CN107092955A - 一种阻抗调节标签天线及电子标签 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阻抗调节标签天线及电子标签，该标签天线包括：金属反射底板(1)、天线主体(2)、引向极板(3)、隔离柱(4)以及固定装置(5)，所述引向极板(3)通过所述固定装置(5)与所述天线主体(2)连接；所述金属反射底板(1)与所述天线主体(2)之间通过所述隔离柱(4)固定。本发明采用金属反射底板和引向极板，具有抗金属干扰的优点，可以用于金属环境下的射频识别。通过调节引向极板位置来调节输入阻抗，操作简单易懂；在不用改变天线主体的前提下，提高了标签使用的可靠性。

Description

一种阻抗调节标签天线及电子标签
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种阻抗调节标签天线及电子标签。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是近年来兴起的一种自动识别技术，射频识别***包括RFID电子标签、RFID读写器。电子标签包括标签天线和标签芯片，标签天线的目标是传输最大的电磁能量进出标签芯片，当标签芯片的输入阻抗和标签天线的输入阻抗共轭时能够实现功率的最大传输。
当标签天线的输入阻抗变化时，假如标签芯片自适应调谐改变自身的输入阻抗，以和标签天线匹配实现功率的最大传输，RFID读写器可以读出此时电子标签的输入阻抗，间接也就读出了标签天线的输入阻抗。如若天线尺寸的某一物理参数和天线输入阻抗相对应，通过以上方式可以读出对应天线物理参数的变化。这种方法可以将RFID标签天线作为传感器使用，探测位移或压力等物理参数。
针对这种应用情况，需要标签天线的输入阻抗可以在一定范围内调节。在专利【201310011465.2】中公开了一种阻抗可调标签天线，该天线包含一个匹配网络，调节匹配网络的高度和宽度时可以调节天线的输入阻抗。但在标签天线加工完成后，匹配网络是不能调节的，因此该方法是针对设计阶段的阻抗调节，在实际使用过程中并不能根据需要实现阻抗调节；在专利【201310119010.2】中，天线中偶极子两臂有一定夹角，通过调整夹角来实现阻抗调谐，该方法实现的天线是二维结构。在专利【201520746791.2】中，采用更换匹配元件的方法实现阻抗调节，无法实现阻抗的实时调节。
专利【201310119010.2】中的阻抗可调节标签天线虽然解决了背面存在金属的干扰，但仍然会受前方金属的干扰；另外，这种天线采用折叠其中一个偶极子臂的方式实现阻抗调节，在外界不断调节天线阻抗的场合会降低使用寿命；而且，作为两维的天线，不适用于位移、压力传感器的元件使用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种能够作为位移、压力传感器等元件使用的标签天线。
为解决以上技术问题，本发明在第一方面提供一种阻抗调节标签天线，其特征在于，包括：金属反射底板(1)、天线主体(2)、引向极板(3)、隔离柱(4)以及固定装置(5)，所述引向极板(3)通过所述固定装置(5)与所述天线主体(2)连接；所述金属反射底板(1)与所述天线主体(2)之间通过所述隔离柱(4)固定。
在一种可能的实现方式中，所述天线主体(2)由电小环天线(21)和弯折偶极子(22)构成，所述弯折偶极子(22)和所述电小环天线(21)以强耦合方式连接；所述电小环天线(21)上分布有馈电点(23)，所述馈电点(23)用于连接标签芯片。
在一种可能的实现方式中，所述馈电点(23)为无浮点型馈电点。
在一种可能的实现方式中，所述引向极板(3)为压力转换引向极板。
在一种可能的实现方式中，所述引向极板(3)为位移转换引向极板。
在一种可能的实现方式中，所述固定装置(5)为弹簧，所述固定装置(5)用于改变引向极板(3)与所述天线主体(2)之间的距离。
在一种可能的实现方式中，所述阻抗调节标签天线的输入阻抗与标签芯片的输入阻抗相共轭。
为解决以上技术问题，本发明在第二方面提供一种电子标签，包括标签芯片以及上述的阻抗调节标签天线。
本发明提出的一种阻抗调节天线及电子标签，采用了金属反射底板和引向极板，具有抗金属干扰的优点，可以用于金属环境下的射频识别。而且通过调节引向极板位置来调节输入阻抗，操作简单易懂；更为重要的是，在不用改变天线主体的前提下，提高了标签使用的可靠性。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1为本发明中标签芯片的等效输入阻抗示意图；
图2为本发明中阻抗调节标签天线的结构示意图；
图3为本发明中天线主体(2)的结构示意图；
图4为本发明中引向极板(3)、天线主体(2)之间相对距离与标签天线输入阻抗的仿真结果示意图；
图5为本发明中引向极板(3)、天线主体(2)之间相对距离与标签芯片电容读取值的关系曲线图；
图6为本发明中引向极板(3)与天线主体(2)之间距离为30mm-65mm时与电容读取值之间的线性拟合关系图。
主要附图标记说明：
1-金属反射底板，2-天线主体，3-引向极板，4-隔离柱，5-固定装置；
21-电小环天线，22-弯折偶极子，23-馈电点。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
本发明提出的一种阻抗调节标签天线及电子标签，是为了适应位移变化改变标签天线阻抗的特定情景，而提出的一种解决方法，本发明提高了标签天线的抗干扰能力，使得标签天线的可靠性高，调节方法简洁高效。
本发明提供的一种阻抗调节标签天线，其输入阻抗的变化范围和自适应标签芯片的输入阻抗调谐范围相匹配，标签天线的物理参数的变化和标签天线输入阻抗的变化是一一对应关系，该标签天线可作为位移、压力传感器使用。
如图1所示，为标签芯片的等效输入阻抗示意图，标签芯片可以等效为可调谐电容Cp和电阻Rp的并联，可调谐电容的变化范围为1.9pF～2.9pF，并联电阻典型值2073Ohm。并联电阻的值足够大，可以忽略。标签天线的输入阻抗应和标签芯片的输入阻抗相共轭，因此标签天线的输入阻抗为感性，其输入并联电感可以等效为电容，其值取负，标签天线输入电容的取值范围为-2.9pF～-1.9pF。在以下描述中，均以等效电容的形式进行解释说明。
如图2所示，为本发明提供的一种阻抗调节标签天线的结构示意图，该标签天线用于超高频RFID无线无源压力传感器中，该标签天线包括：金属反射底板(1)、天线主体(2)、引向极板(3)、隔离柱(4)以及固定装置(5)，所述引向极板(3)、所述固定装置(5)、所述天线主体(2)、所述隔离柱(4)、所述金属反射底板(1)按照从上至下的顺序依次连接；所述引向极板(3)通过所述固定装置(5)与所述天线主体(2)连接；所述金属反射底板(1)与所述天线主体(2)之间通过所述隔离柱(4)固定。
如图3所示，为天线主体(2)的结构示意图。天线主体(2)由电小环天线(21)和弯折偶极子(22)构成，弯折偶极子(22)和电小环天线(21)以强耦合方式连接。电小环天线上的馈电点(23)为无浮点型馈电点，用于连接标签芯片。
引向极板(3)即为引向器，用于引导电波信号。引向器能增强从某一侧方向传来的或向该方向发射出去的电波，在本发明中，引向器采用金属极板的形式实现，因此称为引向极板。
当引向极板(3)和天线主体(2)的相对位置发生变化时，标签天线的输入阻抗会发生相应变化，标签芯片会进行自适应调谐改变自身的输入阻抗，来和标签天线进行阻抗匹配。引向极板(3)相对于天线主体(2)，可以等效为对天线主体(2)进行末端加载，末端加载可以理解为在天线的输入阻抗串联了电容器。引向极板(3)和天线主体(2)相对距离的改变会改变末端加载的大小，从而改变天线主体(2)的输入阻抗。
读写器读取标签芯片的输入阻抗(可等效为电容值)，即可反推计算出引向极板(3)的位置变化。如图6所示，取引向极板(3)和天线主体(2)之间距离在30mm-65mm之间变化时，对电容读取值和距离的关系进行线性拟合，可以得到拟合公式：
C＝-23.819h+266.67
其中，C为读取的电容值(标签芯片的输入阻抗)，h为引向极板(3)与天线主体(2)之间的距离。
由于标签芯片的输入阻抗变化范围是固定的，因此，标签天线的输入阻抗的变化范围必须与之相匹配才能实现所需的功能。为了实现该目标，需要在给定的输入阻抗范围内设计标签天线，并且天线的输入阻抗和引向极板的位移对应关系应该满足单调函数。
在一种可能的实现方式中，所述引向极板(3)为压力转换引向极板。
在一种可能的实现方式中，所述引向极板(3)为位移转换引向极板。压力或重力作用于引向极板(3)时，使引向极板(3)发生位移，从而使得标签天线的输入阻抗发生变化，最终实现该标签天线可以作为压力、位移等物理参量的传感器使用。
在一种可能的实现方式中，所述固定装置(5)为弹簧，所述固定装置(5)用于改变引向极板(3)与所述天线主体(2)之间的距离。
在一种可能的实现方式中，所述阻抗调节标签天线的输入阻抗与标签芯片的输入阻抗相共轭。
通过重力或压力改变引向极板(3)和主体天线(2)之间的距离，会使得标签天线的输入阻抗发生变化。将标签天线作为传感器使用时，引向极板(3)和天线主体(2)之间相对位置的变化范围为20mm～60mm，本领域技术人员应当了解，二者之间的相对位置变化范围不限于此。天线主体(2)和引向极板(3)相距40mm时，在920MHz时标签天线的输入电容约为-2.5pF；相距20mm时标签天线的输入电容接近-2.9pF；相距60mm时标签天线的输入电容接近-1.9pF。
根据上述所说的约束条件，调整金属反射底板(1)与天线主体(2)之间的距离以及天线主体(2)的物理参数，通过电磁仿真调整到合适的范围，引向极板(3)、天线主体(2)之间相对距离与标签天线输入阻抗的仿真结果如图4所示。
经过实际测试，通过读写器可以读取不同引向极板(3)位置下的标签芯片的电容，如图5所示。在20mm～60mm范围内，引向极板(3)、天线主体(2)之间相对距离与标签芯片电容读取值之间的关系是单调函数。即通过电容读取值能够反推出引向极板(3)的位置，因此，该标签天线可以作为位移传感器或压力传感器的核心元件使用。
本发明还提出了一种电子标签，包括标签芯片和以上所述的标签天线。
本发明提出的一种阻抗调节天线及电子标签，采用了金属反射底板和引向极板，具有抗金属干扰的优点，可以用于金属环境下的射频识别。而且通过调节引向极板位置来调节输入阻抗，操作简单易懂；更为重要的是，在不用改变天线主体的前提下，提高了标签使用的可靠性。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

Claims (8)

1.一种阻抗调节标签天线，其特征在于，包括：金属反射底板(1)、天线主体(2)、引向极板(3)、隔离柱(4)以及固定装置(5)，
所述引向极板(3)通过所述固定装置(5)与所述天线主体(2)连接；
所述金属反射底板(1)与所述天线主体(2)之间通过所述隔离柱(4)固定。
2.根据权利要求1所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述天线主体(2)由电小环天线(21)和弯折偶极子(22)构成，所述弯折偶极子(22)和所述电小环天线(21)以强耦合方式连接；
所述电小环天线(21)上分布有馈电点(23)，所述馈电点(23)用于连接标签芯片。
3.根据权利要求2所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述馈电点(23)为无浮点型馈电点。
4.根据权利要求1所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述引向极板(3)为压力转换引向极板。
5.根据权利要求1所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述引向极板(3)为位移转换引向极板。
6.根据权利要求1所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述固定装置(5)为弹簧，所述固定装置(5)用于改变引向极板(3)与所述天线主体(2)之间的距离。
7.根据权利要求6所述的阻抗调节标签天线，其特征在于，所述阻抗调节标签天线的输入阻抗与标签芯片的输入阻抗相共轭。
8.一种电子标签，其特征在于，包括标签芯片以及权利要求1-7任意一项所述的阻抗调节标签天线。
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