电子标签的天线结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种电子标签的天线结构，其包括：远场辐射天线；安置在远场辐射天线中部的近场辐射天线，其上安置标签芯片；其中，所述远场辐射天线的端面上开设用于增加远场信号强度的缝隙；其中，所述近场辐射天线的端面上开设用于增加近场信号强度的环形空腔。本实用新型的天线结构，结构简单，提升电子签封射频灵敏度，可在密集介质中实现特定距离100％批量扫描。
【专利说明】
电子标签的天线结构
技术领域
[0001] 本实用新型涉及物联网技术领域，尤其涉及一种基于支持密集介质下批量扫描的 电子标签的天线结构。
【背景技术】
[0002] RFID射频识别技术，作为物联网的技术基础，在物联网应用的飞速发展下，相关的 技术与产业也随之迅速发展，产品应用到智能物流、智能交通、智能支付等领域，传统RFID 射频标签在密集介质下读写距离大打折扣，无法保障特定距离100%批量扫描的成功率。在 设计平板天线时，通常采用增加天线口径的方法，即增加天线的物理尺寸，采用这种方法可 以加强标签天线在前后向不大于40°内的信号强度，增加天线的增益，加大上述角度内主瓣 和侧瓣的强度比，突出主瓣信号强度，但是，增加天线口径导致天线体积增大，不适用于电 子标签的小型化设计。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种电子标签的天线结构，其结 构简单，提升电子签封射频灵敏度，可在密集介质中实现特定距离100%批量扫描。
[0004] 为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型的电子标签的天线结构包括:远场 辐射天线;安置在远场辐射天线中部的近场辐射天线，其上安置标签芯片；其中，所述远场 辐射天线的端面上开设用于增加远场信号强度的缝隙；其中，所述近场辐射天线的端面上 开设用于增加近场信号强度的环形空腔。
[0005] 其中，所述近场辐射天线呈长方环形。
[0006] 进一步的，所述近场辐射天线的一侧边具有凹进部。
[0007] 优选的，所述标签芯片安置在所述近场辐射天线的凹进部处。
[0008] 其中，所述缝隙包括:沿所述远场辐射天线的长度方向延伸的第一缺口；其一端与 第一缺口连通且与第一缺口垂直的第二缺口；与第二缺口另一端连通的圆形缺口。
[0009] 其中，所述远场辐射天线包括对称设置于所述近场辐射天线两侧的一对远场辐射 单元，每个远场辐射单元的端面开设所述缝隙。
[0010]其中，所述一对远场辐射单元上的一对缝隙关于所述近场辐射天线的中心呈反对 称形。
[0011] 其中，所述第一缺口的开口端位于所述远场辐射单元的朝向所述近场辐射天线的 侧边上。
[0012] 其中，所述一对远场辐射单元围成具有开口的安置槽，所述近场辐射天线安置于 安置槽内。
[0013 ]与现有技术相比，本实用新型的电子标签的天线结构具有结构简单、提升电子签 封射频灵敏度、可在密集介质中实现特定距离100 %批量扫描的优点。
[0014]下面结合附图对本实用新型进行详细说明。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的电子标签的天线结构的结构示意图；
[0016] 图2是本实用新型的天线结构的3db角（即天线角）的示意图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1所示，为本实用新型电子标签的天线结构的示意图，由图1可知，该天线结构 包括:远场辐射天线1;安置在远场辐射天线1中部的近场辐射天线3，其上安置标签芯片5; 其中，远场辐射天线1的端面上开设用于增加远场信号强度的缝隙2、7;其中，近场辐射天线 3的端面上开设用于增加近场信号强度的空腔4。
[0018] 具体的，如图1所示，本实用新型的天线结构具有远场辐射天线1和近场辐射天线 3,远场辐射天线1包括对称设置于近场辐射天线3左右两侧的一对远场辐射单元，在位于近 场辐射天线3左侧的远场辐射单元的端面开设有缝隙2,在位于近场辐射天线3右侧的远场 辐射单元的端面开设有缝隙7,且缝隙2和缝隙7关于近场辐射天线3的中心呈反对称形。通 过在远场辐射天线1上开设缝隙，可以增加电子标签的射频灵敏度，增强远场信号强度。
[0019] 其中，在每个远场辐射单元上开设的缝隙包括:沿远场辐射单元的长度方向延伸 的呈长条形的第一缺口（该远场辐射单元的长度延伸方向与远场辐射天线的长度延伸方向 一致），第一缺口的开口端位于该远场辐射单元的朝向近场辐射天线3的侧边上;其一端与 第一缺口连通且与第一缺口垂直的呈长条形的第二缺口；与第二缺口另一端连通的圆形缺 □ 〇
[0020] 其中，如图1所示，一对远场辐射单元围成具有开口的安置槽6，近场辐射天线3安 置于安置槽6内，且近场福射天线3与远场福射天线部分连接在一起。在近场福射天线3的端 面上开设有用于增加近场信号强度的环形空腔4。设计时，近场辐射天线3可以采用长方环 形，或者，如图1所示，在长方环形的近场辐射天线3的一侧边设置朝内凹进的凹进部，即，在 近场辐射天线3的远离其与远场辐射天线连接处的一侧边设置凹进部，而标签芯片5安置在 该凹进部处。
[0021] 下面，对本实用新型天线结构的设计思路与工作原理进行描述。
[0022] 由于天线表面存在很多天线元，他们之间互相作用，电流流经的长度不同，会带来 相位的差异，从而在天线前端（垂直于发射面)形成因为干涉造成的不可控电场波动，尤其 是在密集介质的环境下，这种波动会被异径反射成倍的加强，造成远端识别天线处的电场 不稳定。此外，天线的有效长度也是决定天线增益的重要参数，根据输入点电流公式：
[0023]
[0024] 可知，如果使波腹点电流接近输入点电流，那么天线有效长度可以达到最大值，与 此同时，主要天线元之间的电流相位差控制在的整数倍左右，可以有效的减轻干涉现象。 [0025]由于电子标签的工作频率为902-925MHZ，波长只有32cm左右，只有电子标签长度 的2.7倍，因此电流在电子标签表面的分布还是趋近于最小路径，理论上采用缝隙天线的电 流分布更加均匀一些，但是缝隙天线带来的天线高阻抗会恶化主瓣/侧瓣的功率比，所以， 本实用新型以半波偶极子天线为基础，对天线进行改良作为天线主阵面。
[0026] 针对传统的半波偶极子天线是左右对称的大面积金属模型，发明人发现在半波偶 极子天线的端面开出窄缝(即在上述的远场辐射天线上开设出缝隙），可以人为的控制电流 的流向和路径长度，从而达到均匀电流分布的效果，并通过大量仿真实验，确定缝隙的结构 尺寸，以便设计出合理的主阵面形状。
[0027] 但仅采用在远场辐射天线上开设缝隙的措施，虽然减轻了因为相位差造成的干涉 情况，但是天线增益没有提升，由于天线的增益是跟天线的天线孔径相关的，在有限的天线 面积情况下，天线增益基本就确定了，要想解决提供增益的问题，传统的措施此时是无效 的，根据最近的天线理论，在多个天线组成某种特殊阵列的前提下，利用可控的干涉的现 象，天线的增益可以得到提高，目前天线阵列的实现方式基本都是独立多个T/R单元进行协 调工作，天线也成分布式布局，各个天线之间是独立的。但上述的模式在RFID的情况下无法 实现，因为T/R功能是RFID芯片实现的，每个标签只能有一个RFID芯片，所以无法使用各自 独立的天线组成阵列。
[0028] 针对上述情况，发明人研发出了包含侧射阵和端射阵的辅助天线，和半波偶极子 天线进行组阵，共用一个T/R馈源，虽然在性能上无法和单独T/R组阵的天线阵列相比，但是 也能提高高达2_3db的增益。
[0029] 不过这种组阵的模式，各个天线之间是处于强耦合状态，多个天线中每个天线的 方向函数分别为：
[0030]
[0031] 相乘之后得到了一个10次方程组，由于是单一 T/R单元，又无法通过控制不同T/R 的相位来对方程式进行简化，只能进行大量的实验来逼近最优结果，发明人前后设计并仿 真了 400多个天线模型，最后还是通过轴对称震荡模型建立的天线阵列达到了预期的指标。 [0032]综上，结合天线在实际使用时，由于标签和识别天线的距离并不统一，最小距离小 于20cm，小于2个波长，发明人确定出本实用新型的技术方案，即，在远场辐射天线上开设缝 隙，并在远场辐射天线的中部设置一个近场辐射天线，近场辐射天线为一个LOOP环，以应对 近场的识别。
[0033]最终设计的天线结构取得了比较高增益的同时，也达到了主瓣\侧瓣的高功率比， 该天线结构的3db角示意图如图2所示。
[0034]从图2中可以看出，在主瓣方向功率极为集中，比侧瓣高出20db左右，而且主瓣的 角度也控制在了45°以内，达到在密集介质下提升批量扫描成功率的指标。
[0035]采用本实用新型的天线结构，实现了电子标签特定距离100%批量扫描的目的。 [0036]尽管上文对本实用新型作了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技 术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种 修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种电子标签的天线结构，其特征在于，包括： 远场福射天线； 安置在远场辐射天线中部的近场辐射天线，其上安置标签芯片； 其中，所述远场辐射天线的端面上开设用于增加远场信号强度的缝隙； 其中，所述近场辐射天线的端面上开设用于增加近场信号强度的环形空腔。2. 根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述近场辐射天线呈长方环形。3. 根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述近场辐射天线的一侧边具有凹进 部。4. 根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述标签芯片安置在所述近场辐射天 线的凹进部处。5. 根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述缝隙包括： 沿所述远场福射天线的长度方向延伸的第一缺口； 其一端与第一缺口连通且与第一缺口垂直的第二缺口； 与第二缺口另一端连通的圆形缺口。6. 根据权利要求5所述的天线结构，其特征在于，所述远场辐射天线包括对称设置于所 述近场辐射天线两侧的一对远场辐射单元，每个远场辐射单元的端面开设所述缝隙。7. 根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述一对远场辐射单元上的一对缝隙 关于所述近场辐射天线的中心呈反对称形。8. 根据权利要求5或6所述的天线结构，其特征在于，所述第一缺口的开口端位于所述 远场辐射单元的朝向所述近场辐射天线的侧边上。9. 根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述一对远场辐射单元围成具有开口 的安置槽，所述近场辐射天线安置于安置槽内。
【文档编号】H01Q21/00GK205543210SQ201620330362
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】李海波, 汤建国, 张宁英, 余加峰
【申请人】中钞海思信息技术(北京)有限公司