CN115101928B - 一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，包括印刷在天线介质基片上的标签天线，该标签天线包括异形辐射单元及两个异形绕圈环辐射单元，异形辐射单元包括镜像对称的两个半月牙状金属带，两个半月牙状金属带的端部之间横跨一条金属带，两个半月牙状金属带顶端延伸，连接芯片；两个异形绕圈环辐射单元底部连接有金属长条，且左右对称，分别与两个半月牙状金属带的底部末端连接，实现标签天线的小型化。

Description

一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线
技术领域
本发明涉及一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，属于标签天线技术领域。
背景技术
超高频标签天线自二十世纪80年代初被提出以来，相关技术飞速进步，出现了各种各样的超高频标签天线。射频识别技术领域有各种频率标准同时存在，超高频段频率范围为860～960MHz。半波对称偶极子天线是超高频RFID射频识别技术中经常使用的线极化标签天线，一般而言，半波对称偶极子天线的谐振长度是波长的一半，工作频率为915MHz时波长约为0.328米，故该天线长度较长。为了缩小天线体积、满足RFID技术应用需要，小型超高频标签天线成为了研究热点。常见的弯折偶极子标签天线通过弯折左右两个天线臂，让天线长度变短，从而实现小型化，但该方法能缩短的天线长度仍非常有限，不利用技术应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，有效实现标签天线的小型化。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
提供一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，包括印刷在天线介质基片上的标签天线，所述标签天线包括：
异形辐射单元：所述异形辐射单元包括镜像对称的两个半月牙状金属带，两个所述半月牙状金属带的端部之间横跨一条金属带，两个所述半月牙状金属带顶端延伸，方便连接芯片；
异形绕圈环辐射单元：所述异形绕圈环辐射单元设置两个，两个所述异形绕圈环辐射单元左右对称，分别与两个所述半月牙状金属带的底部末端连接；
两个所述异形绕圈环辐射单元的底部连接有金属长条。
进一步的，两个所述半月牙状金属带最宽处的宽度是金属带长度的0.3~0.6倍。
进一步的，两个所述半月牙状金属带底部末端通过水平方向的微带连接线与异形绕圈环辐射单元连接。
进一步的，所述异形绕圈环辐射单元为向内卷的异形螺旋状绕圈环，所述异形螺旋状绕圈环在内卷过程中逐渐加粗。
进一步的，所述异形螺旋状绕圈环的内卷起始端宽度与微带连接线宽度相同，内卷末端宽度是微带连接线宽度的2.5~5.6倍。
进一步的，所述所述异形螺旋状绕圈环的内卷第一圈过程中逐渐加粗到微带连接线宽度的1.1~2.2倍。
进一步的，两个所述异形绕圈环辐射单元中间隔开，两个所述异形绕圈环辐射单元的底部连接的金属长条中间隔开。
进一步的，所述金属长条为直条带状，所述金属长条与金属带为相同金属材料。
进一步的，所述异形绕圈环辐射单元底部与金属长条中间位置连接，有利于减少天线整体长度。
进一步的，所述天线介质基片为PET材料。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明设置两个异形绕圈环辐射单元通过水平方向的微带连接线分别与两个所述半月牙状金属带末端相连，有利于提高天线增益，满足超高频段射频识别技术要求；
调节两个半月牙状金属带的端部之间横跨的金属带上下位置，可起到调节阻抗作用；
异形绕圈环辐射单元采用内卷的形状，有效缩短天线长度，减小天线体积；两个直条带状的金属长条起到延长电流路径、降低天线工作频率的作用；
天线介质基片采用柔性的PET材料，便于应用物体表面，实现精准全向辐射。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线输入阻抗的频率特性曲线；
图3为本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线的增益方向图；
图中：1-异形辐射单元，2-异形绕圈环辐射单元，3-金属长条，4-微带连接线，5-芯片。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线结构示意图，该标签天线印刷于柔性天线介质基片上，标签天线包括异形辐射单元1、左右对称的两个异形绕圈环辐射单元2和左右对称的两个金属长条3。其中异形辐射单元1由左右对称的两个半月牙状金属带构成，两个半月牙状金属带的端部之间横跨一条金属带，改变圆括号形状辐射单元中间横跨的金属带上下位置可起到调节阻抗作用。金属带上方的两个半月牙状金属带顶端略有延伸，用于连接芯片5；两个异形绕圈环辐射单元分别通过水平方向的微带连接线4与两个半月牙状金属带末端外侧相连；两个异形绕圈环辐射单元底部分别与金属长条3相连。
具体的，两个半月牙状金属带最宽处的宽度是横跨中间的金属带长度的0.3~0.6倍，其底部末端通过水平方向的微带连接线与异形绕圈环辐射单元2相连。
异形绕圈环辐射单元1为向内卷的异形螺旋状绕圈环，外围形状像眼镜，其起始端宽度与水平方向的微带连接线宽度一致，向内卷的第一圈过程中逐渐加粗到起始端宽度的1.1~2.2倍，向内卷的第二圈过程中宽度也逐渐加粗，其末端宽度是其起始端宽度的2.5~5.6倍；异形辐射单元1中左右对称的两个异形绕圈环辐射单元中间隔开。
金属长条3为直条带状，中间部分与异形绕圈环辐射单元底部相连，左右两个金属长条中间隔开。
在本发明的实施例中，当天线介质基片为厚度为0.102mm的PET材料（仿真模型中相对介电常数εr=3.5，tanδ=0.0032）时，应用仿真软件HFSS对标签天线进行优化设计后，标签天线整体长度和宽度分别为36mm和18mm。
该标签天线各尺寸采用如下的参数：直条带状金属长条3的长度L1=17.25mm、异形螺旋状绕圈环的垂直方向高度L2=10.5mm、半月牙状金属带最宽处的宽度L3=4.96mm、横跨中间的金属带长度L4=10.09mm、横跨中间的金属带和水平方向的微带连接线之间距离L5=1.8mm、半月牙状金属带垂直方向高度L6=5.5mm、左右两个直条带状金属长条之间的间距S1=1.5mm、左右两个异形螺旋状绕圈环之间的间距S2=3.0mm、左右两个水平方向微带线之间的间距S3=13.38mm。异形螺旋状绕圈环的起始端宽度与水平方向的微带连接线宽度都是0.5 mm，向内卷的第一圈过程中逐渐加粗到起始端宽度的1.8倍(0.9 mm)，向内卷的第二圈过程中宽度也逐渐加粗，其末端宽度是其起始端宽度的2.8倍(1.4 mm)。
两个半月牙状金属带上方顶端延伸连接芯片5，本发明实施例中连接RI-UHF-STRAP-08标签芯片，下方两个末端外侧与两个异形绕圈环辐射单元2分别相连。异形辐射单元1与异形绕圈环辐射单元2相连的水平方向的微带连接线宽度为0.5mm，横跨异形辐射单元1中间的金属带宽度为0.8mm，两个直条带状金属长条3宽度都为0.5mm。
图2为本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线输入阻抗的频率特性曲线，图2中的实线和虚线分别为本发明标签天线仿真得到的输入阻抗实部和虚部，在915MHz时的阻抗为0.26+j63.6欧姆，而芯片4在915MHz时的阻抗为9.9-j60.53欧姆，从而满足RFID标签天线阻抗特性需和所用标签芯片阻抗基本共轭匹配要求。
图3是本发明实施例提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线的增益方向图，为双异形绕圈环加载超高频标签天线的915MHz增益方向图仿真结果。以天线中心为原点，取沿天线长边方向为y轴，取沿天线窄边方向为x轴，图3中实线显示出本发明标签天线在垂直于天线的xoz平面上表现出近似全向辐射，天线增益为1.66dBi，能够满足应用中从各个方向上读取信息的需求；图3中虚线显示出本发明标签天线在垂直于天线的yoz平面上表现出8字形辐射特性。辐射方向图显示该天线在方向性上能基本满足射频识别领域要求，能实现准全向辐射。
本发明提供的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，结构简单，体积小，不仅降低了常规超高频标签天线的横向长度，缩小常规超高频标签天线的体积，也满足超高频段射频识别技术要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，包括印刷在天线介质基片上的标签天线，所述标签天线包括：
异形辐射单元：所述异形辐射单元包括镜像对称的两个半月牙状金属带，两个所述半月牙状金属带的端部之间横跨一条金属带，两个所述半月牙状金属带顶端延伸，连接芯片；
异形绕圈环辐射单元：所述异形绕圈环辐射单元设置两个，两个所述异形绕圈环辐射单元左右对称，分别通过水平方向的微带连接线与两个所述半月牙状金属带的底部末端连接；
所述异形绕圈环辐射单元为向内卷的异形螺旋状绕圈环，所述异形螺旋状绕圈环在内卷过程中逐渐加粗，两个所述异形绕圈环辐射单元的底部连接有金属长条，所述异形绕圈环辐射单元底部与金属长条中间位置连接。
2.根据权利要求1所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，两个所述半月牙状金属带最宽处的宽度是金属带长度的0.3~0.6倍。
3.根据权利要求1所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，所述异形螺旋状绕圈环的内卷起始端宽度与微带连接线宽度相同，内卷末端宽度是微带连接线宽度的2.5~5.6倍。
4.根据权利要求3所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，所述异形螺旋状绕圈环的内卷第一圈过程中逐渐加粗到微带连接线宽度的1.1~2.2倍。
5.根据权利要求1所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，两个所述异形绕圈环辐射单元中间隔开，两个所述异形绕圈环辐射单元的底部连接的金属长条中间隔开。
6.根据权利要求1所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，所述金属长条为直条带状，所述金属长条与金属带为相同金属材料。
7.根据权利要求1所述的一种双异形绕圈环加载小型超高频标签天线，其特征在于，所述天线介质基片为PET材料。
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