一种超高频柔性抗金属干扰电子标签的制作方法

本技术涉及电子标签领域，尤其涉及一种超高频柔性抗金属干扰电子标签。

背景技术：

1、随着无线射频识别（rfid）技术的不断发展，超高频rfid电子标签凭借其远距离识别、批量识别、快速读取等优势，在仓储物流、资产管理、车辆管理等领域得到了广泛应用。然而，在实际应用环境中，超高频rfid电子标签经常需要贴附在各种含有金属材质的被识别物体表面。

2、常见的超高频rfid电子标签通常采用刚性pcb材质的电极式天线，如偶极子天线或微带贴片天线。这些天线在自由空间中具有确定的辐射方向图和固有阻抗。

3、当电子标签贴附在含有金属材质的物体表面时，天线电极与金属表面之间会产生电磁耦合，改变天线的电流分布，导致天线的输入阻抗发生变化，会在一定程度上改变天线固有的辐射方向图，使得标签的能量吸收和信号反射特性恶化，在某些方向上的读取盲区明显增大。

技术实现思路

1、本技术提供了一种超高频柔性抗金属干扰电子标签，用于提升在金属环境下的抗干扰性能。

2、第一方面，本技术提供了一种超高频柔性抗金属干扰电子标签，包括一个柔性基底；一个设置在该柔性基底上的主天线，该主天线为折叠式微带天线结构，工作频率为860mhz~960mhz的超高频rfid频段，具有一个馈电点；至少两个设置在该主天线两侧的寄生天线，该寄生天线与该主天线平行设置，并与该主天线保持一定间距；至少两个与该寄生天线相连的可变电容二极管，每个该寄生天线连接一个该可变电容二极管，该可变电容二极管的另一端连接至该柔性基底上的地平面；一个设置在该主天线馈电点附近的耦合强度检测电路，用于检测该主天线与周围环境之间的电磁耦合强度；一个设置在该柔性基底上的容值控制电路，该容值控制电路分别与该耦合强度检测电路和该可变电容二极管连接，用于基于该耦合强度检测电路输出的电磁耦合强度信号调整该可变电容二极管的电容值；一个设置在该主天线的馈电点处的rfid芯片；一个设置在该rfid芯片和该主天线之间的匹配电路，用于优化该rfid芯片和该主天线之间的阻抗匹配；该rfid芯片通过装联工艺与该匹配电路电连接，该匹配电路与该主天线集成在该柔性基底上；该寄生天线与该主天线无电连接，通过电磁耦合方式与该主天线连接，用于调整该主天线的辐射方向图。

3、通过采用上述技术方案，一方面通过设置柔性基底和折叠式微带天线，使电子标签具有良好的柔韧性，可以贴附在不规则曲面上；另一方面通过设置寄生天线和可变电容二极管，可以根据电子标签所处环境的电磁耦合强度动态调整寄生天线的电容值，进而调整主天线的辐射方向图，减小某些方向上的读取盲区。同时，通过在主天线馈电点附近设置耦合强度检测电路，实时检测主天线与周围环境的电磁耦合强度，并将检测结果反馈给容值控制电路，实现寄生天线电容值的自适应调整。此外，通过在rfid芯片和主天线之间设置匹配电路，可以优化芯片与天线的阻抗匹配，提高电子标签的能量吸收效率。综上所述，本技术提供的超高频柔性抗金属干扰电子标签能够自动适应复杂多变的金属环境，克服天线阻抗失配和辐射盲区增大等问题，提升了在金属环境下的抗干扰性能。

4、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该耦合强度检测电路，具体包括：一个运算放大器，其反相输入端通过一个第一分压电阻连接到该主天线的馈电点，同相输入端通过一个第二分压电阻连接到地；两个肖特基二极管，其阳极分别连接该主天线的馈电点和该运算放大器的反相输入端，阴极相互连接并接地；该运算放大器的输出端连接该容值控制电路，用于将该主天线馈电点的电压变化转换为控制信号。

5、通过采用上述技术方案，耦合强度检测电路利用运算放大器和分压电阻，将主天线馈电点的电压变化转换为与电磁耦合强度相关的控制信号。其中，反相输入端和同相输入端分别通过分压电阻连接到馈电点和地，使运放工作在电压跟随器模式，输出电压等于馈电点电压。同时，两个肖特基二极管分别连接馈电点和运放反相端并接地，起到限幅保护作用，防止过大的输入电压损坏运放。运放输出端连接容值控制电路，将检测到的耦合强度信号传递给控制电路，实现寄生天线电容值的动态调整。通过上述电路结构，耦合强度检测电路能够实时、准确地检测主天线与周围环境的电磁耦合强度变化，为寄生天线的自适应调谐提供可靠的控制信号，进而优化主天线的辐射性能，提高电子标签在复杂金属环境中的读取稳定性。

6、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该第一分压电阻和第二分压电阻的阻值比为1：1.

7、通过采用上述技术方案，将第一分压电阻和第二分压电阻的阻值比设置为1：1，可以确保运算放大器的同相输入端和反相输入端的直流电位相等，使运放工作在最佳的线性区间内。这样可以提高运放的共模抑制比和电压跟随精度，使其能够准确地将主天线馈电点的电压变化转换为与电磁耦合强度相关的控制信号，减小检测误差。

8、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该容值控制电路，具体包括：一个限幅二极管，其阳极连接该耦合强度检测电路的输出端，阴极连接一个控制电压输出端；一个分压电阻，其一端连接该限幅二极管的阴极，另一端接地，用于将该耦合强度检测电路的输出电压转换为控制电压；该控制电压输出端分别连接该可变电容二极管的控制端。

9、通过采用上述技术方案，容值控制电路利用限幅二极管和分压电阻，将耦合强度检测电路输出的电压信号转换为适合可变电容二极管控制端的调谐电压。其中，限幅二极管的阳极连接检测电路输出端，阴极连接控制电压输出端和分压电阻，起到过压保护作用，防止过高的检测电压损坏可变电容二极管。分压电阻一端连接限幅二极管阴极，另一端接地，用于将检测电压转换为可变电容二极管所需的控制电压范围。控制电压输出端分别连接各个可变电容二极管的控制端，根据检测到的耦合强度信号动态调整寄生天线的电容值，进而优化主天线的辐射方向图。通过上述电路结构，容值控制电路能够根据实时检测到的电磁耦合强度，自适应地调整寄生天线的电容值，使主天线的辐射性能动态优化，减小读取盲区，提高电子标签在复杂金属环境中的适用性和可靠性。

10、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该限幅二极管的击穿电压不大于该可变电容二极管的最大控制电压；该分压电阻的阻值大于该可变电容二极管的内阻的100倍。

11、通过采用上述技术方案，将限幅二极管的击穿电压设置为不大于可变电容二极管的最大控制电压，可以确保容值控制电路输出的控制电压始终在可变电容二极管的安全工作范围内，防止过高电压导致器件损坏。同时，将分压电阻的阻值设置为大于可变电容二极管内阻的100倍，可以保证大部分检测电压降落在分压电阻上，而非可变电容二极管内部，减小了可变电容二极管两端的电压变化，提高了容值控制的精度和稳定性。此外，高阻值的分压电阻还起到限流作用，防止过大电流对可变电容二极管造成损伤。

12、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该主天线的折叠式微带天线结构，具体包括：一个矩形辐射片，其长度约为工作波长的1/4；一条馈电线，连接该辐射片的一端与该主天线的馈电点；两条对称的折叠臂，分别连接该辐射片的两个角点，并向该馈电线的方向折叠。

13、通过采用上述技术方案，主天线采用长度约为1/4工作波长的矩形辐射片，可以在相对紧凑的尺寸下获得良好的辐射效率和增益。馈电线连接辐射片的一端与馈电点，为天线提供激励信号。两条对称的折叠臂分别连接辐射片的两个角点，并向馈电线方向折叠，形成闭合的电流回路。这种折叠式微带天线结构一方面可以延长天线的电流路径，降低谐振频率，减小天线尺寸；另一方面，折叠臂的引入增加了天线的电长度，提高了天线的带宽和增益。此外，折叠臂的对称布置有助于改善天线的极化特性和方向图对称性，减小旁瓣和交叉极化辐射。

14、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，两条该折叠臂的长度之和约等于该辐射片长度的一半，且两条折叠臂关于该馈电线对称。

15、通过采用上述技术方案，将两条折叠臂的长度之和设置为辐射片长度的一半，可以在提高天线电长度的同时，避免折叠臂过长导致的阻抗不连续和高阶模激励等问题。同时，两条折叠臂关于馈电线对称布置，有助于保持天线辐射方向图的对称性，减小交叉极化辐射，提高天线的极化纯度。此外，折叠臂与辐射片和馈电线的连接位置也经过优化设计，避免了阻抗不匹配和电流分布不均匀的问题，确保天线在整个工作频段内具有稳定的输入阻抗和辐射特性。

16、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，两个该寄生天线分别位于该主天线的两侧，其长度与该主天线的长度相等；该寄生天线与该主天线的间距不大于5mm。

17、通过采用上述技术方案，将两个寄生天线分别置于主天线两侧，并与主天线保持相等的长度，可以通过电磁耦合效应在寄生天线中感应出与主天线相似的电流分布，从而形成与主天线相似的辐射贡献。同时，限制寄生天线与主天线的间距不大于5mm，可以确保足够强的耦合效应，使寄生天线对主天线辐射方向图的调控更加有效。在实际应用中，通过改变寄生天线的电容值，可以动态调整寄生天线与主天线的电流相位关系，进而在水平面内改变主天线辐射方向图的指向性，减小某些方向上的辐射盲区。此外，寄生天线的引入还起到平衡主天线电流分布的作用，有助于抑制高阶模的激励，提高天线的极化纯度和方向图对称性。

18、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，该匹配电路包括：一个串联电感，连接在该rfid芯片和该主天线的馈电点之间；一个并联电容，并联在该rfid芯片两端。

19、通过采用上述技术方案，匹配电路采用串联电感和并联电容的结构，可以在较宽的频带内实现rfid芯片与主天线的共轭阻抗匹配。其中，串联电感连接在芯片和主天线馈电点之间，用于补偿芯片电容性阻抗，降低谐振频率；并联电容并联在芯片两端，用于调节芯片阻抗的实部，提高阻抗匹配精度。良好的阻抗匹配还有助于抑制天线端口的反射，减小信号损耗，提高电子标签的辐射效率和通信距离。

20、结合第一方面的一些实施例，在一些实施例中，柔性基底采用pet材料制成，其相对介电常数不大于3.5，厚度小于0.1mm；该耦合强度检测电路、容值控制电路、rfid芯片和匹配电路集成在该主天线馈电点的周围区域，其面积不大于5mm×5mm。

21、通过采用上述技术方案，选用pet材料制作柔性基底，可以获得优异的力学性能和电学性能。pet材料具有良好的柔韧性和抗弯折性能，能够承受多次弯曲变形而不产生永久性损伤，使电子标签能够可靠地贴附在各种曲面上。同时，将pet基底的厚度控制在0.1mm以下，可以进一步提高标签的柔韧性和贴附适应性。此外，pet材料还具有优异的电绝缘性能和较低的介电常数，其相对介电常数在3.5以下。较低的介电常数有助于减小天线基底对电磁波的衰减和相移，提高天线辐射效率，降低介质损耗。将耦合强度检测电路、容值控制电路、rfid芯片和匹配电路高度集成在主天线馈电点周围的5mm×5mm区域内，可以最大限度地减小寄生效应和互连损耗，简化标签结构，提高装配效率。