一种小型微带天线及物品批量识别定位系统的制作方法

1.本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种小型微带天线及物品批量识别定位系统。


背景技术：

2.随着电子技术的发展，对电子元件及其配套设备的空间利用率要求越来越高，在多个领域的交叉利用也逐渐增多。近年来由于疫情原因，rfid识别技术在医学领域得到了大量应用发展，如对试管等带有rfid标签的检测标本进行识别，但是由于检测样本数量巨大，为实现快速检测识别，对rfid识别技术提出了近场批量快速准确识别的要求，一次性地完成物品批量放置区域内所有带有rfid标签的样本识别。
3.在rfid系统中，天线是不可缺少的组成部分。rfid电子标签天线主要有线圈型、微带型(微带贴片型)、偶极子型等几种基本形式。其中，微带型天线质量轻、体积小、剖面薄，而且馈线和匹配网络可以和天线同时制作，与通信系统的印刷电路集成在一起。贴片又可采用光刻工艺制造、成本低、易于大量生产。但现有的微带天线其覆盖面积固定，抗干扰能力差，在物品批量放置区域内实现一次性识别和定位所有rfid标签比较困难。


技术实现要素：

4.本发明针对多目标一次性读取问题，提供一种可应用于批量物品准确识别和定位的小型微带天线及物品批量识别定位系统。
5.为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了本置一种小型微带天线，包括基板，基板第一表面设有天线主体、馈线连接端子和负载连接端子，所述天线主体从馈线连接端子开始周期性地直角弯折延伸至负载连接端子，在天线主体的每个弯折处设置有一个镂空结构，与基板第一表面对立的基板第二表面设有导体层。
6.上述技术方案：提供了一种传输线近场感应天线，天线主体周期性地直角弯折使得在空间内形成均匀的场，并增加天线主体的长度以及增加覆盖区域，在满足天线高性能的同时，大幅简化了天线的复杂度；基板第二表面设置导体层使得天线抗干扰性更强，微带天线通过共形的形式，实现了波段高隔离度，同时保证电压驻波比较小；天线主体长度可根据物品批量放置区域的大小来设置，通过镂空结构实现两个以上的小型微带天线相互扣合组成天线网格，组装方便快捷，便于批量物品快速识别和定位；该天线还具有结构简单、重量轻、易加工的优点，优选但不限于应用于小型医疗器械系统中，如试管rfid标签测量定位系统。
7.为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种物品批量识别定位系统，包括:rfid天线组，布设于物品批量放置区域内，包括多个本发明第一方面所述的小型微带天线，多个小型微带天线通过镂空结构扣合；rfid读写模块，用于通过rfid天线组获取物品批量放置区域内物品rfid标签返回的rfid标签信息，所述rfid标签信息包括物品的身份信息；天线切换模块，依次切换rfid天线组中的小型微带天线与rfid读
写模块连接，每次切换小型微带天线后控制rfid读写模块通过当前切换的小型微带天线读取rfid标签信息；识别定位模块，接收rfid读写模块获取的rfid信息，基于接收的rfid标签信息获取物品的身份信息和相对位置信息。
8.上述技术方案：除具有小型微带天线的有益技术效果外，本系统在物品批量放置区域内布设rfid天线组，通过镂空结构扣合组装rfid天线组快捷方便；该系统通过小型微带天线切换工作时识别到的rfid标签信息，能够快速准确地获得rfid天线组作用范围内的物品数量和物品身份信息，并且根据不同小型微带天线工作时识别到的rfid标签信息差异获得物品的相对位置信息，识别定位过程简单，能够实现一次性的大批量物品识别和定位。
附图说明
9.图1是本发明实施例1中小型微带天线的结构示意图；
10.图2是本发明实施例1中小型微带天线的电压驻波比仿真结果示意图；
11.图3是本发明实施例2中物品批量识别定位系统的系统框图；
12.图4是本发明实施例2中rfid天线组的网格分布示意图；
13.附图标记：
14.1基板；2天线主体；21弯折处；3镂空结构；4馈线连接端子；5负载连接端子。
具体实施方式
15.下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
16.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
17.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
18.实施例1
19.本实施例公开了一种小型微带天线，如图1所示，该小型微带天线包括基板1，基板第一表面设有天线主体2、馈线连接端子4和负载连接端子5，天线主体2从馈线连接端子4开始周期性地直角弯折延伸至负载连接端子5，在天线主体2的每个弯折处21设置有一个镂空结构3，与基板第一表面对立的基板第二表面设有导体层。优选地，基板第一表面为基板上面表，基板第二表面为基板下面表。
20.在本实施例中，基板1优选但不限于为印制电路板，天线主体2和导体层均为基板1上的覆铜，小型微带天线可通过覆铜板印制而成。为便于布设在整个物品批量放置区域，优选地，基板1为长方形，天线主体2沿基板1长度方向延伸。优选地，导体层覆盖整个基板第二
表面，以减小地线阻抗，提高小型微带天线抗干扰能力。
21.在本实施例中，天线主体2优选为微带导线。馈线连接端子4连接馈线，通过馈线与后级处理模块(如rfid读写模块)连接，将天线主体2接收到的信号传输至后级处理模块，馈线优选但不限于为同轴电缆馈线，以提高信号抗干扰性。负载连接端子5用于连接负载电阻，通过负载电阻实现天线阻抗匹配。
22.在本实施例中，优选地，如图1所示，镂空结构3为从基板1第一边缘向基板1内部延伸的条形孔，该镂空结构3所在弯折处21的天线主体2直角弯折并凸向基板1第二边缘，基板1第一边缘与基板1第二边缘相对。条形孔在基板1第一边缘处为开口，以便与其它小型微带天线扣合。优选地，条线孔的延伸端向内延伸至多与天线主体2的非弯折部分对齐，以确保天线主体2周围的场分布均匀。
23.在本实施例中，优选地，馈线连接端子4和负载连接端子5均位于基板1的中轴线上，天线主体1非弯折的地方为沿着中轴线分布的直线导体，使得小型微带天线结构对称，便于加工。
24.在本实施例的一种应用场景中，如图1所示，天线主体1包括7个弯折处2，天线主体1贯穿整个基板1，该天线由双面覆铜板印制而成，一端的馈线连接端子4连接有馈线，另一端的负载连接端子5连接有小型负载；天线整体结构为一面由直角弯折周期性曲线导线构成，以期满足结构上的赋形；另一面由全覆铜结构；在天线直角弯折处加入镂空结构3，使得天线可以若干个一组扣合，形成8*8网格形状。采用了同轴电缆直接馈电的方式，实现工作频带在p波段(30％带宽，电压驻波比vswr小于1.2)。
25.在本应用场景中，对天线的电压驻波比进行仿真，得到如图2所示的电压驻波比随工作频率变化的曲线，图2中横坐标为工作频率，单位为ghz，纵坐标为电压驻波比，对图2中p波段电压驻波比进行统计，统计结果如表1所示，可以看到，端口表现出良好的匹配特性，并且曲线的一致性非常高。p波段从0.8ghz到1.1ghz，电压驻波比都小于1.2，相对带宽为32％。
26.表1p波段电压驻波比统计表
[0027][0028]
实施例2
[0029]
本实施例公开了一种物品批量识别定位系统，如图3所示，包括:
[0030]
rfid天线组，布设于物品批量放置区域内，包括多个实施例1提供的小型微带天线，多个小型微带天线通过镂空结构3扣合。具体的，物品批量放置区域优选但不限于为载物台的台面，载物台的台面下表面或下方布设有rfid天线组。
[0031]
rfid读写模块，用于通过rfid天线组获取物品批量放置区域内物品rfid标签返回的rfid标签信息，rfid标签信息包括物品的身份信息。每个待识别和定位的物品上设置唯一的物品rfid标签。
[0032]
天线切换模块，依次切换rfid天线组中的小型微带天线与rfid读写模块连接，每次切换小型微带天线后控制rfid读写模块通过当前切换的小型微带天线读取rfid标签信息。可按照预设的规律依次切换小型微带天线，每次仅切换一个小型微带天线工作，这样也可以避免同时多个小型微带天线工作时相互之间带来的信号干扰，影响识别准确性。天线切换模块分别与rfid读写模块和rfid天线组连接。天线切换模块可为多选一的电子开关，其多个输入端分别连接rfid识别天线，输出端连接rfid读取模块的天线输入端。或者天线切换模块为多个并联的单通电子开关组合实现多选一功能。如图3所示，rfid读写模块与rfid天线组通过天线切换模块连接，通过天线切换模块控制小型微带天线切换工作。
[0033]
识别定位模块，接收rfid读写模块获取的rfid信息，基于接收的rfid标签信息获取物品的身份信息和相对位置信息。识别定位模块的输入端与rfid读写模块的输出端连接。识别定位模块优选但不限于为arm、51单片机等微处理器，或者为个人电脑。
[0034]
在本实施例中，优选地，物品为医疗检验使用的血液标本或尿液标本或粪便标本或脑髓标本或唾液标本或分泌物标本或组织细胞标本；或者，物品为承载样本的试管或载玻片，样本优选但不限于为血液或尿液或粪便或汗液或唾液或分泌物或动植物组织细胞或人体组织细胞。
[0035]
在本实施例中，rfid天线的工作频段与物品rfid标签的工作频段匹配，本系统的rfid工作频段优选但不限于为高频或超高频rfid通信频段。
[0036]
在本实施例中，为简化识别定位模块的物品定位处理过程，便于快速得到物品的相对位置，采用横向和纵向结合的方式布置rfid天线组中的小型微带天线，优选地，如图4所示，rfid天线组包括多个横向排列的小型微带天线和多个纵向排列的小型微带天线，横向排列的小型微带天线和纵向排列的小型微带天线阵列交错形成网格，网格交错点处的横向排列的小型微带天线和纵向排列的小型微带天线通过镂空结构3扣合。
[0037]
rfid天线组的作用范围为如图4所示的以横向队列和纵向队列为长和宽做成的矩形区域，将该矩形区域作为物品批量放置区域。物品批量放置区域内任意位置点放置的物品rfid标签能够被至少一个横向小型微带天线和至少一个小型微带天线识别。横向排列的小型微带天线依次编号为a1、a2、...、an,纵向排列的小型微带天线依次编号为b1、b2、...、bm。n和m都是正整数。事先存储好每个小型微带天线的位置信息。n个横向小型微带天线和m个纵向小型微带天线形成了如图4所示的矩阵排布的m*n个交错点，每个交错点的位置可利用其所对应的横向小型微带天线和纵向小型微带天线的编号表示，如(a1,b1)。
[0038]
在本实施例中，识别定位模块的定位过程为：选取一个横向小型微带天线和一个纵向小型微带天线进行如下比较，直到完成所有横向小型微带天线和纵向小型微带天线任意组合(即完成m*n个组合的比较)的比较：比较第i个横向小型微带天线工作时识别到的物品rfid标签信息和第j个纵向小型微带天线工作时识别到的物品rfid标签信息中是否存在相同的物品rfid标签信息，将相同的物品rfid标签信息相应物品的位置设置为(ai，bj)；i，j均为正整数，i＝1,2,...,n,j＝1,2,...,m。
[0039]
在本实施例中，可依次选取一个横向小型微带天线，将选取的横向小型微带天线工作时识别到的rfid标签信息分别与每个纵向小型微带天线工作时识别到的rfid标签信息进行是否存在相同的rfid标签信息判断。或者可依次选取一个纵向小型微带天线，将选取的纵向小型微带天线工作时识别到的rfid标签信息分别与每个横向小型微带天线工作
时识别到的rfid标签信息进行是否存在相同的rfid标签信息判断。
[0040]
在本实施例中，为准确定位物品位置，优选地，在物品批量放置区域内，将网格交错点作为物品放置点。
[0041]
在本实施例中，优选地，小型微带天线上相邻弯折处21的间距大于物品批量放置区域内物品的最大外径，使得每个物品最多占用一个交错点，能检测更多数量的物品。
[0042]
实施例3
[0043]
本实施例公开了一种基于实施例2提供的物品批量识别定位系统的物品批量识别与定位方法，该方法包括：
[0044]
步骤s1，将批量物品放置于物品批量放置区域内。
[0045]
步骤s2，依次切换rfid天线组中的小型微带天线，每个小型微带天线工作时控制rfid读写模块读取物品的rfid标签信息。
[0046]
步骤s3，识别定位模块统计接收的不重复的物品的rfid标签信息数量获得物品数量和物品的身份信息，并根据不同小型微带天线工作时识别到的物品的rfid标签信息差异获得物品的相对位置信息，物品的相对位置信息获取过程已在实施例2中详细说明，在此不再赘述。
[0047]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。