本發(fā)明涉及射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)及標(biāo)簽。

背景技術(shù)：

目前，無(wú)源uhfrfid技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。而rfid技術(shù)結(jié)合傳感器技術(shù)所開(kāi)發(fā)的無(wú)源uhfrfid傳感芯片，使之在電力等工業(yè)行業(yè)領(lǐng)域有了更為廣泛和深入的應(yīng)用。在電力環(huán)網(wǎng)柜中，工作電壓常在10kv以上，電纜中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)常常伴有高溫發(fā)熱現(xiàn)象，而這些節(jié)點(diǎn)常常是電力事故的重要隱患點(diǎn)，因此應(yīng)用具有測(cè)溫功能的rfid標(biāo)簽可以對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而預(yù)防事故的產(chǎn)生，大大降低事故的發(fā)生率。

電力柜中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)常常位于t型電纜接頭處，t型電纜接頭用于電纜分接箱的主網(wǎng)系統(tǒng)或作為環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)出線(xiàn)電纜接頭，既可連接600a以上高壓套管、多聯(lián)組合插座，也可與600a以上母線(xiàn)套管、后t型電纜接頭組合連接，形成多路電纜分支，t型電纜接頭一般分前插和后插，搭配絕緣堵頭以實(shí)現(xiàn)絕緣、密封和分流的作用。t型電纜接頭一般包含導(dǎo)電桿、螺栓、平墊、彈墊、螺母、絕緣堵頭(內(nèi)部含有墊片等金屬部件)和壓接端子等多種金屬結(jié)構(gòu)，而金屬結(jié)構(gòu)對(duì)天線(xiàn)的能量具有反射作用，加上t型電纜接頭中狹小的類(lèi)圓柱形體積空間，這對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)的設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。

自由空間條件下，閱讀器和電子標(biāo)簽之間的識(shí)別距離由以下公式?jīng)Q定：

在pth(rfid芯片的最小觸閾值功率)和eirp(與讀卡器有關(guān)的增益參數(shù))一定的條件下，識(shí)別距離r主要由標(biāo)簽天線(xiàn)的增益gtag和傳輸系數(shù)τ決定。在pth(rfid芯片的最小觸閾值功率)和eirp(與讀卡器有關(guān)的增益參數(shù))一定的條件下，識(shí)別距離r主要由標(biāo)簽天線(xiàn)的增益gtag和傳輸系數(shù)τ決定。

目前的抗金屬標(biāo)簽多為矩形平面結(jié)構(gòu)，即便是最小的矩形平面結(jié)構(gòu)標(biāo)簽也無(wú)法放置在t型電纜接頭中。主流的小型化柔性標(biāo)簽可以勉強(qiáng)放置在t型電纜接頭狹小的圓柱體積空間中，但是由于金屬零件的影響，增益gtag低，傳輸系數(shù)τ小，識(shí)別距離r非常近，甚至無(wú)法被識(shí)別到。因此針對(duì)電力應(yīng)用，需要對(duì)標(biāo)簽天線(xiàn)進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有抗金屬標(biāo)簽抗金屬效果差的問(wèn)題，提供一種抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)及標(biāo)簽。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)，該標(biāo)簽天線(xiàn)包括基板和天線(xiàn)結(jié)構(gòu)。天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)置于基板，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)包括輻射部、反射部和連接部。輻射部形成于基板的一端，輻射部上具有饋電部。反射部形成于基板的另一端且呈封閉狀，反射部對(duì)輻射部輻射的能量進(jìn)行反射。連接部設(shè)置于基板且電性連接輻射部和反射部。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，輻射部呈圓環(huán)狀，饋電部為沿圓環(huán)的徑向貫穿輻射部的饋電槽。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，反射部呈圓環(huán)狀，反射部的圓環(huán)寬度大于輻射部的圓環(huán)寬度。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，輻射部和反射部的圓環(huán)寬度以及周長(zhǎng)與連接在饋電部上的標(biāo)簽芯片的阻抗相匹配。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，基板上具有至少一個(gè)過(guò)線(xiàn)孔，連接部穿過(guò)至少一個(gè)過(guò)線(xiàn)孔電性連接輻射部和反射部。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，連接部為設(shè)置于基板側(cè)壁上并延伸至基板兩端的金屬帶，金屬帶電性連接輻射部和反射部。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，基板呈圓柱狀，基板的中心具有沿基板的軸向貫穿基板的安裝孔，基板的外徑大于或等于反射部的最大寬度。

于本發(fā)明一實(shí)施例中，輻射部和反射部印刷于基板，且輻射部和反射部的材質(zhì)分別為金屬或?qū)щ姾辖?，基板為fr-4環(huán)氧玻璃纖維板、塑料板、陶瓷板或泡沫板中的任一種。

本發(fā)明另一方面還提供一種抗金屬標(biāo)簽，該金屬標(biāo)簽包括上述任一項(xiàng)所述的標(biāo)簽天線(xiàn)以及連接在饋電部上的標(biāo)簽芯片。

綜上所述，本發(fā)明提供的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)及標(biāo)簽與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

通過(guò)在基板的兩端分別形成輻射部和反射部并設(shè)置反射部呈封閉狀，輻射部輻射的能量經(jīng)反射部反射后進(jìn)行疊加從而提高天線(xiàn)的增益，大幅度提高標(biāo)簽天線(xiàn)的識(shí)別距離。并且當(dāng)抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)附著于金屬物件時(shí)，反射部可屏蔽反射部一側(cè)的金屬部件的影響，進(jìn)一步提高識(shí)別距離，達(dá)到抗金屬的效果。

此外，通過(guò)設(shè)置輻射部和反射部的寬度和周長(zhǎng)與連接在饋電部上的標(biāo)簽芯片的阻抗相匹配來(lái)提高天線(xiàn)的傳輸系數(shù)，從而提高標(biāo)簽天線(xiàn)的識(shí)別距離。進(jìn)一步的，也可通過(guò)增加基板的厚度來(lái)使得經(jīng)反射部反射后的能量與輻射部反射的能量能在遠(yuǎn)程進(jìn)一步疊加來(lái)提高天線(xiàn)的增益，以獲得更遠(yuǎn)的識(shí)別距離且標(biāo)簽天線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合大批量生產(chǎn)。

為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)的俯視圖。

圖2所示為圖1所示的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)的仰視圖。

圖3所示為圖1所述的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)的剖視圖。

圖4所示為圖1所示的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)中，金屬過(guò)孔位于不同角度下，天線(xiàn)阻抗實(shí)部隨頻率的變化曲線(xiàn)。

圖5所示為圖1所示的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)中，金屬過(guò)孔位于不同角度下，天線(xiàn)阻抗虛部隨頻率的變化曲線(xiàn)。

圖6所示為本發(fā)明一實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽的俯視圖。

圖7所示為圖6所示的抗金屬標(biāo)簽中，金屬過(guò)孔位于角度an＝70度條件下的增益方向圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖3所示，本實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)201包括基板10和天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20。天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20設(shè)置于基板10，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20包括輻射部1、反射部2和連接部3。輻射部1形成于基板10的一端，輻射部1上具有饋電部11。反射部2形成于基板10的另一端且呈封閉狀，反射部2對(duì)輻射部1輻射的能量進(jìn)行反射。連接部3設(shè)置于基板10且電性連接輻射部1和反射部2。

本實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)中，封閉狀的反射部2既可將輻射部1發(fā)射的能量進(jìn)行反射，反射的能量與輻射部1輻射的能量相疊加從而增加輻射部1的輻射能量，大大提高標(biāo)簽天線(xiàn)的增益，使其即使應(yīng)用金屬環(huán)境中也能具有較大的識(shí)別距離；同時(shí)，反射部2還可屏蔽位于反射部2一側(cè)的金屬對(duì)輻射部1的增益的影響，達(dá)到抗金屬的效果。

于本實(shí)施例中，輻射部1和反射部2均呈圓環(huán)狀，該設(shè)置使得輻射部1和反射部2表現(xiàn)的電流呈環(huán)狀分布，可部分屏蔽穿過(guò)其中的金屬導(dǎo)體影響，使標(biāo)簽天線(xiàn)更加具有抗金屬性能。進(jìn)一步的，設(shè)置反射部2的圓環(huán)寬度大于輻射部1的圓環(huán)寬度，基板10的外徑大于或等于反射部2的最大寬度。該設(shè)置使得反射部2能大量反射輻射部1發(fā)射的能量，從而大大提高天線(xiàn)的增益。優(yōu)選的，輻射部1的外徑為13毫米，內(nèi)徑為11毫米，輻射部1的圓環(huán)寬度為2毫米。反射部2的外徑為13毫米，內(nèi)徑為6毫米，反射部2的圓環(huán)寬度為7毫米。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。在實(shí)際使用中輻射部1和反射部2的寬度和周長(zhǎng)會(huì)影響天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20阻抗，為實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)阻抗和標(biāo)簽芯片的阻抗匹配，需要對(duì)輻射部1和反射部2的寬度和周長(zhǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體而言，若標(biāo)簽芯片在工作頻率915mhz時(shí)具有re-j*im(天線(xiàn)的輸入阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，re為實(shí)部，im為虛部，j為虛單元)的輸入阻抗，因此在設(shè)計(jì)輻射部1和反射部2的寬度和周長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)盡可能的使天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20的阻抗接近re+j*im。阻抗匹配可大大減小信號(hào)能量在傳輸過(guò)程中的損耗，大幅度提高信號(hào)的讀取距離。

于其它實(shí)施例中可通過(guò)改基板10的厚度來(lái)進(jìn)一步提高標(biāo)簽天線(xiàn)的增益。具體而言，當(dāng)基板10的厚度d＝0.25λ時(shí)輻射部1發(fā)射的波與反射部2反射的波在遠(yuǎn)程疊加，進(jìn)一步提高標(biāo)簽的識(shí)別距離，λ為輻射部1發(fā)射的波在基板介質(zhì)傳輸?shù)慕橘|(zhì)波長(zhǎng)。

于本實(shí)施例中，饋電部11為沿圓環(huán)的徑向貫穿輻射部1的饋電槽。優(yōu)選的，設(shè)置饋電槽的具體結(jié)構(gòu)為矩形，矩形饋電槽的長(zhǎng)度為2毫米，為方便焊接標(biāo)簽芯片，設(shè)置矩形饋電槽的寬度略大于標(biāo)簽芯片的最大寬度，于本實(shí)施例中，矩形饋電槽的寬度也為2毫米。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，饋電部的形狀可為其它與標(biāo)簽芯片的形狀相匹配的饋電槽或饋電口，相應(yīng)的尺寸也可根據(jù)標(biāo)簽芯片的尺寸而設(shè)計(jì)。

于本實(shí)施例中，基板10上具有至少一個(gè)沿基板的軸向貫穿基板的過(guò)線(xiàn)孔，于本實(shí)施例中，基板10上具有一個(gè)過(guò)線(xiàn)孔。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。連接部3通過(guò)過(guò)線(xiàn)孔電連接輻射部1和反射部2。于本實(shí)施例中，輻射部1和反射部2印刷于基板10上，因此設(shè)置過(guò)線(xiàn)孔為金屬過(guò)線(xiàn)孔。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，連接部可為設(shè)置于基板側(cè)壁上并延伸至基板兩端的金屬帶，金屬帶電性連接輻射部和反射部。

于本實(shí)施例中，金屬過(guò)線(xiàn)孔的半徑為0.5毫米。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。由于連接部3屬于天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20的一部分，連接部3的阻抗為天線(xiàn)阻抗的一部分，因此在進(jìn)行阻抗匹配設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮連接部3的具體連接方式。

自由空間條件下，閱讀器和電子標(biāo)簽之間的識(shí)別距離由以下公式?jīng)Q定：

在pth(rfid芯片的最小觸閾值功率)和eirp(與讀卡器有關(guān)的增益參數(shù))一定的條件下，識(shí)別距離r主要由標(biāo)簽天線(xiàn)的增益gtag和傳輸系數(shù)τ決定。在pth(rfid芯片的最小觸閾值功率)和eirp(與讀卡器有關(guān)的增益參數(shù))一定的條件下，識(shí)別距離r主要由標(biāo)簽天線(xiàn)的增益gtag和傳輸系數(shù)τ決定。標(biāo)簽天線(xiàn)201和標(biāo)簽芯片202之間的阻抗匹配直接影響了傳輸系數(shù)τ。

于本實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽中，金屬過(guò)線(xiàn)孔的位置直接影響了標(biāo)簽天線(xiàn)201的阻抗。以標(biāo)簽芯片沿徑向方向的中心線(xiàn)為基準(zhǔn)線(xiàn)，過(guò)金屬過(guò)線(xiàn)孔的圓心和基板的圓心的直線(xiàn)與基準(zhǔn)線(xiàn)之間的夾角為金屬過(guò)線(xiàn)孔在基板上的角度an。如圖4所示，當(dāng)金屬過(guò)孔位于角度an＝50,60,70條件下，標(biāo)簽天線(xiàn)阻抗的實(shí)部re(z(1,1))隨頻率的變化曲線(xiàn)。從圖中可得915mhz處標(biāo)簽天線(xiàn)阻抗的實(shí)部分別為5.5、7.6和9.6歐姆，圖4中對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)分別為m1、m2和m3。如圖5所示，當(dāng)金屬過(guò)孔位于角度an＝50,60,70條件下，標(biāo)簽天線(xiàn)阻抗的虛部im(z(1,1))隨頻率的變化曲線(xiàn)。從圖中可得，915mhz處標(biāo)簽天線(xiàn)阻抗的虛部分別為256.2、197.8和159.3歐姆，圖5中對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)分別為m4、m5和m6。在進(jìn)行阻抗匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，可確定天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20中輻射部1、反射部2和金屬過(guò)線(xiàn)孔的位置而選擇與天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20的阻抗的標(biāo)簽芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。也可通過(guò)調(diào)節(jié)金屬過(guò)線(xiàn)孔在基板上的位置或輻射部1的尺寸和反射部2的尺寸來(lái)匹配某一特定的標(biāo)簽芯片。相對(duì)于輻射部1的尺寸和反射部2的尺寸，金屬過(guò)線(xiàn)孔的位置的改變更加簡(jiǎn)單，即更容易使標(biāo)簽天線(xiàn)在915mhz頻率處的阻抗調(diào)整至標(biāo)簽芯片的共軛阻抗附近，傳輸系數(shù)大大提高，從而大幅提高識(shí)別距離。

于本實(shí)施例中，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20由銅材料制成。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，天線(xiàn)結(jié)構(gòu)20可由金、銀、鋁等其它金屬材料制成或焊錫等導(dǎo)電合金制成。于本實(shí)施例中，基板10為fr-4環(huán)氧玻璃纖維板。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，基板10可為塑料板、陶瓷板或泡沫板。

與上述抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的，本實(shí)施例還提供的一種抗金屬標(biāo)簽200，如圖6所示，該標(biāo)簽200包括本實(shí)施例所述的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)201和連接在饋電部11上的標(biāo)簽芯片202。于本實(shí)施例中，標(biāo)簽芯片202通過(guò)綁定的方式連接饋電部11上。然而，本發(fā)明對(duì)此不作任何限定。于其它實(shí)施例中，標(biāo)簽芯片202可通過(guò)焊接的方式連接在饋電部11上。

如圖7所示，當(dāng)金屬過(guò)線(xiàn)孔的角度an＝70且與標(biāo)簽芯片202阻抗匹配時(shí)，本實(shí)施例提供的抗金屬標(biāo)簽的最大增益可達(dá)-3.3924dbi，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)多數(shù)小型化抗金屬標(biāo)簽。

綜上所述，本發(fā)明提供的抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)及標(biāo)簽通過(guò)在基板的兩端分別形成輻射部和反射部并設(shè)置反射部呈封閉狀，輻射部輻射的能量經(jīng)反射部反射后進(jìn)行疊加從而提高天線(xiàn)的增益，大幅度提高標(biāo)簽天線(xiàn)的識(shí)別距離。并且當(dāng)抗金屬標(biāo)簽天線(xiàn)附著于金屬物件時(shí)，反射部可屏蔽反射部一側(cè)的金屬部件的影響，進(jìn)一步提高識(shí)別距離，達(dá)到抗金屬的效果。

此外，通過(guò)設(shè)置輻射部和反射部的寬度和周長(zhǎng)與連接在饋電部上的標(biāo)簽芯片的阻抗相匹配來(lái)提高天線(xiàn)的傳輸系數(shù)，從而提高標(biāo)簽天線(xiàn)的識(shí)別距離。進(jìn)一步的，也可通過(guò)增加基板的厚度來(lái)使得經(jīng)反射部反射后的能量與輻射部反射的能量能在遠(yuǎn)程進(jìn)一步疊加來(lái)提高天線(xiàn)的增益，以獲得更遠(yuǎn)的識(shí)別距離且標(biāo)簽天線(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別適合大批量生產(chǎn)。

雖然本發(fā)明已由較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟知此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書(shū)所要求保護(hù)的范圍為準(zhǔn)。