CN210515345U - 一种应用于混凝土的双频电子标签 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子标签技术领域，特别是涉及一种应用于混凝土的双频电子标签。本实用新型公开的双频电子标签包括封装外壳和射频卡。封装外壳上设有收容腔，射频卡收容于收容腔内。射频卡中的双频天线包括高频天线和超高频天线，适用于高频和超高频识别。通过调节高频天线线圈的圈数和面积，超高频天线匹配环的形状和大小以及S形折叠单元的弯折次数、高度和角度等参数使双频电子标签的阻抗容易与芯片达到阻抗匹配，以实现最大能量传输，从而增加双频电子标签的识别距离。

Description

一种应用于混凝土的双频电子标签

技术领域

本实用新型涉及电子标签技术领域，特别是涉及一种应用于混凝土的双频电子标签。

背景技术

无线射频识别(RFID)是一种非接触式自动识别技术，它利用无线射频信号识别特定目标并读写相关数据，而无需在识别***与特定目标之间建立机械或光学接触。与传统条形码等识别技术相比，RFID具有识别距离远、读写速度快、环境适应性强、数据存储量大和可同时识别多个物体等诸多优势，广泛应用于零售、物流、交通等领域。

将RFID应用在混凝土构件中，通过对生产的钢筋混凝土构件植入RFID标签进行身份标识，可实现对混凝土构件的项目名称、生产批次、生产厂家、生产时间和出厂时间等多种信息的存储及快速统计。在加强对预拌混凝土生产企业的质量管理，保证混凝土制造质量等方面起到了重要作用。目前，应用于混凝土识别的RFID电子标签存在识别距离较短且只适用于单一电磁波频段的问题。

实用新型内容

本实用新型实施方式主要解决的技术问题是提供一种应用于水泥混凝土的双频电子标签，该电子标签具有存储量大、群读性强和可读距离远的优点，适用于高频和超高频识别。为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种应用于混凝土的双频电子标签。

所述双频电子标签包括：封装外壳和射频卡；

所述封装外壳设有收容腔，所述射频卡收容于所述收容腔内；

所述射频卡包括绝缘基材和芯片线路层，所述芯片线路层设置于所述绝缘基材内部；

所述芯片线路层包括双频芯片、高频天线和超高频天线，所述双频芯片分别连接所述高频天线和所述超高频天线；

所述超高频天线包括矩形匹配环和主辐射体；所述主副射体为变形偶极子天线；

所述偶极子天线的支臂包括S形折叠单元；

所述S形折叠单元包括折叠线和第一连接线，所述第一连接线连接相邻两条所述折叠线的端点，距离所述矩形匹配环最远的折叠线向外扩展形成多边形辐射面。

所述矩形匹配环包括第一馈电端和至少2个U形弯折部，所述第一馈电端和所述至少2个U形弯折部位于矩形匹配环的一条边；

所述高频天线设置于所述矩形匹配环第一馈电端的一侧。

可选的，相邻两条所述折叠线之间还包括第二连接线，所述第二连接线与所述第一连接线互相平行。

可选的，所述S形折叠单元的弯折角度为直角和钝角中的一种或两种。

可选的，所述矩形匹配环包括第一水平边、第二水平边、第一垂直边和第二垂直边，所述第一水平边和所述第二水平边互相平行，所述至少两个U形弯折部设置于第一水平边或者第二水平边；

所述支臂包括第一支臂和第二支臂；

所述第一支臂和所述第二支臂分别连接于所述第三垂直边和所述第四垂直边；或者，所述第一支臂和所述第二支臂连接于所述第一水平边或所述第二水平边中的一条边。

可选的，所述天线为轴对称结构。

可选的，所述高频天线包括外部过渡引线、不少于一圈的环形电感型线圈和导电跳线，所述外部过渡引线设置于所述环形电感线圈最外层线圈以外；

所述外部过渡引线的两个端点分别为第一信号输入端和外端点；

所述环形电感型线圈逐层向内绕线延伸，至最内层线圈结束形成一个内端点，所述环形电感型线圈另一端点为第二信号输入端；

所述导电跳线的两端分别连接所述内端点和所述外端点，所述导电跳线和所述环形电感型线圈之间设有绝缘层。

可选的，

所述第一馈电端包括第三信号输入端和第四信号输入端；

所述双频芯片包括两个超高频管脚和两个高频管脚；

所述两个高频管脚分别连接所述第一信号输入端和所述第二信号输入端，所述超高频管脚分别连接所述第三信号输入端和所述第四信号输入端。

可选的，所述绝缘基材包括至少两层绝缘基材层，所述芯片线路层设置于所述至少两层绝缘基材层之间。

可选的，所述封装外壳包括上壳和下壳，所述上壳和所述下壳经卡扣组件卡扣连接，将所述收容腔封闭。

可选的，所述收容腔设于所述下壳内，所述下壳上还设有限位台阶，所述限位台阶设置于所述收容腔的顶部，限位台阶所在平面与收容腔侧壁互相垂直；

所述限位台阶上设有卡槽，所述限位台阶和所述卡槽用于将上壳固定在所述下壳上。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供的双频电子标签包括封装外壳和射频卡，能植入钢筋混凝土构件并对其进行身份标识。双频电子标签的天线包括高频天线和超高频天线，兼具高频电子标签存储量大以及超高频电子标签群读性强、可读距离远的特点，适用于高频和超高频识别。通过调节高频天线线圈的圈数和面积，超高频天线匹配环的形状和大小以及S形折叠单元的弯折次数、高度和角度等参数使双频电子标签的阻抗容易与双频芯片达到阻抗匹配，以减小回波损耗、实现最大能量传输，从而增加双频电子标签的识别距离。

附图说明

图1是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签的一个实施例中封装外壳下壳的前视图；

图2是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签的一个实施例中封装外壳下壳的后视图；

图3是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签的一个实施例中封装外壳的上壳的前视图；

图4是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签一个实施例中封装外壳上壳的后视图；

图5是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签一个实施例中射频卡的结构示意图；

图6是本实用新型应用于混凝土的双频电子标签一个实施例中双频标签天线的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。此外，属于“水平”和“垂直”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了描述本实用新型或便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供一种双频电子标签，用于混凝土构件的识别。该电子标签包括封装外壳和射频卡300。请参阅图1-4，封装外壳包括下壳100和上壳200，下壳100和上壳200经卡扣组件卡扣连接。如图1所示，下壳100上设有收容腔101，用于收容射频卡300。收容腔101内还设有支撑壁102，用于支撑射频卡300。收容腔101的顶部四周设有限位台阶103，限位台阶103所在平面与收容腔侧壁互相垂直。限位台阶103上设有卡槽104。如图2所示，下壳100底部四周设有安装座105，安装座105中间开设安装通孔，在安装通孔中嵌入螺母可将封装外壳固定于混凝土构件上。如图3所示，上壳200的边缘设有卡扣201，该卡扣201与卡槽103卡扣连接，将收容腔101封闭。该封装外壳具有防水、防尘、防酸、防碱和防碰撞的功能，用于保护射频卡300，增加射频卡300的使用寿命。

请参阅图5，在一些实施例中，射频卡300包括绝缘基材层和芯片线路层303，芯片线路层303设置于绝缘基材的内部。绝缘基材用于承载标签天线400，其材质可以是任意合适的工程塑料，如，聚氯乙烯。在另一些实施例中，射频卡300为分层结构，依次包括第一聚氯乙烯层301、第二聚氯乙烯层302、芯片线路层303、第三聚氯乙烯层304和第四聚氯乙烯层305。其中，芯片线路层303包括双频标签天线400和双频芯片。双频芯片包括两个超高频管脚和两个高频管脚，两个高频管脚连接高频线圈天线410的第一信号输入端411a和第二信号输入端412a。两个超高频管脚连接超高频天线420第一馈电端的第三信号输入端和第四信号输入端。双频芯片具有一定的存储容量，可存储各类目标物品的数据信息，并对标签天线收发信号进行解调、解码、编码和调制等操作。双频芯片可以选择任意合适的型号。例如，可选用EM公司的EM4423芯片，该芯片阻抗值为18-j260，需要标签天线设计达到阻抗值与芯片阻抗值共轭，该标签性能表现最好。芯片具有唯一的识别码，用来存储射频卡300所附着的混凝土构件的信息，如厂商、生产地、生产批次、生产时间、商品材质和尺寸等信息，上述只是举例说明，本实用新型不以此为限。在一些实施例中，射频卡的长度和宽度均为40mm；第一聚氯乙烯层301和第四聚氯乙烯层305的厚度均为0.125mm；第二聚氯乙烯层302和第三聚氯乙烯层304的厚底均为0.25mm。

本实用新型实施例提供的射频卡300可被设计成支持任意一种工作方式的电子标签。例如，有源电子标签、无源电子标签和半无源电子标签。

决定射频卡300性能的关键之一就是双频标签天线400，双频标签天线400的结构决定了天线的输入阻抗特性、天线方向性、天线效率和天线增益等天线参数特性。请参阅图6，本实用新型一实施例提供的双频标签天线400包括高频天线410和超高频天线420。

高频天线410包括外部过渡引线411和不少于一圈的环形电感型线圈412，环形电感型线圈412逐层向内绕线延伸，至最内层线圈结束形成一个内端点，环形电感型线圈412另一端点为第一信号输入端412a。外部过渡引线411设置于环形电感型线圈412最外层线圈以外。外部过渡引线的两个端点分别为第二信号输入端411a和外端点。第一信号输入端412a和第二信号输入端411a组成第二馈电端。导电跳线413的两端分别连接环形电感型线圈412的内端点和外部过渡引线411的外端点，导电跳线413和环形电感型线圈412之间设有绝缘层。在一些实施例中，高频天线的尺寸为20×15mm，线圈圈数为12T，线圈的线宽和线间距分别为0.22mm及0.17mm。

在电流一定的条件下，欲让高频天线410线圈产生较大的磁通量，就必须增大天线的面积和增加天线线圈的圈数，这样会增加天线线圈的电感。当电感增大到一定值时，相对的芯片的匹配电容就需要变小，当电感与芯片内建电容谐振频率远远偏离应用频率13.56MHz时，标签识别距离会出现较大的衰减。高频天线410的面积尺寸并非越大越好，随着其尺寸的变大会产生一些负面影响，如信噪比降低、磁通量盲区增大、天线的匹配难度也增大。而减小高频天线410的尺寸会带来天线增益和工作带宽的变化。

超高频天线420包括匹配环421和主辐射体。其中，主辐射体为变形偶极子天线。偶极子天线的支臂包括S形的第一折叠单元422和第二折叠单元423。S形折叠单元包括折叠线和第一连接线，第一连接线连接相邻两条折叠线的端点。距离匹配环421最远的弯折边向外扩展形成多边形辐射面424和多边形辐射面425。匹配环421的形状为多边形、椭圆形或圆形中的一种。匹配环421上设有第一馈电端。为了增强虚部匹配，在匹配环421上设有线至少2个U形弯折部。在一些实施例中，匹配环为矩形，矩形匹配环421的一条边上对称设有2个U形弯折部，第一馈电端位于2个U形弯折部所在的矩形边上。

本实用新型的变形偶极子天线具有理想的尺寸缩减特性，通过改变弯折次数、弯折高度和弯折角度可以有效地调整天线谐振特性，弯折偶极子天线是实现RFID标签天线小型化的有效途径。匹配环421的感抗用于调整天线阻抗的虚部，通过调整匹配环421的大小可以天线阻抗的虚部。具有S形弯折结构的第一折叠单元422和第二折叠单元423用于减少因为支臂过长引起的反向电流，可以在减小标签天线420尺寸的同时保证标签天线420具有较高的增益。在一些实施例中，为了改善标签天线的辐射效率并调节实部阻抗，在标签天线的第一弯折单元422和第二弯折单元423上，远离匹配环单元421的弯折边向外扩展形成一多边形辐射面。即，在第一弯折单元和第二弯折单元的末端设有多边形辐射面。在本实用新型的另一些实施例中，可以只在第一弯折单元的末端设有多边形辐射面，或者只在第二弯折单元的末端设有多边形辐射面

令折叠单元上第一短接线的条数为折叠单元的弯折次数。第一折叠单元422和第二折叠单元423的弯折次数可以相同也可以不同，且随着弯折次数的增加，标签天线的谐振频率不断下降，其谐振点的阻抗也在逐渐下降且与谐振频率的下降趋势一致。在一些实施例中，第一折叠单元422和第二折叠单元423的弯折次数均为5次。

为了对标签的实部阻抗进行微调，在一些实施例中，第一折叠单元422和/或第二折叠单元423上的相邻两条折叠线之间还设置有第二连接线，该第二连接线与第一连接线互相平行。在另一些实施例中，第一连接线与折叠线之间的夹角为直角和钝角中的一种或两种。通过调整第一连接线与折叠线之间的夹角的大小可以调整标签天线420谐振的位置以及特性。

在本实用新型的一些实施例中，矩形匹配环421矩形包括第一水平边、第二水平边、第一垂直边和第二垂直边，其中第一水平边和所述第二水平边互相平行。第一支臂110和第二支臂120分别连接于第三垂直边和所述第四垂直边。或者，第一支臂和第二支臂连接于第一水平边或第二水平边中的一条边。

在一些实施例中，超高频标签天线420为轴对称结构，第一折叠单元和第二折叠单元上，互相间隔的每两条短接线位于同一直线上。匹配环421、和折叠单元的线宽相等。为了使电磁波达到最佳的功率传送，该超高频标签天线420第一馈电点的位置设置于标签天线420的对称轴上。第一馈电点用于和芯片连接，第一馈电点的位置决定双频芯片的位置。超高频标签天线420的阻抗为其输入端电压与电流的比值，由于超高频标签天线420上各点的电压和电流的分配不尽相同，各点的阻抗值也不相同，其中第一馈电点的阻抗很重要。第一馈电点从中间将信号馈入，在超高频标签天线420的支臂上产生一定的电流分布，从而在超高频标签天线420周围空间激发起电磁场。

在本实用新型的一实施例中，超高频标签天线420的长度为33mm，宽度为13mm，线宽为0.75mm。标签天线400为轴对称结构，且其线宽为1mm。超高频标签天线420的中间位置设置有一边设有两个U形弯折部的矩形匹配环421，该矩形匹配环421的长度为11.45mm，宽度为11mm。矩形匹配环上，第一馈电点所在的水平边经过3次弯折，形成两个U型弯折部，其弯折角度90°。U型弯折部的高度为3.88mm，U型弯折部上两条折叠线之间的间距为0.75mm。第一折叠单元422和第二折叠单元423的弯折次数均为5次，弯折角度为90°，每两条弯折边之间的距离为0.75mm。距离矩形匹配环421最近的折叠线与矩形匹配环421之间的间距为0.75mm。第一折叠单元422和第二折叠单元121上，互相间隔的第一连接线与矩形匹配环421上U折叠单元所在的水平边位于同一直线上。标签天线弯折单元一端，远离匹配环单元的弯折边向外扩展2.77mm形成一个矩形辐射面。第一折叠单元422和第二折叠单元423上靠近匹配环421的折叠线通过弯折角度为90°的折线与矩形匹配环421连接。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述双频电子标签包括：封装外壳和射频卡；

所述封装外壳设有收容腔，所述射频卡收容于所述收容腔内；

所述射频卡包括绝缘基材和芯片线路层，所述芯片线路层设置于所述绝缘基材内部；

所述芯片线路层包括双频芯片、高频天线和超高频天线，所述双频芯片分别连接所述高频天线和所述超高频天线；

所述超高频天线包括矩形匹配环和主辐射体；所述主辐射体为变形偶极子天线；

所述偶极子天线的支臂包括S形折叠单元；

所述S形折叠单元包括折叠线和第一连接线，所述第一连接线连接相邻两条所述折叠线的端点，距离所述矩形匹配环最远的折叠线向外扩展形成多边形辐射面；

所述矩形匹配环包括第一馈电端和至少2个U形弯折部，所述第一馈电端和所述至少2个U形弯折部位于矩形匹配环的一条边；

所述高频天线设置于所述矩形匹配环第一馈电端的一侧。

2.根据权利要求1所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，相邻两条所述折叠线之间还包括第二连接线，所述第二连接线与所述第一连接线互相平行。

3.根据权利要求1所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述S形折叠单元的弯折角度为直角和钝角中的一种或两种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述矩形匹配环包括第一水平边、第二水平边、第一垂直边和第二垂直边，所述第一水平边和所述第二水平边互相平行，所述至少两个U形弯折部设置于第一水平边或者第二水平边；

所述支臂包括第一支臂和第二支臂；

所述第一支臂和所述第二支臂分别连接于所述第一垂直边和所述第二垂直边；或者，所述第一支臂和所述第二支臂连接于所述第一水平边或所述第二水平边中的一条边。

5.根据权利要求4所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述天线为轴对称结构。

6.根据权利要求4所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述高频天线包括外部过渡引线、不少于一圈的环形电感型线圈和导电跳线，所述外部过渡引线设置于所述环形电感型线圈最外层线圈以外；

所述外部过渡引线的两个端点分别为第一信号输入端和外端点；

所述环形电感型线圈逐层向内绕线延伸，至最内层线圈结束形成一个内端点，所述环形电感型线圈另一端点为第二信号输入端；

所述导电跳线的两端分别连接所述内端点和所述外端点，所述导电跳线和所述环形电感型线圈之间设有绝缘层。

7.根据权利要求6所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述第一馈电端包括第三信号输入端和第四信号输入端；

所述双频芯片包括两个超高频管脚和两个高频管脚；

所述两个高频管脚分别连接所述第一信号输入端和所述第二信号输入端，所述超高频管脚分别连接所述第三信号输入端和所述第四信号输入端。

8.根据权利要求1所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述绝缘基材包括至少两层绝缘基材层，所述芯片线路层设置于所述至少两层绝缘基材层之间。

9.根据权利要求1所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述封装外壳包括上壳和下壳，所述上壳和所述下壳经卡扣组件卡扣连接，将所述收容腔封闭。

10.根据权利要求9所述的应用于混凝土的双频电子标签，其特征在于，所述收容腔设于所述下壳内，所述下壳上还设有限位台阶，所述限位台阶设置于所述收容腔的顶部，所述限位台阶所在平面与收容腔侧壁互相垂直；

所述限位台阶上设有卡槽，所述限位台阶和所述卡槽用于将所述上壳固定在所述下壳上。

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