本實用新型涉及射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，且特別涉及一種抗金屬標簽天線及標簽。

背景技術(shù)：

目前，無源UHF RFID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)所開發(fā)的無源UHF RFID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)點常常伴有高溫發(fā)熱現(xiàn)象，而這些節(jié)點常常是電力事故的重要隱患點，因此應(yīng)用具有測溫功能的RFID標簽可以對關(guān)鍵節(jié)點進行實時監(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)柜的進出線電纜接頭，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)對天線的能量具有反射作用，加上T型電纜接頭中狹小的類圓柱形體積空間，這對標簽天線的設(shè)計帶來巨大的挑戰(zhàn)。

自由空間條件下，閱讀器和電子標簽之間的識別距離由以下公式?jīng)Q定：

在P_th(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，識別距離R主要由標簽天線的增益G_tag和傳輸系數(shù)τ決定。在P_th(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，識別距離R主要由標簽天線的增益G_tag和傳輸系數(shù)τ決定。

目前的抗金屬標簽多為矩形平面結(jié)構(gòu)，即便是最小的矩形平面結(jié)構(gòu)標簽也無法放置在T型電纜接頭中。主流的小型化柔性標簽可以勉強放置在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G_tag低，傳輸系數(shù)τ小，識別距離R非常近，甚至無法被識別到。因此針對電力應(yīng)用，需要對標簽天線進行特殊的設(shè)計。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型為了克服現(xiàn)有抗金屬標簽抗金屬效果差的問題，提供一種抗金屬標簽天線及標簽。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種抗金屬標簽天線，該標簽天線包括基板和天線結(jié)構(gòu)。天線結(jié)構(gòu)設(shè)置于基板，天線結(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，反射部對輻射部輻射的能量進行反射。連接部設(shè)置于基板且電性連接輻射部和反射部。

于本實用新型一實施例中，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。

于本實用新型一實施例中，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。

于本實用新型一實施例中，輻射部和反射部的圓環(huán)寬度以及周長與連接在饋電部上的標簽芯片的阻抗相匹配。

于本實用新型一實施例中，基板上具有至少一個過線孔，連接部穿過至少一個過線孔電性連接輻射部和反射部。

于本實用新型一實施例中，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。

于本實用新型一實施例中，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。

于本實用新型一實施例中，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姾辖穑鍨镕R-4環(huán)氧玻璃纖維板、塑料板、陶瓷板或泡沫板中的任一種。

本實用新型另一方面還提供一種抗金屬標簽，該金屬標簽包括上述任一項所述的標簽天線以及連接在饋電部上的標簽芯片。

綜上所述，本實用新型提供的抗金屬標簽天線及標簽與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

通過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)反射部反射后進行疊加從而提高天線的增益，大幅度提高標簽天線的識別距離。并且當抗金屬標簽天線附著于金屬物件時，反射部可屏蔽反射部一側(cè)的金屬部件的影響，進一步提高識別距離，達到抗金屬的效果。

此外，通過設(shè)置輻射部和反射部的寬度和周長與連接在饋電部上的標簽芯片的阻抗相匹配來提高天線的傳輸系數(shù)，從而提高標簽天線的識別距離。進一步的，也可通過增加基板的厚度來使得經(jīng)反射部反射后的能量與輻射部反射的能量能在遠程進一步疊加來提高天線的增益，以獲得更遠的識別距離且標簽天線結(jié)構(gòu)簡單，特別適合大批量生產(chǎn)。

為讓本實用新型的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1所示為本實用新型一實施例提供的抗金屬標簽天線的俯視圖。

圖2所示為圖1所示的抗金屬標簽天線的仰視圖。

圖3所示為圖1所述的抗金屬標簽天線的剖視圖。

圖4所示為圖1所示的抗金屬標簽天線中，金屬過孔位于不同角度下，天線阻抗實部隨頻率的變化曲線。

圖5所示為圖1所示的抗金屬標簽天線中，金屬過孔位于不同角度下，天線阻抗虛部隨頻率的變化曲線。

圖6所示為本實用新型一實施例提供的抗金屬標簽的俯視圖。

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

具體實施方式

如圖1至圖3所示，本實施例提供的抗金屬標簽天線201包括基板10和天線結(jié)構(gòu)20。天線結(jié)構(gòu)20設(shè)置于基板10，天線結(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對輻射部1輻射的能量進行反射。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。

本實施例提供的抗金屬標簽天線中，封閉狀的反射部2既可將輻射部1發(fā)射的能量進行反射，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，大大提高標簽天線的增益，使其即使應(yīng)用金屬環(huán)境中也能具有較大的識別距離；同時，反射部2還可屏蔽位于反射部2一側(cè)的金屬對輻射部1的增益的影響，達到抗金屬的效果。

于本實施例中，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，可部分屏蔽穿過其中的金屬導(dǎo)體影響，使標簽天線更加具有抗金屬性能。進一步的，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，本實用新型對此不作任何限定。在實際使用中輻射部1和反射部2的寬度和周長會影響天線結(jié)構(gòu)20阻抗，為實現(xiàn)天線阻抗和標簽芯片的阻抗匹配，需要對輻射部1和反射部2的寬度和周長進行優(yōu)化設(shè)計。具體而言，若標簽芯片在工作頻率915MHz時具有re-j*im(天線的輸入阻抗是一個復(fù)數(shù)，re為實部，im為虛部，j為虛單元)的輸入阻抗，因此在設(shè)計輻射部1和反射部2的寬度和周長時，應(yīng)盡可能的使天線結(jié)構(gòu)20的阻抗接近re+j*im。阻抗匹配可大大減小信號能量在傳輸過程中的損耗，大幅度提高信號的讀取距離。

于其它實施例中可通過改基板10的厚度來進一步提高標簽天線的增益。具體而言，當基板10的厚度d＝0.25λ時輻射部1發(fā)射的波與反射部2反射的波在遠程疊加，進一步提高標簽的識別距離，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。

于本實施例中，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，矩形饋電槽的長度為2毫米，為方便焊接標簽芯片，設(shè)置矩形饋電槽的寬度略大于標簽芯片的最大寬度，于本實施例中，矩形饋電槽的寬度也為2毫米。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，饋電部的形狀可為其它與標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)標簽芯片的尺寸而設(shè)計。

于本實施例中，基板10上具有至少一個沿基板的軸向貫穿基板的過線孔，于本實施例中，基板10上具有一個過線孔。然而，本實用新型對此不作任何限定。連接部3通過過線孔電連接輻射部1和反射部2。于本實施例中，輻射部1和反射部2印刷于基板10上，因此設(shè)置過線孔為金屬過線孔。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，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。

于本實施例中，金屬過線孔的半徑為0.5毫米。然而，本實用新型對此不作任何限定。由于連接部3屬于天線結(jié)構(gòu)20的一部分，連接部3的阻抗為天線阻抗的一部分，因此在進行阻抗匹配設(shè)計時需要考慮連接部3的具體連接方式。

自由空間條件下，閱讀器和電子標簽之間的識別距離由以下公式?jīng)Q定：

在P_th(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，識別距離R主要由標簽天線的增益G_tag和傳輸系數(shù)τ決定。在P_th(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，識別距離R主要由標簽天線的增益G_tag和傳輸系數(shù)τ決定。標簽天線201和標簽芯片202之間的阻抗匹配直接影響了傳輸系數(shù)τ。

于本實施例提供的抗金屬標簽中，金屬過線孔的位置直接影響了標簽天線201的阻抗。以標簽芯片沿徑向方向的中心線為基準線，過金屬過線孔的圓心和基板的圓心的直線與基準線之間的夾角為金屬過線孔在基板上的角度an。如圖4所示，當金屬過孔位于角度an＝50,60,70條件下，標簽天線阻抗的實部re(Z(1,1))隨頻率的變化曲線。從圖中可得915Mhz處標簽天線阻抗的實部分別為5.5、7.6和9.6歐姆，圖4中對應(yīng)的曲線分別為m1、m2和m3。如圖5所示，當金屬過孔位于角度an＝50,60,70條件下，標簽天線阻抗的虛部im(Z(1,1))隨頻率的變化曲線。從圖中可得，915Mhz處標簽天線阻抗的虛部分別為256.2、197.8和159.3歐姆，圖5中對應(yīng)的曲線分別為m4、m5和m6。在進行阻抗匹配優(yōu)化設(shè)計時，可確定天線結(jié)構(gòu)20中輻射部1、反射部2和金屬過線孔的位置而選擇與天線結(jié)構(gòu)20的阻抗的標簽芯片來實現(xiàn)阻抗匹配。也可通過調(diào)節(jié)金屬過線孔在基板上的位置或輻射部1的尺寸和反射部2的尺寸來匹配某一特定的標簽芯片。相對于輻射部1的尺寸和反射部2的尺寸，金屬過線孔的位置的改變更加簡單，即更容易使標簽天線在915Mhz頻率處的阻抗調(diào)整至標簽芯片的共軛阻抗附近，傳輸系數(shù)大大提高，從而大幅提高識別距離。

于本實施例中，天線結(jié)構(gòu)20由銅材料制成。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，天線結(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。于本實施例中，基板10為FR-4環(huán)氧玻璃纖維板。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，基板10可為塑料板、陶瓷板或泡沫板。

與上述抗金屬標簽天線相對應(yīng)的，本實施例還提供的一種抗金屬標簽200，如圖6所示，該標簽200包括本實施例所述的抗金屬標簽天線201和連接在饋電部11上的標簽芯片202。于本實施例中，標簽芯片202通過綁定的方式連接饋電部11上。然而，本實用新型對此不作任何限定。于其它實施例中，標簽芯片202可通過焊接的方式連接在饋電部11上。

如圖7所示，當金屬過線孔的角度an＝70且與標簽芯片202阻抗匹配時，本實施例提供的抗金屬標簽的最大增益可達-3.3924dBi，遠遠超過多數(shù)小型化抗金屬標簽。

綜上所述，本實用新型提供的抗金屬標簽天線及標簽通過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)反射部反射后進行疊加從而提高天線的增益，大幅度提高標簽天線的識別距離。并且當抗金屬標簽天線附著于金屬物件時，反射部可屏蔽反射部一側(cè)的金屬部件的影響，進一步提高識別距離，達到抗金屬的效果。

此外，通過設(shè)置輻射部和反射部的寬度和周長與連接在饋電部上的標簽芯片的阻抗相匹配來提高天線的傳輸系數(shù)，從而提高標簽天線的識別距離。進一步的，也可通過增加基板的厚度來使得經(jīng)反射部反射后的能量與輻射部反射的能量能在遠程進一步疊加來提高天線的增益，以獲得更遠的識別距離且標簽天線結(jié)構(gòu)簡單，特別適合大批量生產(chǎn)。

雖然本實用新型已由較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟知此技藝者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本實用新型的保護范圍當視權(quán)利要求書所要求保護的范圍為準。