CN202474205U - 全向射频识别标签天线及射频识别标签 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种全向射频识别标签天线，包括标签基片、谐振回路面电路图案部分、电路谐振臂面电路图案部分及四个金属谐振臂，谐振回路面电路图案部分设置在标签基片上，其包括至少一个谐振回路；电路谐振臂面电路图案部分设置在标签基片上，其包括至少两个电路谐振臂，电路谐振臂与该谐振回路面电路图案部分相连，且电路谐振臂两两对应，并形成一第一平面辐射面；四个金属谐振臂均与谐振回路面电路图案部分相连，金属谐振臂两两对应，并形成第二平面辐射面和第三平面辐射面。由于全向射频识别标签天线在3坐标轴都有辐射面，而且对应的辐射臂在每隔45度的相位点均匀分布，其产生的天线有效增益图涵盖球面所有方向，可以称为真正的全向天线。

Description

全向射频识别标签天线及射频识别标签

技术领域

本实用新型涉及一种无线射频识别标签的天线，特别涉及一种全向的射频识别标签天线。

背景技术

RFID是无线射频识别技术(Radio Frequency Identification)的缩写，RFID俗称电子标签，RFID技术是从二十世纪九十年代兴起的一项利用射频信号进行非接触式双向通信，自动识别目标对象并获取相关信息的无线通信技术。随着科学技术的进步，RFID已涉及到人们日常生活的各个方面，被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运算控制管理等众多领域，例如火车的交通监控系统、高速公路自动收费系统、物品管理、流水线生产自动化、门禁系统、金融交易、仓库管理、畜牧管理、车辆防盗等、RFID技术将成为未来信息社会建设的一项基础技术。最基本的RFID系统由三部分组成：标签(Tag)，由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)，在标签和读写器间传递射频信号。天线作为一种接收和发射电磁波的设备，是无线通讯系统中的一个关键部分，它是自由空间和传输线的接口。在天线的性能参数中，影响最大的是其阻抗匹配、抗干扰性、读取范围和方向性。

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性，根据方向性的不同，天线有定向和全向两种。定向天线在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的场合。全向天线在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，其在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大的场合。

但是，现有全向天线的全向性只体现在水平方向上，在垂直方向上却没有辐射(即在振子的轴线方向上辐射为零)，因而并不是真正意义上的“全向”，在应用时造成一定局限。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种全向射频识别标签天线，以解决现有的天线很难实现真正意义上“全向”的问题。

本实用新型提出一种全向射频识别标签天线，包括：

一标签基片；

一谐振回路面电路图案部分，设置在该标签基片上，其进一步包括至少一个谐振回路；

一电路谐振臂面电路图案部分，设置在该标签基片上，其进一步包括至少两个电路谐振臂，该电路谐振臂与该谐振回路面电路图案部分相连，且该电路谐振臂两两对应，并形成一第一平面辐射面；

四个金属谐振臂，均与该谐振回路面电路图案部分相连，该金属谐振臂两两对应，并形成一第二平面辐射面和一第三平面辐射面。

进一步的，该第一平面辐射面、该第二平面辐射面和该第三平面辐射面均相互垂直。

进一步的，该谐振回路面电路图案部分包括：

一环路线；

四个谐振连接线，一端均与该环路线相连；

一标签芯片焊盘，其设置有两个端口，每个端口又包括两个电气连接点，且一个端口的两个电气连接点分别连接两个谐振连接线另一端，与该环路线一起形成一谐振回路，另一端口的两个电气连接点分别连接另两个谐振连接线另一端，与该环路线一起形成另一谐振回路；两个谐振回路的信号相位相差90度左右。

用于连接谐振臂的至少六个辐射连接线，均与该环路线相连。

进一步的，该辐射连接线的数量为8个，且以45°的夹角连接并均匀分布在该环路线的外围。

进一步的，该电路谐振臂面电路图案部分上设置有4个电路谐振臂，4个电路谐振臂和4个金属谐振臂交错连接在8个辐射连接线上。

进一步的，该金属谐振臂包括8条外形线，8条外形线依次首尾相连。

本实用新型还提出一种射频识别标签，包括一外壳、一支架，一个反射面及一全向射频识别标签天线，该反射面设置在外壳内，该支架设置在反射面上，该全向射频识别标签天线设置在该支架上。

进一步的，该反射面为直径125cm的碗形反射面。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：本实用新型的全向射频识别标签天线在3坐标轴都有辐射面，而且对应的辐射臂在每隔45度的相位点均匀分布，其产生的天线有效增益图涵盖球面所有方向，可以称为真正的全向天线。

本实用新型提出的另一种射频识别标签的有效增益是将上述全向射频识别标天线通过反射面的反射增强其在各种介质的表面和内部的应用。

附图说明

图1为本实用新型全向射频识别标签天线的一种等轴测组装图；

图2为本实用新型全向射频识别标签天线的一种等轴测透视图；

图3为图1中谐振回路面电路图案部分部分的平面示意图；

图4为图1中电路谐振臂面电路图案部分部分的平面示意图；

图5为图1中金属谐振臂的结构图；

图6为本实用新型全向射频识别标签天线依附于一种表面上的侧视图；

图7为本实用新型射频识别标签的一种等轴测组装图；

图8为本实用新型射频识别标签的一种等轴测透视图；

图9为本实用新型射频识别标签安装和测试的一种侧视图；

图10为本实用新型射频识别标签安装和测试的一种俯视图。

具体实施方式

以下结合附图具体说明本实用新型。

请参见图1和图2，其分别为本实用新型全向射频识别标签天线的一种等轴测组装图及等轴测透视图，全向射频识别标签天线包括标签基片O1、谐振回路面电路图案部分X1、电路谐振臂面电路图案部分Y1以及四个金属谐振臂F1、F2、F3、F4，谐振回路面电路图案部分X1和电路谐振臂面电路图案部分Y1均设置在标签基片O1上，四个金属谐振臂F1、F2、F3、F4均与谐振回路面电路图案部分X1电性连接。

请参见图3，其为图1中谐振回路面电路图案部分部分的平面示意图，谐振回路面电路图案部分X1包括环路线C1，四个谐振连接线B1、B2、B3、B4，八个辐射连接线D1、D2、D3、D4、E1、E2、E3、E4，以及标签芯片焊盘A1。

标签芯片焊盘A1设置有两个端口，每个端口又包括两个电气连接点，其可以焊接impinj等公司所生产的双端口芯片。第一个端口的一个连接点的焊盘连接于谐振连接线B4的一端，谐振连接线B4的另一端连接环路线C1于相位点PF 1，并通过环路线C1连接到谐振连接线B2于相位点PF3，谐振连接线B2另一端连接第一个端口的另一个连接点的焊盘，从而构成第一个端口的谐振回路。

第二个端口的一个连接点的焊盘连接于谐振连接线B1，谐振连接线B1的另一端连接环路线C1于相位点PF2，并通过环路线C1连接到谐振连接线B3于相位点PF4，谐振连接线B3另一端连接第二个端口的另一个连接点的焊盘，从而构成第二个端口的谐振回路。

两个谐振回路的信号相位相差90度左右。

辐射连接线D1连接环路线C1于相位点PF1，辐射连接线E1连接环路线C1于相位点PH1，辐射连接线D2连接环路线C1于相位点PF2，辐射连接线E2连接环路线C1于相位点PH2，辐射连接线D3连接环路线C1于相位点PF3，辐射连接线E3连接环路线C1于相位点PH3，辐射连接线D4连接环路线C1于相位点PF4，辐射连接线E4连接环路线C1于相位点PH4。其中，相位点定义为：以标签芯片焊盘A1的中心点为圆心，360度的角度相位，相位点PF1～PF4分别相差90度，相位点PH1～PH4分别相差90度，相位点PF1和PH1相差45度。即8个辐射连接线D1、D2、D3、D4、E1、E2、E3、E4以45°的夹角均匀分布在环路线C1的外围。

请参见图4，其为图1中电路谐振臂面电路图案部分部分的平面示意图，电路谐振臂面电路图案部分Y1包括四个电路谐振臂H1、H2、H3、H4。电路谐振臂H1连接到辐射连接线E1于相位点PH1，电路谐振臂H2连接到辐射连接线E2于相位点PH2，电路谐振臂H3连接到辐射连接线E3于相位点PH3，电路谐振臂H4连接到辐射连接线E4于相位点PH4。

请结合参见图1、图2和图3，金属谐振臂F1连接到辐射连接线D1于相位点PF1，金属谐振臂F2连接到辐射连接线D2于相位点PF2，金属谐振臂F3连接到辐射连接线D3于相位点PF3，金属谐振臂F4连接到辐射连接线D4于相位点PF4。

由此可见在本实施例中，金属谐振臂F1对应于金属谐振臂F3，在XZ平面中构成标签天线的一个辐射面(即前述的第二平面辐射面)。金属谐振臂F2对应于金属谐振臂F4，在YZ平面中构成标签天线的一个辐射面(即前述的第三平面辐射面)。电路谐振臂H1对应电路谐振臂H3，电路谐振臂H2对应电路谐振臂H4，在XY平面构成标签天线的辐射面(即前述的第一平面辐射面)。由于标签天线在3坐标轴都有辐射面，而且对应的辐射臂在每隔45度的相位点均匀分布，其产生的天线有效增益图涵盖球面所有方向，可以称为真正的全向天线。

请参见图5，其为图1中金属谐振臂的结构图，金属谐振臂包括8条外形线J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8，金属谐振臂是由其轮廓上的外形线决定其尺寸形状，8条外形线依次首尾相连。其中，外形线J1到外形线J4的距离决定谐振臂谐振频率的大小。一组相互对应的金属谐振臂的外形线J5之间的距离影响的金属谐振臂在谐振回路中容性分量大小。外形线J6到外形线J4的距离影响金属谐振臂容性分量的大小。外形线J3到外形线J7的距离影响对应端口的金属谐振臂感性分量。外形线J2和外形线J8的长度影响金属谐振臂感性分量。

本实用新型全向射频识别标签天线应用极为广泛，将标签天线包裹在球体中，比如网球，台球中，可以在其在空中飞行和桌面滚动过程中，都发挥标签天线的作用，作用距离可达0～3米，如果使用大增益读取器可以达到十几米以上，足够覆盖整个网球场。

标签天线也可以依附于某种表面，如图6所示，表面的类型可以是水面等高介电常数材料表面，也可以是金属等导电材料表面，更可以是泡沫等低介电常数材料表面，几乎所有类型的表面，通过调整天线本体到表面的距离L1，达到良好的射频作用距离。

本实用新型还提出一种射频识别标签，请参见图7和图8，其分别是射频识别标签的一种等轴测组装图及等轴测透视图。射频识别标签包括外壳P1、支架Z1、反射面W1及全向射频识别标签天线，外壳P1内部设置有一层反射面W1，优选直径125cm的碗形反射面，支架Z1设置在反射面W1上，全向射频识别标签天线设置在支架Z1上。支架Z1可以采用弹性材料(如海绵)，以起到缓冲路面震动的作用，并使标签天线到反射面W1保持一定距离。

请参见图9、图10其分别为射频识别标签安装和测试的一种侧视图及俯视图，此射频识别标签设置于地面，距离A为手持机到标签天线的实际测试距离，角度B为实际测试角度。经过测试，其在使用圆极化内置天线(3～4dBi)或者外置线极化天线(5～6dBi)，功率1W情况下的距离A可以达到0到3米左右。距离A为1.3米时的角度B可以达到55～60度以上。性能上可以通过增加反射面面积，增加电路谐振臂和金属谐振臂面积等得到改进，但是基于成本和性能考虑，优选做成直径125mm左右尺寸的碗型反射面。地面标签发射窗口上如果有一层积水，实测的数据会稍微变小，但是不影响标准使用效果。图10中的测试点为标准测试点，但是测试角度并不一定和图3标签中的相位点相互对应。图中测试所用读写器可以装备线极化天线或者圆极化天线。

此标签还可以作为漂浮在水面下的标签使用，只是需要保证天线本体到水面的距离不能太远。否则相当于直接在水中使用，作用距离A会受到比较大的影响。

本实用新型中的相位点将360度的角度相位8等分成45度，但不排除将角度分成更多等分，使标签拥有更多谐振连接线，以连接更多辐射面上的谐振臂(辐射体)，使全向天线的辐射方向更加全面和饱满。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，只要不超出所附权利要求书所述范围，都应落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种全向射频识别标签天线，其特征在于，包括：

一标签基片；

一谐振回路面电路图案部分，设置在该标签基片上，其进一步包括至少一个谐振回路；

一电路谐振臂面电路图案部分，设置在该标签基片上，其进一步包括至少两个电路谐振臂，该电路谐振臂与该谐振回路面电路图案部分相连，且该电路谐振臂两两对应，并形成一第一平面辐射面；

四个金属谐振臂，均与该谐振回路面电路图案部分相连，该金属谐振臂两两对应，并形成一第二平面辐射面和一第三平面辐射面。

2.如权利要求1所述的全向射频识别标签天线，其特征在于，该第一平面辐射面、该第二平面辐射面和该第三平面辐射面均相互垂直。

3.如权利要求1所述的全向射频识别标签天线，其特征在于，该谐振回路面电路图案部分包括：

一环路线；

四个谐振连接线，一端均与该环路线相连；

一标签芯片焊盘，其设置有两个端口，每个端口又包括两个电气连接点，且一个端口的两个电气连接点分别连接两个谐振连接线另一端，并与该环路线一起形成一谐振回路，另一端口的两个电气连接点分别连接另两个谐振连接线另一端，并与该环路线一起形成另一谐振回路；

用于连接谐振臂的至少六个辐射连接线，均与该环路线相连。

4.如权利要求3所述的全向射频识别标签天线，其特征在于，该辐射连接线的数量为8个，且以45°的夹角连接并均匀分布在该环路线的外围。

5.如权利要求4所述的全向射频识别标签天线，其特征在于，该电路谐振臂面电路图案部分上设置有4个电路谐振臂，4个电路谐振臂和4个金属谐振臂交错连接在8个辐射连接线上。

6.如权利要求1所述的全向射频识别标签天线，其特征在于，该金属谐振臂包括8条外形线，8条外形线依次首尾相连。

7.一种射频识别标签，其特征在于，包括一外壳、一支架及一如权利要求1～6任一项所述的全向射频识别标签天线，该外壳底面设置有一层反射面，该支架设置在该外壳的底面上，该全向射频识别标签天线设置在该支架上。

8.如权利要求7所述的地面射频识别标签，其特征在于，该反射面为直径125cm的碗形反射面。

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