一种柔性圆极化RFID标签天线和RFID标签的制作方法

一种柔性圆极化rfid标签天线和rfid标签
技术领域
1.本发明属于rfid标签技术领域，具体地涉及一种柔性圆极化rfid标签天线和rfid标签。


背景技术：

2.射频识别技术(radio frequency identification,rfid)是一种非接触式自动识别技术。射频识别系统由若干标签、一个阅读器和一台主机组成，用于管理信息和服务系统。其中，标签根据使用场景的不同进行有针对性的设计。阅读器用来读取标签和写入信息。软件系统根据不同场景将收集到的数据进一步处理并为人们所使用。
3.rfid技术的发展最早可以追溯至第二次世界大战时期，那时它被用来在空中作战行动中进行敌我识别。直到20世纪60年代，rfid系统开始在商业活动中应用，但是rfid标签受各种因素限制一直没能广泛使用。随着时间发展到21世纪初，rfid技术标准化问题日趋得到重视，rfid产品得到广泛采用，如今标准化问题日趋为人们所重视，rfid产品种类更加丰富，有源、无源及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。
4.迄今为止，已经为射频识别系统提出了许多小型化的标签天线，例如平面曲折线天线、环形馈电天线、改进的折叠偶极天线、具有螺旋带和通孔的单极天线等等。然而，所有上述的小型化标签天线为线极化(lp)。因此，由于读取器和标签之间的偏振失配现象，只有一半的发射功率被标签接收。结果，天线的最大读取范围减小。为了克服这一障碍，圆极化(cp)的概念增加了射频识别标签接收的功率，同时增加了天线的读取范围。
5.近年来，各种类型的具有cp性能的无源rfid标签天线已被大量提出，然而众多天线具有尺寸大、需要高介电基板或多层基板等缺点，这使得天线体积增大。小型化、轻便化一直是标签天线的追求目标。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种柔性圆极化rfid标签天线用以解决上述存在的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种柔性圆极化rfid标签天线，包括柔性介质基板以及设置在柔性介质基板上表面的天线层，天线层包括第一金属臂、第二金属臂、第三金属臂、第四金属臂、第一弯折线、第二弯折线和方形金属环，第一至第四金属臂的末端均为箭头结构，第一至第四金属臂的形状和尺寸均不同，第一至第四金属臂依次设置在方形金属环的四条边外侧，且末端分别垂直于所对应的方形金属环的边向外设置，第一金属臂和第三金属臂构成一对偶极子，第二金属臂和第四金属臂构成另一对偶极子，第一至第四金属臂的始端分别与方形金属环的四个顶角连接，方形金属环的内边设有二向内延伸的金属连接臂，用于与设置在方形金属环中心的芯片的射频端口连接，由芯片给天线层馈电，第一弯折线和第二弯折线均为一边开口的三角形结构，第一弯折线的两端与方形
金属环的第一内边连接，第二弯折线的两端与方形金属环的第三内边连接，第一内边与第三内边相对。
8.进一步的，所述第一金属臂和第三金属臂均包括一直线状的主干，主干的始端与方形金属环的一顶角连接，主干与其所对应的方形金属环的边垂直设置，主干的两侧设有多个倾斜向外延伸的支臂。
9.更进一步的，所述主干的始端部的一侧设有两个依次向外间隔设置的耦合方形金属片，两个耦合方形金属片的大小不同。
10.进一步的，所述第二金属臂和第四金属臂均包括一具有弯折线结构的主干，主干的始端与方形金属环的一顶角连接，主干末端的两侧设有多个倾斜向外延伸的支臂。
11.进一步的，所述天线层采用铜材料制成。
12.进一步的，所述柔性介质基板采用pet材料制成。
13.更进一步的，所述柔性介质基板的厚度为50μm。
14.进一步的，所述芯片在915mhz频率条件下的阻抗为16-j140欧姆。
15.进一步的，所述金属连接臂为弯折线结构，芯片两端的射频端口分别通过二金属连接臂与方形金属环的两个相对内角连接。
16.本发明还公开了一种rfid标签，该rfid标签的天线采用上述的柔性圆极化rfid标签天线来实现。
17.本发明的有益技术效果：
18.本发明的标签天线结构简单、尺寸紧凑、轻便，圆极化特性和定向辐射性能良好，在上半平面为右旋圆极化，下半平面为左旋圆极化，可以被我国超高频rfid标签天线的应用频段覆盖，实现天线辐射，适合应用在复杂的射频识别系统中。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明具体实施例的柔性圆极化rfid标签天线的结构图；
21.图2是本发明具体实施例的标签天线的反射系数仿真结果示意图；
22.图3是本发明具体实施例的标签天线的轴比带宽仿真结果示意图；
23.图4为本发明具体实施例的标签天线的上半平面的右旋圆极化辐射方向图；
24.图5为本发明具体实施例的标签天线的下半平面的左旋圆极化辐射方向图。
具体实施方式
25.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
26.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
27.如图1所示，一种柔性圆极化rfid标签天线，包括柔性介质基板1以及设置在柔性介质基板1上表面的天线层，天线层包括第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23、第四金属臂24、第一弯折线26、第二弯折线27和方形金属环25，第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24的末端均为箭头结构，且第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24的形状和尺寸均不同，用以实现良好的圆极化特性。
28.第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24依次设置在方形金属环25的第一边251、第二边252、第三边253和第四边254的外侧，且第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24的末端分别垂直于第一边251、第二边252、第三边253和第四边254向外设置，第一金属臂21和第三金属臂23构成一对偶极子，第二金属臂22和第四金属臂24构成另一对偶极子，第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24的始端分别与方形金属环25的四个顶角连接，方形金属环25的内边设有二向内延伸的金属连接臂28，用于与设置在方形金属环25中心的芯片3的二射频端口连接，由芯片3给天线层馈电，第一弯折线26和第二弯折线27均为一边开口的三角形结构，第一弯折线26的两端与方形金属环25的第一边251的内侧(第一内边)连接，第二弯折线27的两端与方形金属环25的第三边253的内侧(第三内边)连接。
29.本具体实施例中，第一金属臂21包括一直线状的主干211，主干211的始端与方形金属环25的一顶角连接，主干211与第一边251垂直设置，主干211的两侧设有多个倾斜向外且朝向第一边251延伸的支臂212；第三金属臂23包括一直线状的主干231，主干231的始端与方形金属环25的一顶角连接，主干231与第三边253垂直设置，主干231的两侧设有多个倾斜向外且朝向第三边253延伸的支臂232。
30.优选的，主干211的始端部的一侧设有两个依次向外间隔设置的耦合方形金属片213，两个耦合方形金属片213的大小不同，两个耦合方形金属片213与主干211靠近且间隔无连接，以进一步提升天线性能；主干231的始端部的一侧设有两个依次向外间隔设置的耦合方形金属片233，两个耦合方形金属片233的大小不同，两个耦合方形金属片233的与主干231靠近且间隔无连接，以进一步提升天线性能。
31.第二金属臂22包括一具有弯折线结构的主干221，主干221的始端与方形金属环25的一顶角连接，主干221末端的两侧设有多个倾斜向外且朝向第二边252延伸的支臂222；第四金属臂24包括一具有弯折线结构的主干241，主干241的始端与方形金属环25的一顶角连接，主干241末端的两侧设有多个倾斜向外朝向第四边254延伸的支臂242。
32.优选的，本具体实施例中，主干221和241的弯折线结构均大致呈矩形脉冲曲线结构，进一步提升天线性能。
33.采用上述第一金属臂21、第二金属臂22、第三金属臂23和第四金属臂24的结构，实现良好的圆极化特性等性能，但并不限于此。
34.本具体实施例中，金属连接臂28为弯折线结构，芯片3两端的射频端口分别通过二金属连接臂28与方形金属环25的两个相对内角连接，进一步提升圆极化特性等。
35.优选的，本具体实施例中，天线层采用铜材料制成，性能好，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，也可以是银、铝等其它金属制成。
36.本具体实施例中，柔性介质基板1优选采用pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料制成，该材料质地柔软，弯曲不易损坏且厚度几乎可忽略，可以实现轻便化，但并不限于此。
37.本具体实施例中，柔性介质基板1的厚度为50μm，更轻便小巧，但并不以此为限。
38.本具体实施例中，芯片3在915mhz频率条件下的阻抗为16-j140欧姆，柔性圆极化rfid标签天线的尺寸为64mm
×
64mm，小巧轻便。
39.本具体实施例的反射系数仿真结果如图2所示，可以看出置于自由空间时的-10db频带为540mhz-1400mhz，并且具备良好的定向辐射性能；轴比带宽仿真结果如图3所示；可以看出置于自由空间的圆极化特性在3db轴比以下的频带为900mhz-930mhz；上半平面的右旋圆极化辐射方向和下半平面的左旋圆极化辐射方向如图4和5所示，可以看出在上半平面为右旋圆极化，下半平面为左旋圆极化。
40.本发明的标签天线结构简单、尺寸紧凑、轻便，实现良好的圆极化特性。置于自由空间的标签的圆极化特性在3db轴比以下的频带为900mhz-930mhz，置于自由空间时的-10db频带为540mhz-1400mhz，并且具备良好的定向辐射性能，在上半平面为右旋圆极化，下半平面为左旋圆极化，可以被我国超高频rfid标签天线的应用频段覆盖，实现天线辐射。
41.本发明还公开了一种rfid标签，该rfid标签的天线采用上述的柔性圆极化rfid标签天线来实现。
42.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。