柔性甚高频RFID标签天线及其调整方法与流程

本发明属于标签天线
技术领域：
，具体涉及一种柔性甚高频rfid标签天线及其调整方法。
背景技术：
：随着物联网的快速发展，自动识别技术广泛应用于生产制造、物流通讯以及军事等许多的领域中。识别技术具有唯一性以及不易复制性，并且，该技术能否广泛应用，最关键的因素是低成本。相比于条形码，rfid技术具有识别距离远、读写效率高、易与互联网和无线通信网络相结合的特点。rfid技术具有特别的读写方式，可以在电子标签里写入大量的自定义信息，同时进行编码，然后将标签贴附到被追踪的目标物体上，间接管理贴在产品上的标签信息。传统的标签的介质基板采用的是硬质基板，如覆铜板等，这样的标签天线尺寸较大，成本较高，而且不能贴合曲面使用，无法应用于可穿戴的工程中去。并且大部分的传统弯折偶极子天线以矩形环或者蛇形环向内弯折达到小型化，不能够再增加天线臂的长度。随着rfid标签在工业中的迅速发展，对标签天线的性能、低成本、小型化以及环境友好方面的要求越来越高。通过改变天线的形状结构来实现小型化，比如弯折偶极子方法这样往往会导致天线增益和辐射效率的降低等问题。并且越来越多的新型原材料被运用在天线的研究里，以实现天线质地柔软，能够贴合曲面使用。因此，rfid标签在柔性衬底上的原型技术和天线的结构上的改进变得越来越重要。技术实现要素：针对现有技术中的不足，本发明提供了一种弯折的偶极子天线能够满足小型化的同时仍能够满足较高的增益、较远的阅读距离，且具备的频率范围更广的柔性甚高频rfid标签天线。本发明的第二个目的是提供一种上述标签天线的调整方法。为达到上述目的，本发明的解决方案是：一种柔性甚高频rfid标签天线，其包括：介质基板、t型匹配阻抗模块和矩形辐射环；介质基板，用于附着t型匹配阻抗模块和矩形辐射环；矩形辐射环围绕t型匹配阻抗模块呈对称分布，矩形辐射环的最外侧垂直臂设有第一凹臂、第一凸臂和第二凹臂，第一凹臂和第二凹臂以第一凸臂对称布置，以此增加矩形辐射环的天线臂的长度；矩形辐射环的其余部分向内弯折逐渐变小并延伸数圈，使得矩形辐射环小型化。优选地，在矩形辐射环的最外侧垂直臂上，第一凹臂和第二凹臂向内移动的距离为1±0.1mm，第一凸臂向外移动的距离为1±0.1mm。优选地，标签天线的总长度为52.7±0.1mm，t型匹配阻抗模块的长度为15±0.1mm，宽度为7.6±0.1mm，矩形辐射环中相邻矩形环的间距为2±0.1mm，矩形辐射环的第一弯折的高度为5±0.1mm，矩形辐射环弯折臂的宽度为1±0.1mm，矩形辐射环最内侧矩形环的宽度为5±0.1mm，t型匹配阻抗模块与其相邻的矩形辐射环的间距为2±0.1mm。优选地，t型匹配阻抗模块的中心安装有馈电端口，馈电端口的宽度为1.5±0.1mm，馈电端口上安装有芯片。优选地，介质基板的材质为织物棉布，介电常数为1.419，厚度为0.6556mm。优选地，柔性甚高频rfid标签天线的材质为软铜皮，厚度为0.1mm。优选地，柔性甚高频rfid标签天线的长度为52.7±0.1mm，宽度为15±0.1mm，厚度为0.6±0.1mm。一种上述的柔性甚高频rfid标签天线的调整方法，其包括如下步骤：提供软铜皮、介质基板、t型匹配阻抗模块和矩形辐射环；通过打印机在软铜皮上打印出天线模型，将其固定在介质基板上，以t型匹配阻抗模块为中心对称布置矩形辐射环，然后采用电烙铁将芯片进行焊接，最后进行阅读测量。由于采用上述方案，本发明的有益效果是：第一、本发明的柔性甚高频rfid标签天线采用了弯折的矩形环来缩小天线的尺寸，且采用的材料是软铜皮，介质基板为织物棉布，在合理的弯折结构上，能够实现天线的柔性化，这远远薄于一般的标签天线，此天线不仅达到小型化，而且满足可穿戴性能，这样能够使天线在佩戴过程中实现舒适性，有利于扩大天线的应用领域，因此，该天线具有柔软和尺寸小等特点。第二、本发明的柔性甚高频rfid标签天线不需要蚀刻，无污染，工艺流程短，制造成本低和制作过程简单，可以很快进行生产应用。第三、本发明的柔性甚高频rfid标签天线的结构完全对称，左右辐射性能一致，便于仿真优化，并且能够实现较高增益和较远阅读距离，工作频带覆盖了超高频段，可读取频率范围广。附图说明图1为本发明的柔性甚高频rfid标签天线的结构示意图。图2为本发明的柔性甚高频rfid标签天线的输入阻抗示意图。图3为本发明的柔性甚高频rfid标签天线的回波损耗示意图。图4为本发明的柔性甚高频rfid标签天线的3d辐射方向图。附图标记：介质基板1、t型匹配阻抗模块2、馈电端口21、矩形辐射环3、第一凹臂31、第一凸臂32和第二凹臂33。具体实施方式本发明提供了一种柔性甚高频rfid标签天线及其调整方法。<柔性甚高频rfid标签天线>本发明的柔性甚高频rfid标签天线采取具有凹凸臂的矩形辐射环和t型匹配阻抗模块的结合，这样能够增加天线臂长度并减少天线尺寸面积，而且还能够有效地解决因弯折结构导致天线的增益和效率降低的问题，其中，t型匹配阻抗模块用来调节天线的输入阻抗以达到与芯片共轭匹配，从而实现了最大的功率交换。如图1所示，柔性甚高频rfid标签天线包括：介质基板1、t型匹配阻抗模块2和矩形辐射环3；其中，介质基板1用于附着t型匹配阻抗模块2和矩形辐射环3；矩形辐射环3围绕t型匹配阻抗模块2呈对称分布，使得天线的结构完全对称，左右辐射性能一致，从而便于仿真化，并且能够实现较高的增益和较远的阅读距离；本实施例的矩形辐射环3的最外侧垂直臂设有第一凹臂31、第一凸臂32和第二凹臂33，第一凹臂31和第二凹臂33以第一凸臂32对称布置，以此增加矩形辐射环3的天线臂的长度，达到1/4波长要求并且在不缩短长度的情况下尽量减少尺寸面积，且还能够有效解决因弯折结构导致天线的增益和效率降低的问题，其中t型匹配阻抗模块2用来调节天线的输入阻抗以达到与芯片共轭匹配；矩形辐射环3的其余部分向内延伸至t型匹配阻抗模块2中调节臂的2mm处，反转方向，再向外延伸，然后以矩形逐渐变小延伸两圈，从而使得矩形辐射环3小型化，此构造结构的弯折偶极子在能够保证天线小型化的同时使得增益和阅读距离尽可能高。本发明的具体实施例中，在矩形辐射环3的最外侧垂直臂上，第一凹臂31和第二凹臂33向内移动的距离为1mm，第一凸臂32向外移动的距离为1mm。本实施例天线的各项参数描述如下。标签天线的总长度a为52.7±0.1mm，t型匹配阻抗模块2的长度b为15±0.1mm，宽度a1为7.6±0.1mm，矩形辐射环3中相邻矩形环的间距w2为2±0.1mm，矩形辐射环3的第一弯折的高度b1为5±0.1mm，矩形辐射环3弯折臂w1的宽度为1±0.1mm，矩形辐射环3最内侧矩形环的宽度w4为5±0.1mm，t型匹配阻抗模块2与其相邻的矩形辐射环3的间距w3为2±0.1mm。通过调节t型匹配阻抗模块2，可以有效地改变天线的阻抗和谐振频率，随着a1长度的增加，可以提高天线的输入阻抗，且天线的谐振频点也增加，b对于输入阻抗的变化率较小，因此可以调节b对天线的输入阻抗进行微调。根据传输线原理，通过分析得出阻抗调节臂a1、b与天线阻抗的关系，通过调节a1和b的参数值，可以找到最佳的阻抗匹配点。如图2所示，通过hfss优化设计，得出在a1＝7.6mm、b＝15mm时天线的谐振频率在915mhz下，并且该点的回波损耗为-14.9db。在本发明的具体实施例中，t型匹配阻抗模块2的中心点安装有馈电端口21，因此t型匹配阻抗模块2能够很有效地调节天线的阻抗，以达到与芯片良好的共轭匹配，实现了最大的功率交换，馈电端口21的宽度g为1.5±0.1mm，馈电端口21上安装有芯片。本实施例采用alienhiggs-4芯片进行馈电，该芯片在915mhz的输入阻抗约为18-j181ω，然后由t型匹配阻抗模块2进行调节，使得该天线与芯片在915mhz达到良好匹配。如图3所示，天线的阻抗为19+j183ω，可见其阻抗十分接近芯片的输入阻抗了，即天线和芯片能够达到良好的阻抗匹配，从而实现天线与芯片之间最大功率传输。总之，经过hfss对天线进行建模仿真以及参数的优化设计，使该标签天线能够在915mhz下达到良好的阻抗匹配，并且实现最大的功率交换，从而使得该天线能够很好地工作在超高频段上。在本发明的具体实施例中，介质基板1的材质为织物棉布，采用此种织物棉布能够实现标签天线的柔性化，因此，其质地柔和，能够贴合曲面以达到与人体共形，也可以用于可穿戴的实际应用中，并且能够不影响天线的辐射性能；其介电常数为1.419，厚度为0.6556mm。在本发明的具体实施例中，柔性甚高频rfid标签天线的材质为软铜皮，厚度为0.1mm，具有低成本和易加工等特点。因此，该天线具有柔性化、可穿戴和成本低等特点。在本发明的具体实施例中，柔性甚高频rfid标签天线的长度为52.7mm，宽度为15mm，厚度为0.6mm。<柔性甚高频rfid标签天线的调整方法>本发明的柔性甚高频rfid标签天线的调整方法包括如下步骤：提供软铜皮、介质基板、t型匹配阻抗模块和矩形辐射环；通过打印机在软铜皮上打印出天线模型，将其固定在介质基板上，以t型匹配阻抗模块为中心对称布置矩形辐射环，然后采用电烙铁将芯片进行焊接，最后进行阅读器测量。本实施例的柔性甚高频rfid标签天线在不同频段下进行测量，得出以下最大阅读距离，如表1所示：表1：rfid标签天线在不同频段下的测量数据频率/mhz距离/m频率/mhz距离/m903.2512915.2514.1905.2513.1917.2513.6907.2514.4919.2512.5909.2512.5921.2510.9911.2511923.2512.3913.2513.2925.2514由上表可知，本发明的柔性甚高频rfid标签天线能够在903-925mhz下正常工作，并且阅读距离为10-14m，由于环境以及人工制作的因素，最大阅读距离不在915mhz，但是不影响标签天线的整体应用性能，其误差在可接收的范围内。如图4所示，本发明的柔性甚高频rfid标签天线的增益超过1.5db，从而有利于实现较远的传输距离。将本发明的rfid标签天线连接阅读器，测量出天线的阅读距离为10-14m，从而满足了读取要求。总之，本发明的柔性甚高频rfid标签天线具有柔软、尺寸小、工作频段宽和读取距离远等特点，且其还能够实现较高增益和较远阅读距离，工作频带覆盖了超高频段，可读取频率范围广。上述对实施例的描述是为了便于该
技术领域：
的普通技术人员能理解和使用本发明。熟悉本领域技术人员显然可以容易的对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中，而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例。本领域技术人员根据本发明的原理，不脱离本发明的范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。当前第1页12