)和2.45GHz以上的微波频段等。超高频段和微波频段由于具有操作距离远、通信速度快、尺寸小等优点，已在物流、停车收费、公共交通和汽车安全防盗等领域得到大量应用。
目前，国内外研究的超高频(UHF)标签天线一般是平面结构，当普通平面结构UHF标签天线用于圆柱体载体上时，性能将发生较大变化，无法满足人们更高的要求，所以需要一种能与圆柱体载体共形的小型化超高频标签天线。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于圆柱形载体的小型化超高频率标签天线，
包括介质基片、印刷在介质基片表面的天线，所述天线从内至外依次包含同轴设置且开口朝向相同的第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元；所述第一辐射单元的底部和第二辐射单元的底部连接，所述第二辐射单元的底部和第三辐射单元的底部连接；所述第一辐射单元空腔中心轴位置印刷有十字形辐射单元；所述第一辐射单元开口处设置有两个导体带。
可选的，所述第三辐射单元包括依次连接的第一矩形导体、第二矩形导体、第三矩形导体、第四矩形导体、第五矩形导体、第六矩形导体和第七矩形导体。
可选的，所述第一矩形导体宽度小于第二矩形导体，所述第七矩形导体宽度小于第六矩形导体，用于实现阻抗共轭匹配。
可选的，所述第二辐射单元由圆弧状导体构成。
可选的，所述第二辐射单元开口高度低于所述第一辐射单元的开口高度。
可选的，所述十字形辐射单元包括第一长条导体和第二长条导体，所述第一长条导体位于所述第一辐射单元的中心轴处，所述第二长条导体相对于第一长条导体垂直对称设置。
可选的，所述第一长条导体底部设置有椭圆金属面，所述第一长条导体顶端与所述第一辐射单元的开口平行。
可选的，所述第一辐射单元开口处的导体带末端为圆锥形。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线，通过在基片上印刷同轴且开口朝向相同且相互连接的多种辐射单元，应用了印刷偶极子、开口谐振环等技术，解决了普通平面结构UHF标签天线弯曲时性能发生较大变化的问题；且第一长条导体底部设置有椭圆金属面，第一辐射单元开口导体带设计为圆锥形，达到了阻抗调配的效果，更有利于天线在弯曲变形时性能的保持；且该天线生产成本低、体积小、结构简单、安装方便、易于批量生产。
附图说明
图1是本发明用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线的结构图示意图；
图2是本发明用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线应用于空心绝缘圆柱载体的结构示意图；
图3为本发明用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线输入阻抗的频率特性曲线；
图4为本发明用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线在xoz面和yoz面的增益方向图。
附图中使用的附图标记如下：
第三辐射单元10；第一矩形导体11；第二矩形导体12；第三矩形导体13；第四矩形导体14；第五矩形导体15；第六矩形导体16；第七矩形导体17；第二辐射单元20；第一辐射单元30；导体带31；十字形辐射单元40；第一长条导体41；第二长条导体42；椭圆金属面43。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种用于圆柱形载体的小型化超高频标签天线，该天线通过在薄介质基片上用导电材料印刷上天线图案构成，天线连接芯片后得到电子标签。天线图案由外向内包括相互连接的第三辐射单元10、第二辐射单元20、第一辐射单元30和十字形辐射单元40；所述第一辐射单元30的底部和第二辐射单元20的底部连接，所述第二辐射单元20的底部和第三辐射单元10的底部连接；所述第三辐射单元10包括7段依次连接的矩形导体；所述第二辐射单元20由一段圆弧状导体长条构成；所述第一辐射单元30内嵌十字形辐射单元40，十字形辐射单元40和第一辐射单元30的内边沿相连，由两段相互垂直的导体长条构成，第一长条导体41底部有一个椭圆金属面43，第二长条导体42与第一辐射单元30的开口处平行，开口处连接芯片；所述第一辐射单元30的开口处与芯片连接的是导体带31，导体带31包括两个连接在第一辐射单元30开口处末端由宽到窄、逐渐过渡的导体带。
发明的标签天线印刷在绝缘介质基板上，绝缘介质基板采用厚度为0.102mm的PET基板(相对介电常数εr＝3.5)，如图2所示该标签天线被放置于半径为Rm的空心绝缘圆柱载体表面，经优化设计的天线尺寸为：所述第三辐射单元10由7段矩形导体依次相接构成(第一矩形导体11、第七矩形导体17长度都为9.78mm、宽度都为0.54mm，第二矩形导体12、第六矩形导体16长度都为15.72mm、宽度都为2mm，第三矩形导体13、第五矩形导体15长度都为24mm、宽度都为1mm，第四矩形导体长度为65mm、宽度为1mm)；第一辐射单元30的底部和第二辐射单元20的底部连接，第二辐射单元20的底部和第三辐射单元10的底部连接；所述第二辐射单元20和第三辐射单元10的中心相连部位的长度L1＝10.47mm；所述第一辐射单元30外套第二辐射单元20，两者交点到第四矩形导体内边沿的距离L2＝16.53mm；所述第一辐射单元30内嵌十字形辐射单元40，十字形辐射单元40由两段相互垂直的导体长条构成，第二长条导体42长度为16mm、宽度为0.5mm，第一长条导体41的长度为8mm、宽度为1mm，十字形辐射单元40底部椭圆金属面43的离心率为1.4，长半轴为1.28mm，椭圆金属面43的中心点到十字形辐射单元40底部的距离L3＝2mm，椭圆金属面43的中心点到两段相互垂直导体长条的交叉中心点的距离为L4＝5.4mm，十字形辐射单元40底部到第四段矩形导体14外边沿的距离L5＝10mm；所述第一辐射单元30的开口处连接芯片，与芯片连接的是导体带31包括两个长度为14.88mm、宽度为3.26mm的导体带，其末端由窄到宽、逐渐过渡，这两个导体带分别到第一矩形导体11、第七矩形导体17的间距S相等，S＝2.2mm。
将Ti公司的RI-UHF-STRAP-08标签芯片连接在第一辐射单元30的开口处，标签天线与标签芯片一起构成射频电子标签。电子标签总体尺寸大小为26mm×65mm，比起普通变形偶极子超高频电子标签，它具有更小的尺寸。
图3是该标签天线被放置于半径为Rm＝11mm的空心绝缘圆柱载体表面时，仿真得到的本发明标签天线输入阻抗实部和虚部，在915MHz时的阻抗为4.09+j60.42欧姆。本发明标签天线的输入阻抗和所用RI-UHF-STRAP-08标签芯片阻抗基本上共轭匹配(芯片在915MHz时的阻抗为9.9-j60.53欧姆)。同时在所关注频段内阻抗变化缓慢，从而助于实现在全球UHF RFID频段(840MHz～960MHz)内良好的天线辐射特性。
表1给出了该标签天线被置于不同半径Rm的空心绝缘圆柱载体表面在915MHz时的天线参数，可见天线具备用于圆柱形载体时天线性能较小变化的优势。
表1该标签天线被置于不同载体表面时的天线参数
Figure BDA0003225952780000051
图4给出了天线加载于圆柱形载体时的增益方向图仿真结果，实线曲线是yoz面增益方向图，呈现为“8”字形；虚线曲线是xoz面增益方向图，接近圆形。结果显示出本发明标签天线在yoz面表现出典型的偶极子天线的E面辐射特性；在xoz面上则近似全向辐射，能够满足在实际应用中要求能从各个方向上读取电子标签信息的需求。
以上天线尺寸和性能仅是针对采用0.102mm厚的PET基板和Ti公司的RI-UHF-STRAP-08标签芯片条件下优化后的结果，若采用别的基板和芯片，基于本发明原理和结构进行尺寸上的优化后也能得到。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于圆柱形载体的小型化超高频率标签天线，包括介质基片、印刷在介质基片表面的天线，其特征在于，所述天线从内至外依次包含同轴设置且开口朝向相同的第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元；
所述第一辐射单元的底部和第二辐射单元的底部连接，所述第二辐射单元的底部和第三辐射单元的底部连接；
所述第一辐射单元空腔中心轴位置印刷有十字形辐射单元；
所述第一辐射单元开口处设置有两个导体带。
2.根据权利要求1所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第三辐射单元包括依次连接的第一矩形导体、第二矩形导体、第三矩形导体、第四矩形导体、第五矩形导体、第六矩形导体和第七矩形导体。
3.根据权利要求2所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第一矩形导体宽度小于第二矩形导体，所述第七矩形导体宽度小于第六矩形导体，用于实现阻抗共轭匹配。
4.根据权利要求1所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第二辐射单元由圆弧状导体构成。
5.根据权利要求4所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第二辐射单元开口高度低于所述第一辐射单元的开口高度。
6.根据权利要求1所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述十字形辐射单元包括第一长条导体和第二长条导体，所述第一长条导体位于所述第一辐射单元的中心轴处，所述第二长条导体相对于第一长条导体垂直对称设置。
7.根据权利要求6所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第一长条导体底部设置有椭圆金属面，所述第一长条导体顶端与所述第一辐射单元的开口平行。
8.根据权利要求1-7任一项所述的用于圆柱形载体的小型化超高频率天线，其特征在于，所述第一辐射单元开口处的导体带末端为圆锥形。
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CN115101928A (zh) * 2022-06-29 2022-09-23 南京信息职业技术学院 一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线

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