CN207149685U - 小型化rfid变形偶极子标签天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种小型化RFID变形偶极子标签天线，涉及标签天线领域，标签天线材料为铜，有两个半封闭的矩形辐射环，矩形辐射环开口边相对，矩形辐射环相对两边的正中位置各延伸出一个铜线，在两个矩形辐射环的外侧分别加一个U形辐射片，每个U形辐射片的两个外拐角处均有削角，由于本实用新型标签天线面积大小与一般条形码相比拟，达到小型化的目标，将传统的直线偶极子经过弯折大大减小了尺寸，弯折的过程中通过调整结构让整体尺寸大大缩小的同时使得增益尽可能高，材料为厚度0.03mm的铜，材料单一且常见，达到低成本的目的，比常见微带形式的标签天线薄，使得本实用新型可以直接贴在目标物体上，使用方便且节省材料。

Description

小型化RFID变形偶极子标签天线

技术领域

本发明涉及标签天线领域，尤其是一种用于偶极子标签天线。

背景技术

人们在长期使用条码之后发现条码有很多弊端，比如识别率比较低，容易被污染。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内，加上电磁波的穿透能力可以实现多个物品一起识别。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与传统的条形码和磁卡相比，RFID标签读取距离更远，读取速度更快、环境适应性更强、携带的物理信息量更多而且使用寿命更长。在现实生活中，射频识别的发展趋势是代替现在的印刷一维码和二维码，对目标物体进行非接触式自动识别，从而自动收集物品的相关信息。

传统的标签天线存在尺寸较大、成本较高、增益较低的问题。工作于915MHz的传统半波偶极子天线(又称半波振子)长度为163.93mm，这个尺寸远大于一般的条形码的长度，这不利于推广应用。

Piyapong Dangkham,Chuwong Phongcharoenpanich,“A compact split ringresonator antenna on paper-based for UHF RFID passive tag”,IEEE Conference onAntenna Measurements&Applications(CAMA),DOI:10.1109/CAMA,Pages:1-4,2015中的UHF RFID标签天线是纸基开口谐振环形式，其在S11<-10dB时的频率范围是920-925MHz，最大读取距离是3.20m,增益是-8.43dB，该天线的增益偏低。天线增益定量地描述了天线把输入功率集中辐射的程度，这与距离没有直接关系，但是在输入功率相同的情况下，天线增益越高在该辐射方向上的距离就越远。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种小尺寸、超薄型、成本低的UHF RFID标签天线。

本发明提出了一种小型化特高频(Ultra High Frequency，UHF)无线射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)变形偶极子标签天线，在传统偶极子天线的基础上改进的，变形的目的是减小天线尺寸，调节天线的阻抗和电抗值。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明所述的小型化RFID变形偶极子标签天线材料为铜，厚度为h，两个半封闭的矩形辐射环宽度为L4，矩形辐射环内部开口边到相对边的长度为L3，矩形辐射环内部的宽度为W7，矩形辐射环开口边的外侧两个削角的长度和宽度分别为L2和W2，矩形辐射环开口边长边的内侧一端有削角，且削角的长度和宽度分别为L6和W6，矩形辐射环带有削角的两个边相对，且两边之间的距离为L7，矩形辐射环相对两边的正中位置各延伸出一个宽度为W3的铜线，铜线顶端相距L5，铜线长度为(L7-L5)/2，铜线顶端中间的位置为馈电位置，一根长为L7宽为W5的铜线将矩形辐射环连接，且铜线连接矩形辐射环开口边短边外侧的顶点，在两个矩形辐射环的外侧分别加一个宽度为W4的U形辐射片，每个U形辐射片的两个外拐角处均有削角，削角的长度和宽度分别为L10和W8，U形辐射片削角处顶点向天线中间位置延伸的长度为L9，两个U形辐射片沿天线中轴线对称，两个U形辐射片相距距离为为L8，整个天线的长度为L1，宽度为W1，即L1＝L8+2(L9+L10)。

本发明所述小型化RFID变形偶极子标签天线的所有削角均为45度削角。

本发明的有益效果在于由于本发明的小型化UHF RFID变形偶极子标签天线面积大小与一般条形码相比拟，达到小型化的目标；将传统的直线偶极子经过弯折大大减小了尺寸，弯折的过程中通过调整结构让整体尺寸大大缩小的同时使得增益尽可能高，材料为厚度0.03mm的铜，材料单一且常见，达到低成本的目的，比常见微带形式的标签天线薄一两个数量级以上，使得本发明所制作的天线在使用时可以直接贴在目标物体上，使用方便且节省材料。

附图说明

图1为本发明的天线结构图。

图2为本发明的天线辐射方向图。

图3为本发明的天线的输入阻抗图。

图4为本发明的天线回波损耗图。

其中，L1—天线的整体长度，L2—矩形辐射环外侧削角长度，L3—矩形辐射环内侧矩形长度，L4—矩形辐射环的宽度，L5—矩形辐射环相对两边正中各延伸出的铜线顶端之间的距离，L6—矩形辐射环内侧削角长度，L7—两个矩形辐射环之间的距离，L8—两个U形辐射片之间的距离，L9—U形辐射片从其切角处向天线中间位置延伸的长度，L10—U形辐射片削角长度，W1—天线的整体宽度，W2—矩形辐射环外侧削角宽度，W3—矩形辐射环相对两边正中各延伸出铜线的宽度，W4—U形辐射片的宽度，W5—两个矩形辐射环开口边之间连接线的宽度，W6—矩形辐射环内侧削角宽度，W7—矩形辐射环内侧矩形宽度，W8—U形辐射片削角宽度，h—天线的厚度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了使天线达到较高的增益，本发明采用了辐射能力好的偶极子天线。但是传统的偶极子天线尺寸过大，为了减小天线的尺寸，本发明采用了折合振子天线的形式，同时在折合振子周围增加了曲折的辐射片，这些措施增加了天线表面电流的路径从而达到了减小天线尺寸的目的。本发明提出的小型化UHF RFID变形偶极子标签天线使用0.03mm厚的铜，不需要传统微带标签天线中的介质材料，这有利于降低材料成本，同时使得天线的剖面更低，使得制作出来的天线实物可以像胶带一样直接粘贴在目标物体上，使用起来更方便。

本发明所述的小型化RFID变形偶极子标签天线材料为铜，厚度为h，两个半封闭的矩形辐射环宽度为L4，矩形辐射环内部开口边到相对边的长度为L3，矩形辐射环内部的宽度为W7，矩形辐射环开口边的外侧两个削角的长度和宽度分别为L2和W2，矩形辐射环开口边长边的内侧一端有削角，且削角的长度和宽度分别为L6和W6，矩形辐射环带有削角的两个边相对，且两边之间的距离为L7，矩形辐射环相对两边的正中位置各延伸出一个宽度为W3的铜线，铜线顶端相距L5，铜线长度为(L7-L5)/2，铜线顶端中间的位置为馈电位置，一根长为L7宽为W5的铜线将矩形辐射环连接，且铜线连接矩形辐射环开口边短边外侧的顶点，在两个矩形辐射环的外侧分别加一个宽度为W4的U形辐射片，每个U形辐射片的两个外拐角处均有削角，削角的长度和宽度分别为L10和W8，U形辐射片削角处顶点向天线中间位置延伸的长度为L9，两个U形辐射片沿天线中轴线对称，两个U形辐射片相距距离为为L8，整个天线的长度为L1，宽度为W1，即L1＝L8+2(L9+L10)。

本发明所述小型化RFID变形偶极子标签天线的所有削角均为45度削角。

本发明提出的中心频率为915MHz的小型化UHF RFID变形偶极子标签天线长度缩短到52mm，该天线大小可以和一般条形码相比拟。制作材料是铜，并且不需要其他介质材料，材料常见并且单一这有利于降低成本。天线厚度远比一般标签天线薄，可以像印刷条形码一样，将该天线印刷在目标物体上，或者在铜箔上根据天线尺寸裁剪出来。另外还要保证天线达到较高的增益以及与标签芯片达到很好的匹配从而实现在小尺寸的情况下达到较远的传输距离，这样就有利于推广到供应链上、生产线自动化、航空包裹、集装箱、后勤管理系统等的管理和应用中。

偶极子天线具有辐射能力好、结构简单、效率高的优点，可以设计成适用于全方位通信的RFID系统，被广泛应用于RFID标签天线的设计，尤其是在远距离RFID系统中。研究表明，端接的、倾斜的、折叠的偶极子天线可以通过选择合适的几何参数来获得所需的输入阻抗，具有增益高、频率覆盖宽和噪声低的优点，性能非常出色，且与传统半波偶极子天线相比尺寸要小很多。

本发明提出的小型化RFID变形偶极子标签天线尺寸是52*24*0.03mm3，厚度0.03mm，材料是铜，天线结构图见图1，在铜片中间馈电，馈电位置位于图1中c所指的位置，其中，L1—天线的整体长度，L2—矩形辐射环外侧削角长度，L3—矩形辐射环内侧矩形长度，L4—矩形辐射环的宽度，L5—矩形辐射环相对两边正中各延伸出的铜线顶端之间的距离，L6—矩形辐射环内侧削角长度，L7—两个矩形辐射环之间的距离，L8—两个U形辐射片之间的距离，L9—U形辐射片从其切角处向天线中间位置延伸的长度，L10—U形辐射片削角长度，W1—天线的整体宽度，W2—矩形辐射环外侧削角宽度，W3—矩形辐射环相对两边正中各延伸出铜线的宽度，W4—U形辐射片的宽度，W5—两个矩形辐射环开口边之间连接线的宽度，W6—矩形辐射环内侧削角宽度，W7—矩形辐射环内侧矩形宽度，W8—U形辐射片削角宽度，h—天线的厚度，详细尺寸见表1：

表1 单位(毫米：mm)

L1	L2	L3	L4	L5	L6	L7	L8	L9	L10
										52	2.38	8	3	2	2	16	4	20.83	3.17
W1	W2	W3	W4	W5	W6	W7	W8	h
										24	2.38	2	4	0.13	2	8	3.17	0.03

本发明提出的小型化UHF RFID变形偶极子标签天线可以通过如下两种方法中任一方法制作：

1)根据本发明提出的结构及尺寸在0.03mm厚的铜箔上进行切割；

2)印刷天线，将天线印刷或打印在纸质或者泡沫基材上面，使用凹印或丝印；

其中印刷天线不需要蚀刻，无明显污染；同时工艺流程短，交期快，制造成本比较低，得到国家相关产业的支持，也代表未来天线发展方向之一。

本发明提出的天线针对的是Philips U-CODE Gen2RFID chip，芯片安装在图1的“c”所指的位置，将安装好的标签天线贴在目标物体上，然后与RFID阅读器可以进行相互通信。

图2是本发明天线的辐射方向图，其中增益达到2.4dB，从而有利于实现较远的传输距离。图3是本发明天线的输入阻抗图，对应的Philips U-CODE Gen2RFID chip在915MHz阻抗是43-j800ohm，天线的输入阻抗是46.37+j799.75ohm，根据阻抗匹配理论，本发明提出的天线能够很好的与标签芯片匹配，从而实现天线与芯片之间最大功率传输。图4是天线的回波损耗图，其中回波损耗S11<-10dB(反射功率/入射功率＝10％)的带宽是911-919MHz，S11<-3dB(反射功率/入射功率＝50％)的带宽是902-929MHz(美国的ISM波段902–928MHz)。

Claims (2)

1.一种小型化RFID变形偶极子标签天线，其特征在于：

所述的小型化RFID变形偶极子标签天线材料为铜，厚度为h，两个半封闭的矩形辐射环宽度为L4，矩形辐射环内部开口边到相对边的长度为L3，矩形辐射环内部的宽度为W7，矩形辐射环开口边的外侧两个削角的长度和宽度分别为L2和W2，矩形辐射环开口边长边的内侧一端有削角，且削角的长度和宽度分别为L6和W6，矩形辐射环带有削角的两个边相对，且两边之间的距离为L7，矩形辐射环相对两边的正中位置各延伸出一个宽度为W3的铜线，铜线顶端相距L5，铜线长度为(L7-L5)/2，铜线顶端中间的位置为馈电位置，一根长为L7宽为W5的铜线将矩形辐射环连接，且铜线连接矩形辐射环开口边短边外侧的顶点，在两个矩形辐射环的外侧分别加一个宽度为W4的U形辐射片，每个U形辐射片的两个外拐角处均有削角，削角的长度和宽度分别为L10和W8，U形辐射片削角处顶点向天线中间位置延伸的长度为L9，两个U形辐射片沿天线中轴线对称，两个U形辐射片相距距离为L8，整个天线的长度为L1，宽度为W1，即L1＝L8+2(L9+L10)。

2.根据权利要求1所述的小型化RFID变形偶极子标签天线，其特征在于：

所述小型化RFID变形偶极子标签天线的所有削角均为45度削角。