本发明涉及柔性纺织电子技术领域，特别是涉及一种织物基超高频射频识别天线及制造方法。
背景技术：
随着科学技术的不断发展，我国传统的劳动密集型纺织行业也逐步进入信息化时代，对以rfid(radiofrequencyidentification)标签技术为代表的物联网智能化管理提出了新的挑战。rfid标签相较于纺织行业新近应用的条形码、二维码来说，特别是超高频(uhf，ultrahighfrequency)rfid标签，具有读取速度快、可存储数据大、读取范围大、实现多个同时读取以及可以随时无线更新数据的优点。虽然rfid历经多次技术上与理论上的革新，已发展成为当今社会炙手可热的信息化技术，但面临具体应用目标环境时仍存在很多技术限制。在纺织服装领域，rfid标签用于服装的自动化生产以及仓储管理、渠道管理、单品管理和品牌管理等，要求标签生产成本低、支撑材料最好为纺织纤维材料。
一个基本的rfid标签是由芯片以及耦合的天线和支撑材料组成。一般而言，芯片和导电油墨决定了印刷标签主要成本。在芯片成本几乎不再降低和导电油墨价格居高不下的情况下，减少导电油墨用量是唯一选择。现有的用于纺织服装领域的uhfrfid标签存在种种限制，要么标签相对成本较高，要么穿着舒适性不够，要么天线结构复杂，油墨消耗量太大，且读取距离较小，这些问题将阻碍uhfrfid在纺织服装领域的进一步应用。
当uhfrfid标签应用于纺织服装行业时，要求标签具有结构紧凑性、穿着舒适性、耐用性、美观性和低成本性，目前用于服装上的天线结构不满足这些要求，一些相关的技术解决方案已被提出。中国专利(专利公开号：cn106650896a)《一种服装电子标签及其制作方法》中通过在织唛上采用热压的方法来制作标签天线，四层复合形成电子标签，虽然这种方法制成的标签满足织物基片和耐用特征，但是制作工艺复杂，柔软性差，并且采用的是弯折型偶极子，油墨消耗量较大。中国专利(专利公开号：cn102667824a)《用于消费品的整体跟踪标签》提出一种弯折偶极子标签天线，采用织物包裹标签嵌体。虽然弯折偶极子相比直线偶极子天线的长度缩短，但天线制备所耗导电材料没有降低。中国专利(专利公开号:cn105260765a)《基于丝网印制的水洗唛uhf频段的rfid标签》，用水洗唛作为天线的基底，通过丝网印刷的方式将导电油墨印刷在水洗唛上，然后将芯片与基底相结合，最后封装起来，虽然解决了标签天线应用在服装上的舒适性，并且具有一定的读取功能，但是其用的是t匹配偶极子天线结构，标签天线的尺寸较大，印刷油墨消耗量较大。因此，现有技术的问题是导电油墨的消耗量较大，标签天线尺寸要么宽、要么长，应用中占用较大空间，美观性和隐蔽性较差。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种织物基超高频射频识别天线及制造方法，优化减墨、减小标签尺寸并且保持标签的较远读取距离。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物基超高频射频识别天线，包括电感耦合增强区域、第一偶极子天线和第二偶极子天线，所述第一偶极子天线与电感耦合增强区域的左侧相连，所述第二偶极天线与电感耦合增强区域的右侧相连，所述电感耦合增强区域包括第一耦合部和第二耦合部，所述第一耦合部的一端与第一偶极子天线相连，另一端呈第一阶梯状结构，所述第二耦合部的一端与第二偶极天线相连，另一端呈第二阶梯状结构；所述第一阶梯状结构和第二阶梯状结构之间留有空隙，且第一阶梯状结构的凸起和凹陷与第二阶梯状结构的凹陷和凸起相互匹配。
所述第一耦合部的宽度是第一偶极子天线的两倍。
所述第二耦合部的宽度是第二偶极子天线的两倍。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种织物基超高频射频识别天线的制造方法，包括以下步骤：选用织物为印制天线的基底，采用直线型偶极子天线结构，然后采用丝网印刷的方式将导电油墨印制在基底上，经烘干固化后形成上述织物基超高频射频识别天线。
所述织物为高密织物。
所述导电油墨采用导电银墨。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过增加电感耦合增强区域而减小天线长度，大大减少导电油墨消耗量，同时保持相应标签的较远读取距离；以普通织物为承印基材，在保持标签的小尺寸和低成本时，实现了标签的柔软性、耐用性和美观性。
附图说明
图1是现有技术中偶极子天线结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是几种织物基偶极子天线标签的读取距离示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种织物基超高频射频识别天线，如图2所示，包括电感耦合增强区域、第一偶极子天线1和第二偶极子天线2，所述第一偶极子天线1与电感耦合增强区域的左侧相连，所述第二偶极天线2与电感耦合增强区域的右侧相连，所述电感耦合增强区域包括第一耦合部3和第二耦合部4，所述第一耦合部3的一端与第一偶极子天线1相连，另一端呈第一阶梯状结构，所述第二耦合部4的一端与第二偶极天线2相连，另一端呈第二阶梯状结构；所述第一阶梯状结构和第二阶梯状结构之间留有空隙5，且第一阶梯状结构的凸起和凹陷与第二阶梯状结构的凹陷和凸起相互匹配。该天线结构通过增加电感耦合增强区域而减小天线长度，大大减少导电油墨消耗量，同时保持相应标签的较远读取距离；以普通织物为承印基材，在保持标签的小尺寸和低成本时，实现了标签的柔软性、耐用性和美观性。
所述直线型偶极子天线是本发明的关键。直线型和曲折型偶极子天线设计已被广泛使用，典型结构如图1所示。显然，曲折型偶极子天线的臂不是长直的手臂，而是来回弯曲，使得rfid标签的长度变短。而且，弯曲天线臂路径可以足够长，以产生与直线型偶极天线相似的天线增益。图1所示rfid标签偶极子天线结构为例，比较了具有不同尺寸和曲折结构的简单偶极天线设计。
理论上，rfid标签的性能通常由读取距离(r)来表示，可以使用frii的传输公式来计算：
其中λ是波长，pt是由rfid读取器传输的功率，gt表示发射天线的增益，gr表示接收标签天线的增益，pth表示rfid芯片工作的阈值功率，p表示偏振损耗因子，|s11|2对应于黑川(kurokawa)功率反射系数。在中国，rfid标签必须在超高频段的920-925mhz频率范围内工作。另外，gt和pt的最大电平不得超过4.0瓦。这里，反射系数(s11)表示给定的标签天线结构与附着的rfid芯片匹配的程度。反射系数(s11)可以通过下式获得
其中，za表示天线阻抗，zc表示芯片阻抗。如果天线阻抗za等于芯片阻抗zc的共轭值，则天线和rfid芯片匹配良好。良好的设计需要完美的共轭阻抗匹配条件。
直线偶极子天线由于结构简单，是偶极子天线设计的基本形式，如图1(b)所示。使用直线偶极天线用于印刷uhfrfid标签的缺点是其长度长。一个标准直线偶极子天线必须足够长(≈0.5λ)，以达到半波长偶极子理论估算的约2.15db天线增益。否则，手臂较短(<<0.5λ)的直偶极子天线的天线增益会降低。由于在纺织服装行业的应用环境通常需要小尺寸的uhfrfid标签，所以长直的偶极子天线并不满足特定应用需求。
为了使长的标准直线偶极子天线小型化，且小型天线(电长度)的性能接近于理想的半波天线，往往采用弯折线，就是在天线性能损失可以接受的情况下实现天线的小型化。曲折的偶极子天线的臂不是长直的手臂而是来回弯曲，使得rfid标签的长度变短。弯折偶极子中连续弯折的电流具有相反的相位，会同时提供容性和感性的电抗，它们相互抵消，引起谐振频率减小。弯曲的天线臂可以等效地足够长，以产生与标准直线偶极天线相似的天线增益。但是，相同长度的弯折偶极子结构和直线偶极子结构，弯曲偶极子结构的天线需要消耗的导电油墨较多，成本增加，印刷工艺精度要求高，并且读取距离相对于短偶极子天线相差不大。
因此，本发明在天线性能损失可以接受的情况下选择较短的直线型偶极子天线。根据理论计算，由于感应电流主要分布在电感耦合增强区域，本发明通过改变电感耦合环实现小尺寸天线结构设计。根据我国uhf范围和前述理论，在保持几乎相当端口阻抗匹配和增益条件下，较短的0.25λ直线型偶极子天线被设计，并与长0.36λ的直线型偶极子天线和0.25λ的曲折偶极子天线之间对比比较。本发明提出的标签天线在整体上具有较短和较窄的结构，印刷需要较少的导电墨水，且实际读取性能几乎不降低。另外，直线型天线结构容易通过丝网印刷印在高密涤纶机织物表面，印刷效果较好，很少出现印刷不平整的情况，从而标签天线的导电效果较好，进而读取效果较好。但织物表面难以完整印刷折叠偶极子天线的狭窄线条，尤其是在机械力作用下，线条容易出现裂缝，大大折损天线的性能。最后，较短的0.25λ直线型天线结构减小了标签的尺寸，使得该标签天线在应用上更加便捷。
如图1和图2所示，其中，图1(a)为标准直线偶极子天线，尺寸为164mm×2mm，而图2为本发明提出的一种短直线型偶极子天线结构，长度为82mm，宽度为7mm。明显可看出，在其他参数相同的情况下，第二种天线结构尺寸更小、所用的油墨量更少，因为要应用在服装上面，基于穿着舒适性和成本方面考虑，显然第二种天线结构的更适用。
本发明的另一种具体实施方式是：将图2中的天线结构，制作印刷网板，以一定配比的导电油墨控制天线电阻抗特性；在网版下方的承印台上铺好已准备的织物，接着在网版上倒上一定量的导电油墨，然后对刮板施加一定压力将油墨印制在承印基布上，完成天线的印制；随后，将印制好的天线放入干燥箱中，进行热烘烧结固化；最后，将芯片上的导电位置与标签天线上的两个接触点相固结，形成uhfrfid标签。另外，可以在标签天线和芯片表面涂一层保护层，增加标签的耐用性，即完成标签的制作。
图3是几种标签读取距离的柱状图，由图可知，本标签天线的读取距离比较远，达到十几米的读取距离，与曲折偶极子天线相比，当使用羽绒布基底时，读取距离更大，但是所使用的导电油墨少了很多；与0.36λ直线型偶极子标签相比，缩小了标签天线的尺寸，但是读取距离差距很小，这进一步说明本发明的技术优势和可行性，因为评价一个标签性能的主要技术参数之一就是它的读取距离。
不难发现，本发明的新型uhfrfid标签用直线型共面偶极子小尺寸天线，满足在普通织物基底上丝网印刷制备，具有油墨消耗量低、读取距离远的特点，同时保持织物本身的柔性、可穿戴性。